高考物理总复习 第8章 2讲 磁场对电流的作用课件 新人教版.ppt

第二讲磁场对电流的作用 1 熟练掌握磁场对通电直导线的作用 会用公式计算安培力的大小 能用左手定则判定安培力的方向 2 了解磁电式电表的原理 一 安培力的大小和方向1 安培力的大小 如图所示 1 f 2 磁场和电流垂直时 f 3 磁场和电流平行时 f bilsin bil 0 在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时 该点的b值大小就一定为零吗 提示 f的大小与i l b及 有关 当试探电流元的方向与磁场方向垂直时产生的安培力最大 当试探电流元的方向与磁场方向平行时 虽磁感应强度不为零 但电流元所受磁场力却为零 2 安培力的方向 1 左手定则 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个平面内 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 2 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于决定的平面 掌心 电流的方向 安培力的方向 b和i 1 安培力公式中的l为有效长度 即垂直磁感应强度方向的长度 2 安培力的方向垂直于磁感应强度b和电流i所决定的平面 但磁感应强度b与电流i不一定垂直 b与i垂直时产生的安培力最大 二 磁电式电表1 基本组成部分 磁铁和放在磁铁两极之间的 如图 2 工作原理 1 磁场特点 方向 沿均匀辐射地分布 大小 在距轴线等距离处的磁感应强度大小 线圈 径向 相等 2 安培力的特点 方向 安培力的方向与线圈平面 大小 安培力的大小与通过的电流成 3 表盘刻度特点由于导线在安培力作用下带动线圈转动 螺旋弹簧变形 反抗线圈的转动 电流越大 安培力越大 螺旋弹簧形变就 所以指针偏角与通过线圈的电流i成 表盘刻度 垂直 正比 越大 正比 均匀 磁电式电表的优点是灵敏度高 能测出很弱的电流 缺点是线圈的导线很细 允许通过的电流很小 一 安培力作用下通电导体运动方向的判断1 基本思路判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势 首先必须弄清楚导体所在位置的磁场磁感线分布情况 然后利用左手定则准确判定导体的受力情况 进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向 2 常用方法 友情提示 1 在应用左手定则时 磁感线不一定垂直穿过手心 但四指一定指向电流方向 大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 2 某些导体在安培力作用下可能会出现平动与转动同时发生的情况 这时就可以应用特殊位置法 如图所示 把一通电导线放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以自由移动 当导线通过电流i时 如果只考虑安培力的作用 则从上往下看 导线的运动情况是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 自主解答 把直线电流等效为oa ob两段电流元 蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向相反 如图所示 可见从上往下看时 导线将逆时针方向转动 取导线逆时针转过90 的特殊位置来分析 如图所示 根据左手定则判断安培力方向向下 故导线在逆时针转动的同时向下运动 答案 c 1 如图所示 在条形磁铁s极附近悬挂一个圆形线圈 线圈平面与水平磁铁位于同一平面内 当线圈中通以如图所示方向的电流时 线圈将 a 向磁铁平移b 远离磁铁平移c 边转动边向左摆动d 边转动边向右摆动 解析 线圈所处位置的磁场方向如图所示 由左手定则可判断线圈左半部分向纸外转动 右半部分向纸里转动 通电圆环可看成小磁针 转动后其左边为n极 所以线圈与磁铁相互吸引向左摆动 故选c 答案 c 二 与安培力有关的力学的综合问题1 安培力的大小安培力常用公式f bil 进行计算 应用时要满足 1 b与i垂直 2 l是有效长度 即垂直磁感应强度方向的长度 如弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度 如图所示 相应的电流方向沿l由始端流向末端 因为任意形状的闭合线圈 其有效长度为零 所以闭合线圈通电后在匀强磁场中 受到的安培力的矢量和为零 3 b并非一定是匀强磁场的磁感应强度值 但一定是导线所在处的磁感应强度值 2 通电导线在磁场中的平衡和加速 1 选定研究对象 2 变三维为二维 画出平面受力分析图 其中安培力的方向切忌跟着感觉走 要用左手定则来判断 注意f安 b f安 i 3 列平衡方程 牛顿第二定律的方程式进行求解 3 安培力做功的特点和实质 1 安培力做功与路径有关 不像重力 电场力做功与路径无关 2 安培力做功的实质 起传递能量的作用 安培力做正功 是将电源的能量传递给通电导线后或转化为导线的动能或转化为其他形式的能 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能 友情提示 通电导线在磁场中的平衡及加速运动问题的处理方法与力学问题一样 无非是有安培力参与作用 错源探究 导体所处的状态不清导致错误 错因分析 误认为金属棒mn偏转到最大偏角时 金属棒处于平衡状态 认为此时金属棒所受的合力为零 实际上金属棒处于最大偏角时金属棒不平衡 而是要向回摆动 正确解答 金属棒向外偏转的过程中 受重力mg 导线拉力ft 安培力f共三个力的作用 其中导线的拉力不做功 由动能定理得 wf wg 0 状元笔记 有关安培力的力电综合题往往涉及到三维立体空间问题 处理相关安培力问题时变三维为二维便可变难为易 迅速解题 安培力的方向总是垂直于电流方向和磁场方向决定的平面 即一定垂直于b和i 当变阻器r取值较大时 i较小 安培力f较小 在金属棒重力分力mgsin 作用下使棒有沿框架下滑的趋势 框架对棒的摩擦力沿框面向上 如图乙所示 乙 2012宜春测试 物理学家法拉第在研究电磁学时 亲手做过许多实验 如图所示的实验就是著名的电磁旋转实验 这种现象是 如果载流导线附近只有磁铁的一个极 磁铁就会围绕导线旋转 反之 载流导线也会围绕单独的某一磁极旋转 这一装置实际上就成为最早的电动机 图中a是可动磁铁 b是固定导线 c是可动导线 d是固定磁铁 图中黑色部分表示汞 磁铁和导线的下半部分都浸没在汞中 下部接在电源上 这时自上向下看 a和c的转动方向分别是 a a顺时针 c逆时针b a逆时针 c顺时针c a逆时针 c逆时针d a顺时针 c顺时针解析 b导线电流向上 其产生的磁场向上向下看为逆时针方向 故磁铁a将逆时针转动 由左手定则可知c导线受力为顺时针 故顺时针转动 答案 b 在倾角为 的光滑斜面上 置一通有电流i 长为l 质量为m的导体棒 如图所示 试求 1 欲使棒静止在斜面上 外加匀强磁场的磁感应强度b的最小值和方向 2 欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力 外加匀强磁场的磁感应强度b的大小和方向 3 分析棒有可能静止在斜面上且要求b垂直l 应加外磁场的方向的范围 解 取通电导体棒为研究对象 所受力为重力mg 弹力fn 安培力f 属于三个共点力的平衡问题 要使棒静止在斜面上 当安培力等于重力沿斜面向下的分力mgsin 且b垂直l时 b值最小 要使棒对