高中物理 第三章 磁场 第2讲 磁场对通电导线的作用——安培力课件 教科版选修31.ppt

第2讲磁场对通电导线的作用 安培力 第三章磁场 1 知道安培力的定义 会用f ilb计算b与i垂直情况下的安培力 2 熟练运用左手定则判断安培力的方向 3 了解直流电动机构造和工作原理 4 体会控制变量法在科学研究中的作用 目标定位 二 电动机 安培力的重要应用 三 安培力作用下物体运动方向的判断方法 对点检测自查自纠 栏目索引 一 安培力 四 安培力作用下的受力分析问题 1 定义 磁场对的作用力 2 安培力的大小 实验探究 1 实验表明 当通电导线与磁场方向平行时 导线 即f 2 精确实验表明 通电导线与磁场方向垂直时 磁场对通电导线作用力的大小与导线长度和电流大小都成 即f il 比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关 用符号b表示 则磁场对通电导线作用力的公式为f 答案 一 安培力 知识梳理 通电导线 不受力 0 正比 ilb 3 安培力的方向判定 1 左手定则 如图1所示 伸出左手 四指并拢 使大拇指和其余四指 并且都跟手掌在同一平面内 让磁感线穿过手心 四指指向 则所指方向就是通电导线所受的方向 答案 图1 2 安培力方向于电流方向和磁场方向所决定的 垂直 垂直 沿电流方向 大拇指 安培力 垂直 平面 1 若导线不受磁场力 该处一定无磁场吗 答案 深度思考 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 当通电导线与磁感线不垂直时 还可用左手定则判断安培力的方向吗 答案可以 当电流方向跟磁感线方向不垂直时 安培力的方向仍垂直于电流和磁场共同决定的平面 所以仍可用左手定则来判断安培力的方向 只是磁感线斜着穿过手心 例1画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向 典例精析 解析答案 返回 解析无论b i是否垂直 安培力总是垂直于b与i决定的平面 且满足左手定则 答案如图所示 返回 利用磁场对通电导体的作用1 电动机是将电能转化为的装置 2 电动机分电动机和电动机 答案 知识梳理 二 电动机 安培力的重要应用 机械能 直流 交流 如图2所示 直流电动机由磁场 磁体 转动线圈 滑环 电刷及电源组成 滑环相当于换向器 当线圈通电后 由于受作用 线圈在磁场中旋转起来 答案 图2 安培力 3 直流电动机的构造原理 1 电动机工作时 通电线圈的四条边是否都受到安培力作用 答案 深度思考 答案与磁感线平行的两个边不受安培力作用 2 把滑环设计成由两个半圆环a b组成 有什么作用 答案把滑环分成两个半圆环a与b 当电流由a流入时 则从b流出 当电流由b流入时 则从a流出 因此 滑环在其中起了一个换向器的作用 例2关于直流电动机 下列叙述正确的是 a 直流电动机的原理是电流的磁效应b 直流电动机正常工作时 是将电能转化为机械能c 直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的d 电源的正负极和磁场的方向同时改变 直流电动机的转动方向也改变 典例精析 解析答案 解析直流电动机的原理是通电线圈在磁场中受力转动 故a错误 直流电动机正常工作时 是将电能转化为机械能 b正确 直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的 c正确 电源的正负极和磁场的方向同时改变 直流电动机的转动方向不变 故d错误 bc 返回 1 电流元法即把整段通电导体等效为多段直线电流元 运用定则判断出每小段电流元所受安培力的方向 从而判断出整段通电导体所受合力的方向 2 特殊位置法把通电导体或磁铁放置到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向 从而确定运动方向 答案 三 安培力作用下物体运动方向的判断方法 知识梳理 左手 3 等效法环形导线和通电螺线管都可以等效成磁铁 磁铁也可等效成环形导线或通电螺线管 通电螺线管也可以等效成很多匝的环形导线来分析 4 利用结论法 1 两电流相互平行时无转动趋势 同向电流相互 反向电流相互 填 吸引 或 排斥 2 两电流不平行时 有转动到相互平行且电流方向 填 相同 或 相反 的趋势 答案 条形 条形 吸引 排斥 相同 5 转换研究对象法因为电流之间 电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律 定性分析磁体在电流磁场作用的受力和运动时 可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力 然后由牛顿第三定律 再确定磁体所受电流的作用力 例3如图3所示 两条导线相互垂直 但相隔一段距离 其中ab固定 cd能自由活动 当电流按图示方向通入两条导线时 导线cd将 从纸外向纸里看 典例精析 解析答案 图3 方法点拨 a 顺时针方向转动同时靠近导线abb 逆时针方向转动同时离开导线abc 顺时针方向转动同时离开导线abd 逆时针方向转动同时靠近导线ab 方法点拨 解析 