鲁科版选修31 6.1探究磁场对电流的作用 课件（33张）.pptx

第1节探究磁场对电流的作用 读一读 思一思 辨一辨 议一议 一 安培力阅读教材第113 115页 科学探究 安培力 部分 知道安培力的定义 计算公式和方向 1 什么是安培力 答案 物理学将磁场对电流的作用力称为安培力 2 安培力的大小如何 答案 在匀强磁场中 当通电直导线与磁场方向垂直时 通电直导线所受的安培力f最大 等于磁感应强度b 电流i和导线长度l的乘积 即f ilb 安培力的单位为n 3 如何判断通电直导线所受安培力的方向 答案 用左手定则进行判断 伸开左手 让拇指与其余四指垂直 并与手掌在同一平面内 让磁感线垂直穿过手心 四指指向电流的方向 那么 拇指所指的方向就是通电直导线在磁场中所受安培力的方向 读一读 思一思 辨一辨 议一议 4 当磁场方向与电流方向不垂直时 安培力的方向是否仍与两者方向垂直 答案 安培力的方向既垂直于电流的方向 又垂直于磁场的方向 读一读 思一思 辨一辨 议一议 二 安培力就在你身边阅读教材第117 118页 安培力就在你身边 部分 了解电动机 电流计的基本构造和原理 1 电动机是利用什么力使通电线圈转动的 答案 安培力 2 如图所示 当电流通过线圈时 左 右边线框受到的安培力方向如何 答案 左边线框受到的安培力方向向上 右边线框受到的安培力方向向下 读一读 思一思 辨一辨 议一议 3 下图为电流计构造示意图 试说明a b c d分别为电流计的哪个组成部分 答案 a为磁铁 b为铝框 c为指针 d为游丝 读一读 思一思 辨一辨 议一议 4 电流计的工作原理是什么 答案 当被测电流通入线圈时 线圈受安培力作用而转动 从而使游丝扭转形变 阻碍线圈的转动 两种作用平衡时 指针便停留在某一刻度 电流越大 指针的偏转越大 所以通过指针的偏转角度便可知道电流的大小 读一读 思一思 辨一辨 议一议 1 思考辨析 1 发现通电导线周围存在磁场的科学家是库仑 解析 奥斯特发现通电导线周围存在磁场 答案 2 磁感线指向磁感应强度减小的方向 解析 在匀强磁场中 沿磁感线方向磁场强度不变 答案 3 通电导线不受磁场力作用的地方一定没有磁场 解析 由bil f可知 当i b时 f 0 此时不受磁场力 但有磁场 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 4 将i l相同的通电导体放在同一匀强磁场的不同位置 受安培力可能不同 解析 如果i l相同 放置角度不同 磁场力也可能不同 答案 5 磁电式电流表内是均匀辐射磁场 不是匀强磁场 解析 磁场均匀辐射 疏密程度不同 不是匀强磁场 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 探究讨论 1 通电导线在磁场中一定受到安培力吗 若通电导线不受安培力作用 是否可以判定该处无磁场吗 答案 当通电导线与磁场方向平行时不受安培力作用 若通电导线不受安培力作用 则该处可能无磁场 也可能有磁场 2 电流方向和磁场方向确定时 安培力的方向是否是唯一确定的 答案 由左手定则可知 若已知电流方向和磁场方向时 安培力的方向是唯一确定的 3 在教材第118页图6 11的电流计构造示意图中 通电线圈的四条边是否都受安培力作用 答案 与转动轴垂直的两条边不受安培力作用 因为导线与磁场方向平行 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 安培力方向的判断如图所示 用一蹄形磁铁慢慢地接近发光的白炽灯泡 可以看到灯丝颤抖起来 你能解释一下灯丝为什么会 颤抖 吗 安培力的方向与哪些因素有关 如何来判断 要点提示 灯丝中的电流方向在交替变化 磁场对通电电流的安培力方向也在变化 从而使其振动 通电导线受力方向与磁场方向 电流方向有关 安培力的方向由左手定则来判断 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 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 在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面 从而判断安培力的方向在哪一条直线上 然后再根据左手定则判断安培力的具体方向 2 当电流方向跟磁场方向不垂直时 安培力的方向仍垂直于电流和磁场所决定的平面 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 3 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 判断电流的磁场方向用安培定则 确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题1 画出指明各磁场对通电导线的安培力的方向 思考问题 磁场的方向 电流的方向 安培力的方向三者的关系如何 答案 三者遵守左手定则 电流的方向跟磁场的方向可以不垂直 但安培力的方向一定垂直于磁场和电流所决定的平面 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 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 答案 如图所示 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结 1 运用左手定则判定安培力的方向时 注意图形的转化 将抽象的立体图形转化为便于受力分析的图形 2 运用左手定则时 无论b i是否垂直 一定要让磁感线垂直穿过手心 四指指向电流的方向 则拇指所指方向即为安培力的方向 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 安培力大小的计算如图所示 把一条通电导线平行地放在小磁针的上方 我们发现小磁针发生偏转 当改用两节或者更多的电池时 小磁针偏转的快慢有什么变化 把小磁针放在距离导线稍近的地方进行实验 小磁针偏转的快慢又有什么变化 这说明什么 要点提示 变快 变快 这说明电流大和磁场强时 小磁针受到的作用力大 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 公式f ilb中l指的是 有效长度 当b与i垂直时 f最大 f ilb 当b与i平行时 f 0 2 1 公式中的l为导线在垂直磁场方向的有效长度 弯曲通电导线的有效长度l等于连接两端点的直线的长度 相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端 如图甲所示 2 对任意形状的闭合平面线圈 当线圈平面与磁场方向垂直时 线圈的有效长度l 0 故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零 如图乙所示 