2019_2020版高中物理第三章4通电导线在磁场中受到的力课件新人教版.pptx

4 通电导线在磁场中受到的力,学习目标,1.知道什么是安培力,会推导安培力公式F=ILB或F=ILBsin ,明确它们的使用条件.2.知道左手定则的内容,并会用它判断安培力的方向.3.了解磁电式电流表的工作原理.,课前预习,课堂探究,随堂演练,课前预习 掌握新知,知识梳理,一、安培力 1.概念:通电导线在 中受的力. 2.方向判断 (1)左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从 进入,并使四指指向 的方向,这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向. (2)三方向间的关系:FB,FI,即F垂直于 所决定的平面.,磁场,掌心,电流,拇指,B和I,3.大小 (1)B与I垂直时为F= . (2)B与I平行时为F= . (3)B与I成角时为F= . 二、磁电式电流表 1.磁电式电流表的结构特点 (1)构造:磁铁、线圈、螺旋弹簧、极靴、铁质圆柱等. (2)特点:极靴和铁质圆柱间的磁场都沿 方向,不管线圈转到什么位置,它的平面都跟磁感线 ,表盘的刻度是均匀的.,ILB,0,ILBsin ,半径,平行,2.指针偏角与电流大小的关系 磁场对电流的作用跟电流成正比,线圈中的电流越大,安培力越大,线圈和指针偏转的角度就 .因此,根据指针偏转角度的大小,就可以知道被测电流的强弱. 3.磁电式仪表的优缺点 优点是 ,可以测出很弱的电流;缺点是绕制线圈的导线 ,允许通过的电流 .,越大,灵敏度高,很细,很弱,科学思维,1.思考判断,(1)一通电导线放在某处不受安培力作用,该处的磁感应强度不一定是零. ( ) (2)若磁场一定,导线的长度和电流也一定的情况下,导线平行于磁场时,安培力最大,垂直于磁场时,安培力最小.( ) (3)磁电式电流表的刻度是均匀的,是由于其磁场是匀强磁场.( ) (4)左手定则确定了F,I,B三者间方向的关系.( ) (5)安培力的方向一定与电流方向、磁场方向垂直,电流方向与磁场方向也一定垂直.( ) (6)两平行通电直导线中某导线受力大小与自身磁场有关.( ),2.思维探究 (1)若导线不受磁场力,该处一定无磁场吗?,答案:当通电导线与磁场平行时不受磁场力,由此可知,当导线不受磁场力作用时无法判定该处有无磁场.,(2)用磁电式电流表测量电流时,通电线圈的四条边是否都受到安培力的作用?,答案:不是.通电线圈的左右两边与磁场方向垂直,受到安培力的作用;通电线圈的内外两边始终与磁场方向平行,不受安培力的作用.,要点一 对安培力的理解 探究导学,课堂探究 突破要点,从前面的学习中我们已经知道,垂直于磁场B放置长为L的一段导线,当通过的电流为I时,它受到的安培力 F=BIL,这时导线受到的安培力最大,导线与磁场平行时所受的安培力为0,试讨论下面两种情况下安培力的大小.,(1)当磁感应强度B的方向与导线方向成角时.,答案:(1)当磁感应强度B的方向与导线方向成角时,可以把它分解成与导线垂直的分量B和与导线平行的分量B,B=Bsin ,B=Bcos .其中B对电流不产生安培力,导线受到的安培力只由B产生,所以安培力的大小为F=BILsin ,为磁感应强度方向与导线方向的夹角.,(2)导线ABC为垂直折线,其中电流为I,AB=BC=L,导线所在的平面与匀强磁场垂直,求导线ABC所受安培力的大小和方向.,要点归纳 1.安培力方向的特点 (1)当电流方向跟磁场方向垂直时,安培力的方向、磁场方向和电流方向两两互相垂直.应用左手定则判断时,磁感线从掌心垂直进入,拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直. (2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直于电流方向,也垂直于磁场方向.应用左手定则判断时,拇指与四指、拇指与磁感线垂直,磁感线与四指不垂直. 2.安培力的大小特点 (1)公式F=ILB中L指的是“有效长度”.当B与I垂直时,F最大,F=ILB;当B与I平行时,F=0.,(2)弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点线段的长度(如图);相应的电流沿L由始端流向末端. (3)若磁场方向和电流方向成角时,如图所示.可以将磁感应强度B正交分解成B=Bsin 和B=Bcos ,而B对电流是没有作用力的.所以F=ILB=ILBsin .,例1 (2019贵州贵阳月考)如图所示,长度为10 cm的一段直导线AB,与磁场方向垂直地放置在磁感应强度B=310-2 T的匀强磁场中.今在导线中通以10 A的电流,方向自B向A,导线以点O为转动轴(设OA=3OB),由图中位置按顺时针方向转过60角时,求:,解析:(1)当导线按顺时针方向转过60角时,导线与磁场方向间夹角为30,由公式F=ILBsin 得 F=101010-2310-2sin 30 N=100.1310-20.5 N= 1.510-2 N, 由左手定则可知,方向垂直于纸面向外. 答案:(1)1.510-2 N 方向垂直于纸面向外,(1)导线受到的磁场力的大小和方向;,解析:(2)当导线由纸面向外转30时,导线与磁场方向保持垂直,由公式F=ILB得F=101010-2310-2 N=310-2 N,由左手定则可知方向与导线垂直,且与原OA方向成120角指向纸外. 答案:(2)310-2 N 方向与导线垂直,且与原OA方向成120角指向 纸外,(2)如果在AB的竖直面上,OA从图中位置以O点为转动轴,由纸面向外转30角时,情况又如何?,学霸笔记,(1)电流方向、磁场方向和安培力方向三者间关系 电流方向和磁场方向间没有必然联系,但这两个方向共同决定了安培力的方向,一旦电流方向、磁场方向确定,安培力的方向是唯一的. 已知安培力方向和磁场方向时,电流方向不确定;已知安培力方向和电流方向时,磁场方向不确定. (2)左手定则与安培定则比较 安培定则确定的是电流方向和由电流产生的磁场方向之间的关系. 