1 根据电流元分析法 把导线cd等效成co od两段导线 由安培定则画出co od所在位置由ab导线中电流所产生的磁场方向 由左手定则可判断co od受力如图甲所示 可见导线cd逆时针转动 2 由特殊位置分析法 让cd逆时针转动90 如图乙所示 并画出cd此时位置ab导线中电流所产生的磁感线分布 据左手定则可判断cd受力垂直于纸面向里 可见导线cd靠近导线ab 故d选项正确 答案d 方法点拨 不管是通电导体还是磁体 对另一通电导体的作用都是通过磁场来实现的 因此必须先画出导体所在位置的磁感线方向 然后用左手定则判断导体所受安培力的方向进而再判断将要发生的运动 例4如图4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线圈平面 当线圈内通以图示方向的电流 从右向左看沿逆时针方向 后 线圈的运动情况是 返回 图4 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 解析答案 解析将环形电流等效成小磁针 如图所示 根据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 选a 也可将左侧条形磁铁等效成环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 也可判断出线圈向左运动 选a 返回 答案a 四 安培力作用下的受力分析问题 例5质量为m的金属细杆置于倾角为 的导轨上 导轨的宽度为d 杆与导轨间的动摩擦因数为 有电流通过杆 杆恰好静止于导轨上 在如图所示的a b c d四个选项中 杆与导轨的摩擦力一定不为零的是 典例精析 解析答案 方法点拨 返回 解析选项a中 通电细杆可能受重力 安培力 导轨的弹力作用处于静止状态 如图所示 所以杆与导轨间的摩擦力可能为零 当安培力变大或变小时 细杆有上滑或下滑的趋势 于是有静摩擦力产生 选项b中 通电细杆可能受重力 安培力作用处于静止状态 如图所示 所以杆与导轨间的摩擦力可能为零 当安培力减小时 细杆受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力 也可能处于静止状态 解析答案 方法点拨 选项c和d中 通电细杆受重力 安培力 导轨弹力作用具有下滑趋势 故一定受到沿导轨向上的静摩擦力 如图所示 所以杆与导轨间的摩擦力一定不为零 答案cd 方法点拨 方法点拨 对通电导线进行受力分析 根据平衡条件判断摩擦力是否存在 弹力与摩擦力是被动力 其是否存在和大小随其他力的变化而变化 返回 1 安培力的方向 如图5所示 其中a b图已知电流方向及其所受安培力的方向 试判断并在图中标出磁场方向 c d图已知磁场方向及其对电流作用力的方向 试判断电流方向并在图中标出 答案 对点检测 1 2 3 4 图5 答案a图磁场方向垂直纸面向外 b图磁场方向在纸面内垂直f向下 c d图电流方向均垂直于纸面向里 图略 1 2 3 4 图6 2 磁电式电流表 多选 如图6甲所示是磁电式电流表的结构图 图乙所示是磁极间的磁场分布图 以下选项中正确的是 a 指针稳定后 线圈受到的螺旋弹簧的力矩方向与线圈受到的磁力矩方向是相反的b 通电线圈中的电流越大 电流表指针偏转的角度也越大c 在线圈转动的范围内 各处的磁场都是匀强磁场d 在线圈转动的范围内 线圈所受磁力矩与电流有关 而与所处位置无关 解析答案 1 2 3 4 解析当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈转动的力矩平衡时 线圈停止转动 即两力矩大小相等 方向相反 故a正确 磁电式电流表蹄形磁铁与铁芯间的磁场是均匀辐射分布的 不管线圈转动什么角度 它的平面都跟磁感线平行 均匀辐射分布的磁场特点是大小相等 方向不同 故c错误 d正确 电流越大 电流表指针偏转的角度也越大 故b正确 答案abd 1 2 3 4 3 电动机的原理 如图7所示是直流电动机的模型 闭合开关后线圈顺时针转动 现要线圈逆时针转动 下列方法中可行的是 解析答案 1 2 3 4 图7 a 只改变电流方向b 只改变电流大小c 换用磁性更强的磁铁d 对换磁极同时改变电流方向 解析直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关 若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变 它的转动方向将改变 但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向 线圈的转动方向将不变 a 4 安培力作用下的物体运动方向判断 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方 如图8所示 如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流 则导线ab受安培力作用后的运动情况为 解析答案 图8 1 2 3 4 a 从上向下看顺时针转动并靠近螺线管b 从上向下看顺时针转动并远离螺线管c 从上向下看逆时针转动并远离螺线管d 从