高中物理 第三章 磁场 4 通电导线在磁场中受到的力课件 新人教版选修31(1).ppt

第三章磁场 4通电导线在磁场中受到的力 学习目标1 知道安培力的概念 会用左手定则判定安培力的方向 2 掌握安培力的公式f ilbsin 并会进行有关计算 3 了解磁电式电流表的构造及其工作原理 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 安培力的方向 按照如图1所示进行实验 1 上下交换磁极的位置以改变磁场方向 导线受力的方向是否改变 答案 受力的方向改变 图1 2 改变导线中电流的方向 导线受力的方向是否改变 仔细分析实验结果 结合课本说明安培力的方向与磁场方向 电流方向有怎样的关系 答案 受力的方向改变 安培力的方向与磁场方向 电流方向的关系满足左手定则 图1 安培力的方向判定 1 左手定则 如图2所示 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平面内 让磁感线从进入并使四指指向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 2 说明 f b f i 即f垂直于 磁场方向和电流方向不一定垂直 用左手定则判断安培力方向时 磁感线只要从掌心进入即可 不一定垂直穿过掌心 掌心 电流的方向 b i决定的平面 图2 判断下列说法的正误 1 通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直 2 通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直 3 应用左手定则时 四指指向电流方向 拇指指向安培力方向 4 若电流和磁场方向都变为与原来反向 则安培力的方向也变为与原来反向 二 安培力的大小 1 在图3所示的实验中 探究安培力的大小与磁场强弱 电流大小 导线长度的关系 在b l一定时 增大电流i 导线受力怎么变化 图3 答案 安培力变大 实验中如何改变导线长度l 在b i一定时 增大导线的长度l 导线受力怎么变化 答案 分别将不同的接点连入电路安培力变大 2 长为l的一段导线放在磁场b中 通以电流i 当导线按以下两种方式放置时 所受磁场的作用力分别是多大 导线和磁场垂直放置 答案 f ilb 导线和磁场平行放置 答案 f 0 3 当导线和磁场方向的夹角为 时 如何计算安培力的大小 答案 将磁感应强度b沿导线方向和垂直导线方向进行分解 分别计算两分磁场对导线的作用力 1 如图甲 i b 此时安培力最大 f 2 如图乙 i b 此时安培力最小 f 3 如图丙 当i与b成 角时 把磁感应强度b分解 如图丁 此时f ilb 0 ilbsin 安培力的大小同一通电导线 按不同方式放在同一磁场中 受力情况不同 如图4所示 图4 判断下列说法的正误 1 通电导线在磁场中不一定受安培力 2 一通电导线放在磁场中某处不受安培力 该处的磁感应强度一定是零 3 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 磁电式电流表的构造和原理 1 原理 通电线圈在磁场中受到而偏转 线圈偏转的角度越大 被测电流就 根据线圈 可以知道被测电流的方向 2 构造 线圈 螺旋弹簧 指针 极靴 三 磁电式电流表 安培力 越大 偏转的方向 磁铁 3 特点 极靴与圆柱间的磁场沿方向 线圈转动时 安培力的大小不受磁场影响 电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直 线圈平面与磁场方向 如图5所示 4 优点 灵敏度高 可以测出的电流 缺点 线圈导线很细 允许通过的电流很弱 半径 平行 很弱 图5 判断下列说法的正误 1 指针稳定后 线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的 2 通电线圈中的电流越大 电流表指针偏转角度也越大 3 在线圈转动的范围内 各处的磁场都是匀强磁场 4 在线圈转动的范围内 线圈所受安培力与电流有关 而与所处位置无关 2 题型探究 一 安培力的方向 例1画出图6中各磁场对通电导线的安培力的方向 答案 解析 图6 如图所示 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 3 公式f ilbsin 中 是b和i方向的夹角 当 90 时sin 1 公式变为f ilb 二 安培力的大小 1 公式f ilbsin 中b对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度 不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响 2 公式f ilbsin 中l指的是导线在磁场中的 有效长度 弯曲导线的有效长度l 等于连接两端点直线的长度 如图7所示 相应的电流沿l由始端流向末端 图7 例2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分别如图所示 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 答案 解析 a图中 导线不和磁场垂直 将导线投影到垂直磁场方向上 故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 例3如图8所示 一根导线位于磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 其中ab bc cd de l 且 c 120 b d 150 现给这根导线通入由a至e的恒定电流i 则导线受到磁场作用的合力大小为 答案 解析 图8 三 安培力的实际应用 例4如图9所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度 天平的右臂下面挂一个矩形线圈 宽为l 共n匝 线圈的下部悬在匀强磁场中 磁场方向垂直于纸面 当线圈中通有电流i 方向如图所示 时 在天平两边加上质量分别为m1 m2的砝码时 天平平衡 当电流反向 大小不变 时 右边再加上质量为m的砝码后 天平又重新平衡 由此可知 图9 答案 解析 图9 因为电流反向时 右边再加砝码才能重新平衡 所以此时安培力竖直向上 由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里 电流反向前 有m1g m2g m3g nbil 其中m3为线圈质量 电流反向后 有m1g m2g m3g mg nbil 天平两臂平衡时 对左 右两盘向下的压力 等于重物或砝码的重力 和拉力的合力相等 达标检测 3 1 下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力 其中正确的是 答案 1 2 3 4 2 如图10所示 在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线 电流为i 磁感应强度为b 则各导线所受到的安培力分别为 1 2 3 4 fa fb fc fd bilcos 答案 0 3 如图11 两根绝缘细线吊着一根铜棒 空间存在垂直纸面向里的匀强磁场 棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为f1 若棒中电流大小不变方向相反 两线上的拉力大小均为f2 且f2 f1 则铜棒所受安培力大小为 a f1 f2b f2 f1c 2f1 2f2d 2f1 f2 答案 解析 1 2 3 4 图11 设铜棒的重力为g 所受安培力的大小为f 则由平衡条件得 2f1 g f 当电流反向时 安培力变为竖直向下 此时同样根据铜棒受力平衡有 2f2 g f 由 和 可得 f f2 f1 则b正确 1 2 3 4 a 3bil 方向b cb 4bil 方向b ac 7bil 方向垂直于ac连线斜向上d 5bil 方向垂直于ac连线斜向上 4 如图12所