高中物理 第3章 第4节 通电导线在磁场中受到的力课件 新人教版选修31.ppt

第三章磁场 第四节通电导线在磁场中受到的力 安培力是电磁学中极为重要的常见的力 安培力作为一种常见的电磁力 主要以小知识点穿插在综合性问题之中 特别是方向的判断 教学中应该提醒学生注意安培力与库仑力的区别 电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的 方向与该点的电场方向要么相同 要么相反 电流在磁场中某处受到的磁场力 与电流在磁场中放置的方向有关 一般情况下的安培力大于零而小于bil 方向与磁场方向垂直 在安培力方向的描述中 应用动画三维呈现 给学生以最直观的了解 1 知道什么是安培力 会推导安培力公式f bilsin 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 重点 安培力的大小计算和方向的判定 难点 用左手定则判定安培力的方向 现在我们的生活中到处都有家用电器的身影 如 洗衣机 电风扇 电动车等 这些电器中都有电动机 通电后就会转动工作 你知道它们的工作原理吗 这节课我们就一起来认识下 一 安培力 磁场对电流的作用力称为安培力 是为了纪念安培而命名的 麦克斯韦称赞安培的工作是 科学上最光辉的成就之一 还把安培誉为 电学中的牛顿 andr marieamp re1775 1836 在电场中 正电荷所受电场力的方向就是电场强度的方向 那么 在磁场中 通电导体在磁场中的受力方向是不是磁感应强度的方向呢 初中的学习中 我们知道通电导线在磁场中所受安培力f的方向 与电流i 磁感应强度b的方向都有关 我们利用如图所示的装置探究 表示电流方垂直纸面向里 表示电流方垂直纸面向外 结论 安培力方向既与磁场方向垂直 也与电流方向垂直 实验现象 左手定则 伸开左手 使拇指与其余四指垂直 并且都与手掌在同一平面内 让磁感线从掌心垂直穿入 并使四指指向电流的方向 这时拇指所指的就是通电导体在磁场中所受安培力的方向 二 安培力的方向 反向电流相互排斥 同向电流相互吸引 旋转的液体 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 盐水就会旋转起来 i 判定以下通电导线所受安培力的方向 30 i i i b b b 1 当i b且为匀强磁场 此时电流所受的安培力最大 2 当导线方向与磁场方向一致时 即i b 电流所受的安培力最小 等于零 3 当导线方向与磁场方向成 角时 所受安培力介于最大值和最小值之间 1 大小 当导线方向与磁场方向垂直时 通电导线在磁场中受到的安培力的大小 既与导线的长度成正比 又与导线中的电流i成正比 即与i和l的乘积成正比 2 公式 f bil f安 bilsin b b 三 安培力的大小 12 对公式f bil的理解 1 b垂直于i 匀强磁场 直导线 2 不垂直变垂直 分解b 或投影l 3 弯曲导线变成直导线 l是有效长度 不一定是导线实际长度 若是弯曲导线 可视为起点到终点的一条通电直导线 0 0 02n水平向右 0 02n垂直导线斜向左上方 i b i b 30 i b 例1 将长度为20cm 通有0 1a电流的直导线放入一匀强磁场中 电流与磁场的方向如图所示 已知磁感应强度为1t 试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向 1 如图所示 将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中 则在通电圆环完全进入磁场的过程中 所受的安培力大小变化是 a 逐渐变大b 先变大后变小c 逐渐变小d 先变小后变大 b i b 在实验室中 常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器 电流表 它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的 四 磁电式电流表 铁芯 线圈和指针是一个整体可以转动 1 磁电式电流表的构造刻度盘 指针 蹄形磁铁 极靴 软铁制成 螺旋弹簧 线圈 圆柱形铁芯 软铁制成 该磁场并非匀强磁场 2 该磁场是否匀强磁场 3 该磁场有什么特点 1 电流表中磁场分布有何特点呢 电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的 所谓均匀辐向分布 就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心 不管线圈处于什么位置 线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度 在以铁芯为中心的圆圈上 各点的磁感应强度b的大小是相等的 1 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的 不管通电线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感应线平行 当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力 这两个力产生的力矩使线圈发生转动 2 电流表的工作原理 线圈转动使螺旋弹簧被扭动 产生一个阻碍线圈转动的力矩 其大小随线圈转动的角度增大而增大 当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时 线圈停止转动 2 磁场对电流的作用力与电流成正比 因而线圈中的电流越大 安培力产生的力矩也越大 线圈和指针偏转的角度也越大 因而根据指针的偏转角度的大小 可以知道被测电流的强弱 表盘的刻度均匀 i 3 当线圈中的电流方向发生变化时 安培力的方向也随之改变 指针的偏转方向也发生变化 所以根据指针的偏转方向 可以知道被测电流的方向 一 通电导体运动方向的判断 例1 如图所示 把轻质导电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 当线圈内通入如图方向的电流后 则线圈 a 向左运动b 向右运动c 静止不动d 无法确定 解析 此题可以采用电流元法 也可采用等效法 解法一 等效法 把通电线圈等效成小磁针 由安培定则 线圈等效成小磁针后 左端是s极 右端是n极 异名磁极相吸引 线圈向左运动 解法二 电流元法 如图所示 取其中的上 下两小段分析 根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 答案 a 分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法 1 如图所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方 导线可以自由转动 当导线通入图示方向电流i时 导线的运动情况是 从上往下看 a 顺时针方向转动 同时下降b 顺时针方向转动 同时上升c 逆时针方向转动 同时下降d 逆时针方向转动 同时上升 c 二 安培力作用下通电导体的平衡 例2 质量为m 长度为l的导体棒mn垂直导轨放置且静止于水平导轨上 通过mn的电流为i 匀强磁场的磁感应强度为b 垂直于电流方向且与导轨平面成 角斜向下 如图所示 求棒mn所受的支持力大小和摩擦力大小 解析 画出平面图 由左手定则判断出安培力方向 对mn受力分析 如图所示 对导体棒mn由平衡条件得 水平方向 ff fsin 竖直方向 fn fcos mg安培力f bil 所以m所受的支持力fn bilcos mg所受摩擦力ff bilsin 答案 bilcos mgbilsin 1 首先把立体图画成易于分析的平面图 如侧视图 剖视图或俯视图等 2 确定导线所在处磁场方向 根据左手定则确定安培力的方向 3 结合通电导体 受力分析 运动情况等 根据题目要求 列出方程 解决问题 解决涉及安培力的综合类问题的分析方法 2 如图所示 在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上 金属棒中通入由a到b的稳定电流i 这时两根细线被拉紧 现要想使两根细线对金属棒拉力变为零 可采用哪些方法 a 适当增大电流ib 将电流反向并适当改变大小c 适当增大磁场d 将磁场反向并适当改变大小 ac 关于磁场对通电直导线的作用力 下列说法正确的是 a 通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用b 通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直c 通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直d 通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂于由b和i所确定的平面 bcd bcd 2 一根长为0 2m的电流为2a的通电导线 放在磁感应强度为0 5t的匀强磁场中