高三物理第八章 磁场 第2课时 磁场对电流的作用力.ppt

第2课时磁场对电流的作用力考点自清 一 安培力的大小和方向1 安培力的大小 1 f 如图1所示 2 磁场和电流垂直时 f 3 磁场和电流平行时 f 0 图1 bilsin bil 2 安培力的方向 1 用左手定则判定 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 让磁感线从掌心进入 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 名师点拨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 但磁感应强度与电流不一定垂直 电流的方向 安培力的方向 b和i 二 磁电式电流表如图2所示 蹄形磁铁和圆柱形铁芯间的磁场是均匀辐向磁场 不管通电线圈在磁场中转到什么位置 线圈平面都跟磁场平行 线圈中电流越大 偏转角也越大 与i成正比 因通电线圈中的电流方向改变时 指针 或线圈 偏转的方向随之改变 故根据电流表指针偏转方向可判定电路中的电流方向 图2 交流与思考 磁电式电流表有什么优缺点 提示 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 允许通过的电流很弱 热点一安培力的方向特点1 与电场力比较磁场和电场有很多相似之处 但是 安培力比库仑力复杂得多 点电荷在电场中受力方向和电场方向不是相同就是相反 而电流元在磁场中受力的方向与磁场的方向不在同一条直线上 而且还不在同一个平面内 安培力的方向与磁场方向和电流方向决定的平面垂直 热点聚焦 2 方向确定 1 通电导线i放在磁场b之中 是安培力f产生的原因 所以f的方向由i b决定 2 安培力f的方向总与磁场b方向和通电导线电流i的方向所决定的平面垂直 但磁场的方向与电流的方向不一定垂直 可以成任意夹角 3 由磁场b的方向和电流i的方向确定安培力f的方向是惟一的 但由f和b 或i 方向确定 i 或b 的方向不惟一 特别提示不论导线与磁感线的夹角如何 安培力的方向都可以用左手定则判定 只不过当导线与磁感线不垂直时 磁感线应斜穿过手心 但四指一定指向电流方向 拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 热点二安培力的大小和做功情况1 应用公式f bil时需要注意 1 b与l垂直 2 l是有效长度 如图3曲线acb中如果通电电流为i 则其受水平向左的安培力f bil 3 b并非一定是匀强磁场 但一定是导线所在处的磁感应强度 图3 2 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能 储存或再转化为其他形式的能 2 安培力做功的实质 能量的转化 1 安培力做正功 是将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能 题型1通电导体在安培力作用下运动方向的判断 例1 如图4所示 把轻质导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线圈平面 当线圈内通以如图方向的电流后 线圈的运动情况是 a 线圈向左运动b 线圈向右运动c 从上往下看顺时针转动d 从上往下看逆时针转动 题型探究 图4 思路点拨解答本题可用两种思考方法 1 把环形电流看成小磁针 2 把环形电流看作很多直线电流组成的 分析每小段直线电流的受力 解析解法一电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看做一直线电流 取其中上 下两小段分析 其截面图和受安培力情况如右图所示 根据对称性可知 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 只有选项a正确 解法二等效法 将环形电流等效成一条形磁铁 如下图所示 据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 选a 也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 也可判断出线圈向左运动 选a 答案a 方法提炼判断通电导体在安培力作用下的运动方向 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 往往采用以下几种方法 变式练习1如图5所示 用细橡皮筋悬吊一轻质线圈 置于一固定直导线上方 线圈可以自由运动 当给两者通以图示电流时 线圈将 a 靠近直导线 两者仍在同一竖直平面内b 远离直导线 两者仍在同一竖直平面内c 靠近直导线 同时旋转90 d 远离直导线 同时旋转90 图5 解析由安培定则知 通电直导线在线圈处产生的磁场垂直于纸面向外 为了判定通电线圈在这一磁场内的受力方向 不妨将它分成足够多的等份来处理 这样每一小段便可看做是一小段通电直导线 结合左手定则可判定出各段受力皆背离圆心 如右图所示 但由于直线电流的磁场不均匀 靠近直导线的部分磁场较强 因而线圈靠近直导线的部分受力较大 考虑对称性特点 将各段受力合成时 合力方向一定竖直向下 这样线圈必定靠近直导线 并仍处于竖直平面内 答案a 题型2安培力与力学知识的综合应用例2如图6所示 在倾角 30 的斜面上 固定一金属框 宽l 0 25m 接入电动势e 12v 内阻不计的电源 垂直框面放有一根质量m 0 2