高中物理 第3章 磁场 4 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 4通电导线在磁场中受到的力 根据磁场对电流会产生作用力的原理 人们研制出一种新型的发射炮弹的装置 电磁炮 电磁炮的炮弹动力摒弃传统的火药 采用电磁力 它由两条平行的长直导轨组成 导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸 当两轨接入电源时 强大的电流从一导轨流入 经滑块从另一导轨流回时 在两导轨平面间产生强磁场 通电流的滑块在安培力的作用下 弹丸会以很大的速度射出 弹丸体积虽小 但由于初速度特别大 所以具有很大的动能 足以穿透厚钢板 通电导体在磁场中受力与哪些因素有关呢 知识自主梳理 1 概念把通电导线在磁场中受的力称为安培力 2 安培力的方向左手定则 如图所示 伸开左手 使拇指与其余四个手指 并且都与手掌在同一个 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 安培力 知识点1 垂直 平面 掌心 电流 拇指 3 安培力的大小 1 公式 f 为磁感应强度与通电导线之间的夹角 2 说明 a 当通电导线与磁感线垂直时 即电流方向与磁感线垂直时 所受的安培力最大 f b 当通电导线与磁感线平行时 所受安培力 bilsin bil 为零 1 构造磁铁 螺旋弹簧 指针 极靴 2 原理通电线圈在磁场中受到安培力而偏转 1 线圈 越大 被测电流就越大 2 根据 的方向 可以知道被测电流的方向 知识点2 磁电式电流表 线圈 偏转的角度 线圈偏转 3 特点两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱 使极靴与圆柱间的磁场都沿 方向 保持线圈转动时 安培力的大小不受磁场影响 线圈所受安培力的方向始终与线圈平面垂直 线圈平面都与磁场方向 表盘刻度均匀 如图所示 4 优 缺点优点是 高 能测出很弱的电流 缺点是线圈的 允许通过的电流很弱 半径 平行 灵敏度 导线很细 重点难点突破 1 安培力的方向不仅跟磁场方向垂直 还跟电流方向垂直 故安培力的方向垂直于磁场方向与电流方向所构成的平面 在判断安培力方向时 应首先判定这个平面 然后再应用左手定则 2 当电流方向与磁场方向不垂直时 安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面 所以仍可用左手定则来判断安培力的方向 只是磁感线不是垂直进入掌心 3 注意区别安培力的方向和电场力的方向与磁场 电场的方向的关系 安培力的方向总是与磁场的方向垂直 而电场力的方向与电场的方向平行 一 安培力方向的判断 特别提醒 1 f i f b 但b与i不一定垂直 2 若已知b i方向 f方向惟一确定 但若已知b 或i f方向 i 或b 方向不惟一 1 对安培力f ilbsin 的理解 1 当b与i垂直时 即sin90 1 则f ilb 当b与i成 角时 f ilbsin 是b与i的夹角 2 l是有效长度 匀强磁场中弯曲导线的有效长度l 等于连接两端点直线的长度 如图 相应的等效电流沿l由始端流向末端 二 安培力大小的计算 2 f ilbsin 的适用条件导线所处的磁场应为匀强磁场 在非匀强磁场中 公式仅适用于很短的通电导线 3 电流在磁场中的受力特点电荷在电场中一定会受到电场力作用 但是电流在磁场中不一定受安培力作用 当电流方向与磁场方向平行时 电流不受安培力作用 特别提醒 1 公式f ilbsin 中 是b和i方向的夹角 不能盲目应用题目中所给的夹角 要根据具体情况进行分析 2 公式f iblsin 中的lsin 也可以理解为垂直于磁场方向的 有效长度 1 如图甲 通电导线与磁场方向垂直 此时安培力最大 f 2 如图乙 通电导线与磁场方向平行 此时安培力最小 f 3 如图丙 通电导线与磁场方向成 角 此时安培力f 这是一般情况下安培力的表达式 ilb 0 ilbsin 三 安培定则与左手定则的区别 四 分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法 特别提醒 1 导体处于非匀强磁场中时 通常用电流元法判断其受力情况 2 判断条形磁铁 或小磁针 与环形电流间的相互作用时 通常选择等效法 答案 这些电器工作时的共同特点是都要使用电动机 而电动机的原理是通电线圈在磁场中受安培力作用而旋转 从而将电能转化为机械能 考点题型设计 题型1安培力方向的判断 解析 a b c d e f g中电流方向均与磁场方向垂直 而h中电流方向与磁场方向不垂直 由左手定则判断如图 答案 见解析 点评 解答此类题目时应注意以下两点 1 安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面 2 i b方向不垂直时 让磁感线斜着穿过掌心 答案 题型2安培力作用下导体的平衡 b 解析 设圆环的半径为r 则圆环的质量为 m环 2 r 2 5 10 3kg 磁场的水平分量为bsin30 环受到的安培力为 f bsin30 i 2 r 由于环所受向上的安培力等于环的重力 则有 2 r 2 5 10 3 10 bsin30 i 2 r 解得 i 0 1a 故选a 题型3安培力作用下导体的运动问题 b 解析 由安培定则可知直线电流产生的磁场是以直线电流为圆心的同心圆 ab中电流所产生的磁场在cd导线所在平面内的磁感线如图甲所示 俯视图甲 由左手定则可知 cd通电导线在m点受到的磁场力垂直于纸面向里 在n点受到的磁场力垂直于纸面向外 由于磁场的对称性 m n两点的磁场力大小相等 方向相反 使得cd通电导线转动起来 即cd电流将会转到与ab同向的位置 在图乙中 cd中的电流所受到的磁场力由左手定则可知