教科版选修31 磁场对通电导线的作用——安培力 课件 （共37张）.pptx

第三章磁场 2磁场对通电导线的作用 安培力 1 知道安培力的定义 会用f ilb计算b与i垂直情况下的安培力 2 会用左手定则判断安培力的方向 3 知道电动机的工作原理 4 体会控制变量法在科学研究中的作用 学习目标 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 如图1所示的实验电路图中 当开关断开时弹簧测力计的读数为f0 1 接通电路 调节滑动变阻器使电流表读数为i1 观察并记录弹簧测力计此时的读数f1 想一想 f1 f0的物理意义是什么 一 安培力 f1 f0是通电导线受到的磁场的作用力 答案 图1 2 继续调节滑动变阻器使电流表读数为i2 i3 in 且逐渐增大 记录下弹簧测力计相应的读数f2 f3 fn 并计算f2 f0 f3 f0 fn f0 你发现了什么 发现随着电流的增大 f2 f0 f3 f0 fn f0也逐渐增大 答案 3 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 2 你从中又发现了什么 加了一块磁铁相当于在磁场中的导线长度增加了 在电流in相同的情况下fn f0也增加 综合来看 通电导线与磁场垂直时 磁场对电流的作用力大小与导线的长度及电流都成正比 答案 1 安培力 磁场对 的作用力 2 安培力的大小 1 当通电导线与磁场方向垂直时 安培力大小f 其中b为比例系数 即下一节要学到的磁感应强度 与导线所在位置的磁场强弱有关 2 当通电导线与磁场方向平行时 安培力f bil 通电导线 0 3 安培力的方向安培力方向 磁场方向 电流方向三者之间满足 伸出左手 四指并拢 使大拇指和其余四指 并且都跟手掌在同一平面内 让磁感线垂直 四指指向沿 方向 则 所指方向就是通电导线所受安培力的方向 如图2所示 垂直 穿过手心 左手定则 电流 图2 大拇指 说明 f垂直于磁场 垂直于电流 即f垂直于磁场和电流所决定的平面 磁场方向和电流方向不一定垂直 用左手定则判断安培力方向时 磁感线只要从掌心进入即可 不一定垂直穿过掌心 判断下列说法的正误 1 通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直 2 应用左手定则时 四指指向电流方向 拇指指向安培力方向 3 若电流和磁场方向都变为与原来反向 则安培力的方向也变为与原来反向 4 一通电导线放在某处不受安培力 该处一定没有磁场 5 若磁场一定 导线的长度和电流也一定的情况下 导线平行于磁场时 安培力最大 垂直于磁场时 安培力最小 如图3是一个直流电动机的工作模型 它由磁场 磁体 转动线圈 滑环 电刷及电源组成 二 电动机 安培力的重要应用 答案 图3 1 甲图中线圈所在位置各边受力方向如何 乙图中呢 由左手定则可判断 甲图中与滑环a连接的一边所受安培力向下 与滑环b连接的一边所受安培力向上 这两个力的作用使线圈在磁场中顺时针转动 从滑环处向里看 同理可判断 乙图中与滑环a连接的一边所受安培力向上 与滑环b连接的一边所受安培力向下 这两个力的作用仍然是使线圈在磁场中顺时针转动 2 滑环的作用是什么 滑环起到了一个换向器的作用 这样就可保证线圈受到的安培力使线圈向一个方向旋转 答案 1 电动机由磁场 磁体 滑环 电刷及电源组成 2 当给电动机通电后 线圈受到 作用 在磁场中 起来 3 电动机有 电动机和 电动机两种 转动线圈 安培力 旋转 直流 交流 判断下列说法的正误 1 直流电动机的原理是电流的磁效应 2 直流电动机正常工作时 是将电能转化为机械能 3 直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的 4 电源的正负极和磁场的方向同时改变 直流电动机的转动方向也改变 2 题型探究 例1画出图4中各磁场对通电导线的安培力的方向 一 安培力的方向 图4 答案 解析 如图所示 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 二 安培力作用下导体运动方向的判断判断安培力作用下导体的运动方向 常有以下几种方法 1 电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元 运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向 从而判断出整段电流所受合力的方向 2 特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向 从而确定运动方向 3 等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管 通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析 4 利用结论法 两电流相互平行时无转动趋势 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 两电流不平行时 有转动到相互平行且电流方向相同的趋势 5 转换研究对象法因为电流之间 电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律 