左手定则确定的是磁场方向、电流方向和电流所受磁场的作用力(安培力)的方向之间的关系.,(教师备用) 例1-1:如图所示,AC是一个用长为L的导线弯成的、以O为圆心的四分之一圆弧,将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中.当在该导线中通以由C到A、大小为I的恒定电流时,该导线受到的安培力的大小和方向是( ),C,针对训练1 (2019江苏南京月考)一根容易形变的新型材料的弹性导线,两端固定.导线中通有电流,方向如图中箭头所示.当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是( ),D,解析:根据左手定则,A图中导线所受安培力为零,B图中导线所受安培力垂直纸面向里,C,D图中导线所受安培力向右,由导线受力以后的弯曲方向与受力方向的关系可知,选项D正确.,要点二 安培力作用下导体运动趋势的判断 探究导学,如图所示,在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极,沿边缘内壁放一个圆环形电极,将两电极接在电池的两极上,然后在玻璃皿中放入盐水,把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中,N极在下,S极在上,通电后盐水就会旋转起来.通电后的盐水为什么会旋转起来?,答案:接通电源后,盐水中有指向圆心的电流,根据左手定则,半径方向上的电流将受到安培力使得盐水逆时针转动.,要点归纳 1.判断导体在磁场中运动情况的常规思路 不管是电流还是磁体,对通电导体的作用都是通过磁场来实现的,因此,此类问题可按下面步骤进行分析: (1)确定导体所在位置的磁场分布情况. (2)结合左手定则判断导体所受安培力的方向. (3)由导体的受力情况判定导体的运动状态.,2.判断导体在磁场中运动情况的五种常用方法,例2 (2019江西南昌月考)如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心,且垂直于线圈平面,当线圈中通入如图方向的电流后,线圈的运动情况是( ) A.线圈向左运动 B.线圈向右运动 C.从上往下看顺时针转动 D.从上往下看逆时针转动,A,思维导图:,解析:首先将圆形线圈分成很多小段,每小段可看做一直线电流,取其中上、下关于磁铁轴线对称的两小段,其截面图和受安培力情况如图所示.则线圈所受安培力的合力水平向左,故线圈整体向左运动.,学霸笔记,在处理安培力作用下导体的运动状态问题时,首先对物体进行受力分析,由于安培力的特殊性,一般应将立体图转换为平面图.,(教师备用) 例2-1:(2019浙江模拟)法拉第电动机原理如图所示.条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心,N极向上.一根金属杆斜插在水银中,杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连.电源负极与金属杆上端相连,与电源正极连接的导线插入水银中,电源接通后,金属杆将转动起来.从上往下看,金属杆( ) A.向左摆动 B.向右摆动 C.顺时针转动 D.逆时针转动,D,解析:金属杆所在处磁场方向如图所示,由左手定则知,图示位置金属杆所受安培力方向与金属杆垂直,且指向纸面内,因此从上往下看,金属杆逆时针转动,D正确.,针对训练2 (2019湖北沙市月考)如图所示,在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来,此时磁铁对水平面的压力为FN1,现在磁铁上方正中间位置固定一导体棒,当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后,磁铁对水平面的压力为FN2,则以下说法正确的是( ) A.弹簧长度将变长 B.弹簧长度将变短 C.FN1FN2 D.FN1FN2,C,解析:在磁铁外部,磁感线从N极指向S极,长直导线在磁铁的中央上方,导线所在处磁场水平向右;导线电流垂直于纸面向里,由左手定则可知,导线受到的安培力竖直向下;由牛顿第三定律可知,导线对磁铁的作用力竖直向上,因此磁铁对桌面的压力减小,即FN1FN2,小于磁铁的重力.磁铁没有运动趋势,则弹簧的弹力不变,所以选项A,B,D错误,C正确.,随堂演练 检测效果,1.(2019山东济宁月考)长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向如图所示,已知磁感应强度为B,对于下列各图中,导线所受安培力的大小计算正确的是( ),A,解析:A图中,导线不和磁场垂直,故将导线投影到垂直磁场方向上,则F= BILcos ,A正确;B图中,导线和磁场方向垂直,故F=BIL,B错误;C图中导线和磁场方向垂直,故F=BIL,C错误;D图中导线和磁场方向垂直,故F= BIL,D错误.,2.(2019吉林扶余期中)用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来,让二者等高平行放置,如图所示,当两导线环中通入方向相同的电流I1,I2时,则有( ) A.两导线环相互吸引 B.两导线环相互排斥 C.两导线环无相互作用力 D.两导线环先吸引后排斥,A,解析:由于导线环中通入的电流方向相同,二者同位置处的电流方向完全相同,相当于通入同向电流的直导线,根据同向电流相互吸引的规律,判知两导线环应相互吸引,选项A正确.,3.(2019湖北洪湖期中)如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根长直导线,导线与磁铁垂直,给导线通过垂直纸面向里的电流,用FN表示磁铁对桌面的压力,用F表示桌面对磁铁的摩擦力,导线中通电后与通电前相比较( ) A.FN减小,F=0 B.FN减小,F0 C.FN增大,F=0 D.FN增大,F0,C,解析:如图所示,以导线为研究对象,电流I处的磁场方向水平向左,由左手定则可知,电流I受安培力方向竖直向上,根据牛顿第三定律,可知电流对磁