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3_1

4通电导线在磁场中受到的力 1 知道什么是安培力 2 知道左手定则的内容 会用左手定则进行三个方向 电流方向 磁场方向 安培力方向 的相互判断 3 知道一般情况下安培力的表达式 F ILBsin 并会解答有关问题 4 知道磁电式电流表的基本构造和工作原理 1 安培力的方向 1 什么是安培力 通电导线在磁场中受到的力称为安培力 2 判断安培力方向的方法是左手定则 内容 伸开左手 使拇指与其余四指垂直 并与手掌在一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向电流的方向 这时拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 如图所示 安培力与磁场和通电导线的方向之间的关系是什么 提示 安培力一定垂直于磁场和通电导线所决定的平面 2 安培力的大小 1 通电导线跟磁场垂直时 安培力最大 F ILB 2 通电导线跟磁场平行时 安培力最小 F 0 3 通电导线跟磁场夹角为 时 把磁感应强度B分解为与导线垂直的分量B 和与导线平行的分量B 如图所示 则B Bsin B Bcos 导线所受的安培力是B 产生的 F ILBsin 3 磁电式电流表 1 构造 磁铁 线圈 螺旋弹簧 又叫游丝 指针 极靴 圆柱形铁芯等 2 原理 当被测电流通入线圈时 线圈受安培力作用而转动 线圈的转动使螺旋弹簧扭转形变 产生阻碍线圈转动的力矩 当安培力产生的转动与螺旋弹簧形变产生的阻碍达到平衡时 指针停留在某一刻度 电流越大 安培力就越大 指针偏角就越大 什么叫电流表的灵敏度 它与哪些因素有关系 提示 所谓电流表的灵敏度 是指在通入相同电流的情况下 指针偏转角度的大小 偏角越大 灵敏度越高 如果要提高磁电式电流表的灵敏度 就要使在相同电流下导线所受的安培力增大 可通过增加线圈的匝数 增大永磁铁的磁感应强度 增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现 1 安培力方向 磁场方向 电流方向之间的关系 1 安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面 在判断时首先要确定磁场与电流所决定的平面 从而判断出安培力的方向在哪一条直线上 然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向 磁场方向与电流方向并不一定垂直 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 所以仍可以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掌心 特别提醒若已知B I方向 则由左手定则得F安的方向被唯一确定 但若已知B 或I F安的方向 由于B只要穿过掌心即可 则I 或B 的方向不唯一 2 安培力的大小 1 对安培力F ILBsin 的理解 当B与I垂直 即sin90 1时 F ILB 当B与I成 角时 F ILBsin 是B与I的夹角 公式F ILBsin 中 a B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度 不必考虑导线自身产生的磁场的影响 特别提醒 1 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 2 公式F ILBsin 中的Lsin 也可以理解为L在垂直于磁场方向上的 有效长度 3 安培力作用下导体运动方向的判断不管是通电导体还是磁体 对通电导线的作用都是通过磁场来实现的 因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况 然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动 在实际操作过程中 往往采用以下几种方法 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 4 安培力作用下的物体平衡 1 有安培力参与的物体平衡 此平衡与前面所讲的物体平衡一样 也是利用物体平衡条件解题 只是在分析时多了一个安培力而已 2 与闭合电路欧姆定律相结合的题目 主要应用 闭合电路欧姆定律 求安培力公式F BIL 物体平衡条件 3 在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们学习的共点力平衡相似 一般也是先进行受力分析 再根据共点力平衡的条件列出平衡方程 其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 点拨 磁场的方向 电流的方向 安培力的方向遵守左手定则 电流的磁场用安培定则判断 解析 要求直杆MN垂直纸面向外运动 把直杆所在处的磁场方向和直杆中电流画出来 得A B正确 若使A C两端 或B D两端 的电势相对于另一端B D 或A C 的电势的高低做同步变化 线圈磁场与电流方向的关系跟上述两种情况一样 故D也正确 答案 ABD 类型一 类型二 类型三 类型四 题后反思安培定则 左手定则往往同时应用 应特别注意 安培定则用来判断电流的磁场方向 又称右手螺旋定则 而左手定则是利用左手来判断电流的受力情况 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 题后反思对安培力公式F BILsin 的正确理解是分析问题的关键 本题中既可分段求解 然后求合力 又可采用等效方法进行计算 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 题后反思在用电流元法分析问题时 要在对称的特殊位置选取电流元 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 点拨 先对AB进行正确受力分析 根据平衡条件求安培力的最大值 最小值 可确定电流的范围 解析 杆AB中的电流为从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 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 根据第一幅受力图列式如下 F1 mgsin Ff1 0FN mgcos 0Ff1 FNF1 BImaxd解上述方程得Imax 0 46A根据第二幅受力图 得F2 Ff2 mgsin 0 FN mgcos 0 Ff2 FN F2 BImind解上述方程得Imin 0 14A 答案 0