定性分析磁体在电流产生的磁场中的受力和运动时 可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力 然后由牛顿第三定律 再确定磁体所受电流的作用力 例2如图5所示 把一重力不计的通电直导线ab水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以在空间自由运动 当导线通以图示方向电流i时 导线的运动情况是 从上往下看 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 答案 图5 解析 如图所示 将导线ab分成左 中 右三部分 中间一小段开始时电流方向与磁场方向一致 不受力 左端一段所在处的磁场方向斜向上 根据左手定则其受力方向向外 右端一段所在处的磁场方向斜向下 受力方向向里 当转过一定角度时 中间一小段电流不再与磁场方向平行 由左手定则可知其受力方向向下 所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动 一边向下运动 c选项正确 判断导体在磁场中运动情况的常规思路不管是电流还是磁体 对通电导体的作用都是通过磁场来实现的 因此 此类问题可按下面步骤进行分析 1 确定导体所在位置的磁场分布情况 2 结合左手定则判断导体所受安培力的方向 3 由导体的受力情况判定导体的运动方向 针对训练如图6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 当线圈内通以图示方向的电流 从右向左看沿逆时针方向 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 答案 解析 图6 将环形电流等效成小磁针 如图所示 根据异名磁极相互吸引知 线圈将向左运动 也可将左侧条形磁铁等效成环形电流 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 三 安培力作用下导体的平衡1 解题步骤 1 明确研究对象 2 先把立体图改画成平面图 并将题中的角度 电流的方向 磁场的方向标注在图上 3 正确受力分析 包括安培力 然后根据平衡条件 f合 0列方程求解 2 分析求解安培力时需要注意的问题 1 首先画出通电导体所在处的磁感线的方向 再根据左手定则判断安培力方向 2 安培力大小与导体放置的角度有关 但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况 例3 多选 质量为m的金属细杆置于倾角为 的导轨上 导轨的宽度为d 杆与导轨间的动摩擦因数为 有电流通过杆 杆恰好静止于导轨上 在如图所示的a b c d四个选项中 杆与导轨的摩擦力一定不为零的是 答案 解析 选项a中 通电细杆可能受重力 安培力 导轨的弹力作用处于静止状态 如图所示 所以杆与导轨间的摩擦力可能为零 当安培力变大或变小时 细杆有上滑或下滑的趋势 于是有静摩擦力产生 选项b中 通电细杆可能受重力 安培力作用处于静止状态 如图所示 所以杆与导轨间的摩擦力可能为零 当安培力减小时 细杆还要受到导轨的弹力和沿导轨向上的静摩擦力 也可能处于静止状态 选项c和d中 通电细杆受重力 安培力 导轨弹力作用具有下滑趋势 故一定受到沿导轨向上的静摩擦力 如图所示 所以杆与导轨间的摩擦力一定不为零 达标检测 3 1 把一小段通电直导线放入磁场中 导线受到安培力的作用 关于安培力的方向 下列说法中正确的是a 安培力的方向一定跟磁场的方向相同b 安培力的方向一定跟磁场的方向垂直 但不一定跟电流方向垂直c 安培力的方向一定跟电流方向垂直 但不一定跟磁场方向垂直d 安培力的方向既跟磁场方向垂直 又跟电流方向垂直 答案 4 5 1 2 3 解析 安培力的方向既垂直于磁场方向 又垂直于电流方向 即垂直于磁场与电流所决定的平面 2 下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力 其中正确的是 4 5 1 2 3 答案 3 如图7所示是直流电动机的模型 闭合开关后线圈顺时针转动 现要线圈逆时针转动 下列方法中可行的是a 只改变电流方向b 只改变电流大小c 换用磁性更强的磁铁d 对换磁极同时改变电流方向 答案 解析 4 5 1 2 3 图7 直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关 若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变 它的转动方向将改变 但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向 线圈的转动方向将不变 4 5 1 2 3 4 如图8 两根绝缘细线吊着一根铜棒 空间存在垂直纸面向里的磁场 棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为f1 若棒中电流大小不变方向相反 两线上的拉力大小均为f2 且f2 f1 则铜棒所受安培力大小为a f1 f2b f2 f1c 2f1 2f2d 2f1 f2 答案 图8 4 5 1 2 3 解析 设铜棒的重力为g 所受安培力的大小为f 则由平衡条件得 2f1 g f 当电流反向时