高考物理 第1部分 第三章 第2节 磁场对通电导线的作用 安培力.ppt

第三章 第2节 理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练 知识点一 知识点二 考向一 考向三 随堂基础巩固 课时跟踪训练 考向二 1 磁场对通电导线的作用力称为安培力 安培力的方向由左手定则判定 2 当通电导线与磁场方向平行时 导线不受安培力 当通电导线与磁场方向垂直时 导线受安培力作用 其大小为f bil 3 电动机是靠安培力做功 将电能转化成机械能的装置 1 探究磁场对通电导线的作用 1 实验原理 将通电导线置于磁场中 它将受到力的作用 取一蹄形磁铁 认为它的两极间的磁场均匀 将一通电线框置于蹄形磁铁的两极间 电流的大小可以由滑动变阻器调节 通电导线在磁场中的长度可由并用的磁铁数目改变 安培力的大小可通过弹簧测力计的读数求出 自学教材 2 实验装置 如图3 2 1所示 3 实验器材 铁架台 蹄形磁体 2个 线框 弹簧测力计 电流表 电源 滑动变阻器 开关 导线若干 图3 2 1 4 实验过程 按如图3 2 1所示装置安装 连接实验器材 并使线框下端与磁场方向垂直 在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数f0 接通电路 调节滑动变阻器使电流表读数为i1 记录弹簧测力计的读数f1 继续调节滑动变阻器使电流表读数为i2 i3 in 观察并记录弹簧测力计相应的读数f2 f3 fn 分别计算出f1 f0 f2 f0 f3 f0 fn f0 并填入表格中 列出ii与fi f0 i 1 2 3 n 的对应关系 紧挨着蹄形磁体再并排放上一个相同的蹄形磁体 相同的极性在同一侧 仍保持线框的竖直边在磁场区外 重复 过程 5 实验结论 当通电导线与磁场方向平行时 导线不受力 当通电导线与磁场方向垂直时 磁场对通电导线有力的作用 力的大小与导线中的电流 导线长度和磁场强弱有关 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正比 比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关 2 安培力的大小和方向 1 定义 磁场对通电导线的作用力 2 公式 f ilb 式中i的单位为安 a l的单位为米 m f的单位为牛 n 3 安培力方向的判定 左手定则内容 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 让磁感线垂直穿过手心 四指指向沿电流方向 则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向 如图3 2 2所示 图3 2 2 重点诠释 1 对安培力的理解 1 公式f ilb是在通电导线与磁场方向垂直的情况下得出的 2 安培力方向的特点 通电导线在磁场中受到的安培力方向 既与电流方向垂直 又与磁场方向垂直 或者说安培力方向垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面 3 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 4 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 5 安培定则和左手定则的区别 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 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 2 电场力与安培力的区别 1 在图3 2 3中标出了磁场的方向 通电直导线中电流i的方向 以及通电直导线所受安培力f的方向 其中正确的是 图3 2 3 解析 b选项导线和磁场方向平行 故通电导线不受安培力作用 再由左手定则 c选项正确 a d错误 答案 c 自学教材 1 直流电动机的工作原理 1 直流电动机的构造 如图3 2 4所示是一个直流电动机的工作模型 由磁场 磁体 转动线圈 滑环 两个半圆环a和b 电刷及电源组成 图3 2 4 2 工作原理 当电流由半圆环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 当线圈通电后 由于受到安培力的作用 线圈在磁场中旋转起来 2 电动机的分类 1 直流电动机 2 交流电动机 重点诠释 1 两个半圆环a和b的作用是改变线圈中的电流方向 从而确保线圈中安培力的方向与线圈转动方向一致 2 无论直流电动机还是交流电动机 无论其结构多复杂 但都是利用磁场对通电导线的作用把电能转化为机械能的 2 下列关于直流电动机的说法 错误的是 a 直流电动机是将电能转化为机械能的装置b 直流电动机能把电能全部转化为动能c 直流电动机是依靠磁场对电流的作用工作的d 直流电动机工作时也会有发热现象 是电流的热效应 解析 从能量角度来看直流电动机是把电能转化成机械能的装置 其工作原理是利用了磁场对电流的作用 但由于线圈有一定的电阻 直流电动机在工作过程中会产生一定的焦耳热 答案 b 例1 如图3 2 5所示 一金属直杆mn两端接有导线 悬挂于线圈上方 mn与线圈轴线均处于竖直平面内 为使mn垂直于纸面向外运动 可以 图3 2 5 a 将a c端接在电源正极 b d端接在电源负极b 将b d端接在电源正极 a c端接在电源负极c 将a d端接在电源正极 b c端接在电源负极d 以上判断都不正确 思路点拨 首先分析导线mn处线圈产生的磁场分布情况 再根据左手定则判断mn的受力情况 解析 按照a选项中接法 由安培定则知螺线管上端为n极 mn中电流方向自左向右 由左手定则知mn垂直于纸面向外运动 b选项中的接法使螺线管上端为s极 mn中电流方向自右向左 故由左手定则可判断 mn垂直于纸面向外运动 所以a b正确 而c选项中螺线管上端为s极 mn中电流方向自左向右 则由左手定则可判知 mn垂直于纸面向内运动 所以选项c不正确 答案 ab 对于这类 安培定则 左手定则 同时应用的题目 弄清它们的应用范围是分析问题的关键 安培定则适用于分析 因电而生磁 类问题 而 左手定则 适用于分析 因电而受力 类问题 1 如图3 2 6所示 一根长直导线穿过载有恒定电流的金属环的中心且垂直于环面 导线中和环中电流方向如图所示 那么金属环受到的磁场力为 a 沿圆环半径向外b 等于零c 沿圆环半径向内d 水平向左 图3 2 6 解析 环形电流与直线电流激发的磁场处处平行 故环形电流i1不受磁场力 故b正确 答案 b 例2 如图3 2 7所示 把轻质导电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于线圈平面 当线圈内通入如图方向的电流后 则线圈 a 向左运动b 向右运动c 静止不动d 无法确定 图3 2 7 审题指导 解答本题应注意以下三点 1 熟悉条形磁铁周围空间的磁场分布 2 通电线圈可等效成小磁针 3 通电线圈也可看成由许多电流元组成 解析 法一 等效法 把通电线圈等效成小磁针 由安培安则 线圈等效成小磁针后 左端是s极 右端是n极 异名磁极相吸引 线圈向左运动 法二 电流元法 如图所示 取其中的上 下两小段分析 根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 答案 a 判断安培力作用下导体运动方向的常用方法 2 如图3 2 8所示 在蹄形磁铁的上方用橡皮绳悬挂一根直导线cd 当导线中通有沿cd方向的电流时 在磁场力的作用下 直导线cd将 a 向下平动 橡皮绳再伸长一些b 向纸面外平动 橡皮绳再伸长一些c c端向纸面外转动 d端向纸里转动 橡皮绳再伸长一些d d端向纸面外转动 c端向纸里转动 橡皮绳缩短一些 图3 2 8 解析 用左手定则判断导线cd左边受安培力垂直纸面向外 导线cd右边受安培力垂直于纸面向里 故c端向纸面外转动 d端向纸面里转动 同时cd还受到向下的安培力 故橡皮绳中张力增大 橡皮绳的伸长量也增大一些 故c正确 答案 c 例3 在倾角为 的光滑斜面上 放置一通有电流i 长l 质量为m的导体棒 如图3 2 9所示 试问 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 图3 2 9 审题指导 解答本题时应注意以下三点 1 斜面光滑 棒不受摩擦力作用 棒静止 其合力为零 2 导体棒平衡 所受安培力最小 对应磁感应强度最小