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 3 若磁场和电流成 角时 如图所示 可以将磁感应强度b正交分解成b bsin 和b bcos 而b 对电流是没有作用的 f ilb 即f ilbsin 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题2 如图所示 一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l 且 abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 解析 导线段abcd的有效长度为线段ad 由几何知识知lad l 故线段abcd所受磁场力的合力大小f iladb ilb 导线有效长度的电流方向为a d 据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上 故a项正确 答案 a 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 归纳总结当载流导线为曲线时 要计算电流受到的安培力常用以下两种方法 方法1 分段求解 可以将电流分成很多小段 当每一小段都足够短时 每一小段都可以看成直线 先求出每一小段受到的安培力 然后再合成即可 方法2 化曲为直 等效替换 计算一段曲线电流在匀强磁场中受到的安培力时可以用曲线始末两端的连线代替原曲线 认为这段直线中通有与原曲线中相同大小的电流 则这段曲线电流受到的安培力与这段直线电流受到的安培力相同 当这段曲线闭合时 其等效长度为0 所受到的安培力的合力为0 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 安培力作用下通电导体运动方向的判定方法把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来 使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触 并使它组成如图所示的电路图 当开关s闭合后 你预计会发生什么现象 怎样解释这个现象 要点提示 弹簧会上下跳动 s闭合后电路闭合 弹簧中有电流 因同向电流相互吸引 弹簧收缩 当弹簧下端离开水银后 电路断开 弹簧恢复原长 下端再次和水银接触 电路再次接通 如此反复 因此弹簧上下跳动 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 不管是电流还是磁体 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 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 1 判断通电线圈等在磁场中的转动情况 要寻找具有对称关系的电流元 2 利用特殊位置法要注意所选的通电导体所在特殊位置的磁场方向 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 例题3 一个可以自由运动的线圈l1和一个固定的线圈l2互相绝缘垂直放置 且两个线圈的圆心重合 当两线圈通以如图所示的电流时 从左向右看 线圈l1将 a 不动b 顺时针转动c 逆时针转动d 向纸面内平动 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 解析 方法一 等效分析法把线圈l1等效为小磁针 该小磁针刚好处于环形电流l2的中心 通电后 小磁针的n极应指向该环形电流l2的磁场方向 由安培定则知l2产生的磁场方向在其中心竖直向上 而l1等效成的小磁针转动前n极应指向纸里 因此应由向纸里转为向上 所以从左向右看 线圈l1顺时针转动 方法二 利用结论法环形电流l1 l2之间不平行 则必有相对转动 直到两环形电流同向平行为止 据此可得l1的转动方向应是 从左向右看线圈l1顺时针转动 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题导引 名师精讲 典例剖析 方法三 电流元分析法把线圈l1沿转动轴分成上下两部分 每一部分又可以看成无数段直线电流元 电流元处在l2产生的磁场中 根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上 由左手定则可得 上半部分电流元所受安培力均指向纸外 下半部分电流元所受安培力均指向纸里 因此从左向右看线圈l1将顺时针转动 答案 b归纳总结 1 通电线圈可等效为小磁针 小磁针或条形磁铁也可等效为通电线圈 2 结论法在解题时 会收到事半功倍的效果 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 5 1 安培力的方向 关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场力的方向 正确的说法是 a 跟磁场方向垂直 跟电流方向平行b 跟电流方向垂直 跟磁场方向平行c 既跟磁场方向垂直 又跟电流方向垂直d 既不跟磁场方向垂直 又不跟电流方向垂直解析 根据左手定则中电流方向 安培力的方向和磁场方向的关系 可知c是正确的 答案 c 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 5 2 安培力的大小 如图所示 磁场方向竖直向下 通电直导线ab由水平位置1绕a点在竖直平面内转到位置2的过程中 通电导线所受安培力是 a 数值变大 方向不变b 数值变小 方向不变c 数值不变 方向改变d 数值 方向均改变解析 安培力f ilb 电流不变 垂直于直导线的有效长度减小 安培力减小 安培力的方向总是垂直于bi所构成的平面 所以安培力的方向不变 答案 b 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 5 3 通电导线运动方向的判断 如图所示 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 当线圈内通入图示方向的电流后 则线圈 a 向左运动b 向右运动c 静止不动d 无法确定 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 5 解析 方法一 等效法 把通电线圈等效成小磁针 由安培定则 线圈等效成小磁针后 左端是s极 右端是n极 异名磁极相互吸引 线圈向左运动 方法二 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 选项a正确 答案 a 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 4 5 4 电流表 多选 关于磁电式电流表 下列说法正确的有 a 电流表的线圈处于匀强磁场中b 电流表的线圈