高中物理 3.2 磁场对通电导线的作用安培力课件 教科版选修31.ppt

第二节磁场对通电导线的作用 安培力 第三章磁场 学习目标1 通过实验探究的方法知道安培力大小的决定因素 2 理解并掌握安培力的计算公式f ilb 并会用左手定则判定安培力的方向 重点和难点 3 了解电动机 磁电式电流表的构造及原理 第三章磁场 一 安培力1 探究影响通电导线受力的因素 1 将一根 水平悬挂在磁铁的两极间 导线的方向与磁场的方向 2 控制变量法 保持磁场中直导线的长度不变 改变 通过观察 示数大小来比较磁场力大小 直导线 垂直 电流大小 弹簧测力计 保持电流不变 改变磁场中 通过观察直导线 大小来比较磁场力大小 3 结论 通电直导线与磁场 时 磁场对通电导线作用力的大小与 和 都成正比 即f il 用 表示比例系数 它与导线所在位置 有关 蹄形磁体个数 受力 方向垂直 导线长度 电流大小 b 磁场的强弱 2 安培力定义 大小和方向 3 左手定则伸出左手 四指并拢 使大拇指和其余四指垂直 并且都跟手掌在同一平面内 让 垂直穿过手心 四指指向 方向 则大拇指所指方向就是 所受安培力的方向 磁感线 电流 通电导线 想一想 若通电导线在磁场中f安 0 则该处一定没有磁场 这句话对吗 提示 不对 因为通电导线与磁场方向平行时 f安 0 安培力 机械 安培力大小的计算 学案导引1 公式f ilb中l是导线的长度吗 2 电流和磁场不垂直时 如何求f安 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 等于连接两端点直线的长度 如图 相应的电流沿l由始端流向末端 3 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 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 用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中 如图所示 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 匀强磁场的强弱为b 求导线abc所受安培力的大小和方向 思维流程 解析 法一 ab段所受的安培力大小fab ilb 方向向右 bc段所受的安培力大小fbc ilb 方向向上 所以该导线所受安培力为这两个力的合力 如图所示 f ilb 方向沿 abc的角平分线向上 安培力的方向 学案导引1 电流方向和磁场方向不垂直时 安培力还垂直于磁感线吗 2 讨论安培定则和左手定则的不同 1 安培力的方向特点f b f i 即f垂直于b i所决定的平面 2 当电流方向跟磁场方向不垂直时 安培力的方向仍垂直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 只是磁感线不再垂直穿过手心 3 注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系 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 4 安培定则和左手定则的区别 1 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 2 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 特别提醒 1 安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面 但磁场方向和电流方向不一定垂直 2 若已知b i方向 f方向唯一确定 但若已知b 或i f方向 i 或b 方向不唯一 一根容易形变的弹性导线 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 描述导线在纸面内状态的四个图示中正确的是 解析 由左手定则知 a图中不受安培力作用 a错 b图中所受安培力垂直纸面向里 b错 c图中所受安培力在纸面内向右 c错 d对 d 2 在地球赤道上空 沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流 则此导线 a 受到竖直向上的安培力b 受到竖直向下的安培力c 受到由南向北的安培力d 受到由西向东的安培力解析 地球赤道上空的磁场方向由南向北与地面方向平行 由左手定则可判断导线受到竖直向上的安培力 a 安培力作用下导体运动方向的判断 学案导引1 电流或磁体受磁场力的方向以及运动方向如何判断 2 常见的分析电流的受力方向和运动方向的方法有哪些 把整段导线分为多段电流元 先用左手定则判断每段电流元受力的方向 然后判断整段导线所受合力的方向 从而确定导线运动方向 环形电流可等效成小磁针 通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流 反过来等效也成立 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置 然后判断其所受安培力的方向 从而确定其运动方向 两平行直线电流在相互作用过程中 无转动趋势 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 两不平行的直线电流相互作用时 有转到平行且电流方向相同的趋势 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题 可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力 然后由牛顿第三定律 确定磁体所受电流磁场的反作用力 从而确定磁体所受合力及运动方向 特别提醒 1 判断通电线圈等在磁场中的转动情况 要寻找具有对称关系的电流元 2 利用特殊位置法要注意所选的通电导体所在特殊位置的磁场方向 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 解析 通电的导线环周围能够产生磁场 磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用 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 据同向电流相互吸引的规律 判知两导线环应相互吸引 故a正确 答案 a 名师点评本题也可用等效法进行判断 通电导线环可等效成小磁针 两个导线环可等效成两个小磁针 由于电流的方向相同 所以两个小磁针的n极 s极顺序应相同 如图所示 根据异名磁极相吸引的规则 判出两导线环应相互吸引 这种方法既方便又准确 3 直导线ab与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离 直导线固定 线圈可以自由运动 当通过如图所示的电流时 同时通电 从左向右看 线圈将 a 顺时针转动 同时靠近直导线abb 顺时针转动 同时离开直导线abc 逆时针转动 同时靠近直导线abd 不动 解析 选c 先用安培定则判断出ab导线右侧的磁场向里 因此 环形电流内侧受力向下 外侧受力向上 从左向右看应逆时针方向转 当转到与ab共面时 ab与环左侧吸引 与环右侧排斥 由于左侧离ab较近 则引力大于斥力 所以环靠近导线ab 故选项c正确 关键提醒 解答该题应注意以下关键点 1 将立体图转换为平面图进行受力分析 2 静摩擦力可能有两个方向 从而造成电流的范围 解析 杆ab中的电流为a到b 所受的安培力方向平行于导轨向上 当电流较大时 导体有向上的运动趋势 所受静摩擦力向下 当静摩擦力达到最大时 磁场力为最大值f1 此时通过ab的电流最大为imax 同理 当电流最小时 应该是导体受向上的静摩擦力 此时的安培力为f2 电流为imin 正确地画出两种情况下的受力图如图所示 由平衡条件列方程求解 根据第一幅受力图列式如下 f1 mgsin f1 0 1分 n mgcos 0 1分 f1 n 1分 f1 bimaxd 1分 解上述方程得 imax 0 46a 1分 根据第二幅受力图 得f2 f2 mgsin 0 1分 n mgcos 0 1分 f2 n 1分 f2 bimind 1分 解上述方程得 imin 0 14a 1分 故所求范围为0 14a i 0 46a 2分