人教版选修31 第三章 第4节 通电导线在磁场中受到的力 课件（42张）.ppt

第三章 磁场 4通电导线在磁场中受到的力 课前预习 1 概念把通电导线在磁场中受的力称为安培力 2 安培力的方向左手定则 如图所示 伸开左手 使拇指与其余四个手指 并且都与手掌在同一个 内 让磁感线从 进入 并使四指指向 的方向 这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 安培力 垂直 平面 掌心 电流 拇指 3 安培力的大小 1 公式 f 为磁感应强度与通电导线之间的夹角 2 说明 a 当通电导线与磁感线垂直时 即电流方向与磁感线垂直时 所受的安培力最大 f b 当通电导线与磁感线平行时 所受安培力 bilsin bil 为零 1 构造磁铁 螺旋弹簧 指针 极靴 2 原理通电线圈在磁场中受到安培力而偏转 1 线圈 越大 被测电流就越大 2 根据 的方向 可以知道被测电流的方向 磁电式电流表 线圈 偏转的角度 线圈偏转 3 特点两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱 使极靴与圆柱间的磁场都沿 方向 保持线圈转动时 安培力的大小不受磁场影响 线圈所受安培力的方向始终与线圈平面垂直 线圈平面都与磁场方向 表盘刻度均匀 如图所示 4 优 缺点优点是 高 能测出很弱的电流 缺点是线圈的 允许通过的电流很弱 半径 平行 灵敏度 导线很细 判一判 1 通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同 2 通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直 3 通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直 4 不通电的导线在磁场中一定不受安培力 5 通电的导线在磁场中一定受安培力 6 对处于匀强磁场中的某段导线而言 所通电流越大 所受安培力越大 解析 根据左手定则可判选项abc正确 d错误 abc 答案 弹簧上下跳动解析 通电后 弹簧的每一个圈都相当一个环形电流 且各线圈都通以相同方向的电流 根据同向电流相互吸引 弹簧收缩 下端脱离水银面 使电路断开 电路断开后 弹簧中的电流消失 磁场作用失去 弹簧在弹力和自身重力作用下下落 于是电路又接通 弹簧又收缩 如此周而复始 形成弹簧上下跳动 课内探究 提示 电流方向变化时 安培力的方向随着变化 所以灯丝发生 颤抖 探究一安培力的方向 1 安培力方向的判断 1 f b f i 即f垂直于b i决定的平面 2 当电流方向与磁场方向不垂直时 安培力的方向仍垂直于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 只是磁感线不是垂直进入掌心 3 注意区别安培力的方向和电场力的方向与磁场 电场的方向的关系 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 特别提醒 1 f i f b 但b与i不一定垂直 2 若已知b i方向 f方向惟一确定 但若已知b 或i f方向 i 或b 方向不惟一 解题指导 解答此类题目时应注意以下两点 1 安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面 2 i b方向不垂直时 让磁感线斜着穿过掌心 解析 a b c d e f g中电流方向均与磁场方向垂直 而h中电流方向与磁场方向不垂直 由左手定则判断如图 答案 见解析 根据磁场对电流会产生作用力的原理 人们研制出一种新型的发射炮弹的装置 电磁炮 电磁炮的炮弹动力摒弃传统的火药 采用电磁力 它由两条平行的长直导轨组成 导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸 当两轨接入电源时 强大的电流从一导轨流入 经滑块从另一导轨流回时 在两导轨平面间产生强磁场 通电流的滑块在安培力的作用下 弹丸会以很大的速度射出 弹丸体积虽小 但由于初速度特别大 所以具有很大的动能 足以穿透厚钢板 通电导体在磁场中受力与哪些因素有关呢 探究二安培力的大小 提示 与磁感应强度b 导线中的电流i 导线在磁场中的有效长度l等有关 1 对安培力f ilbsin 的理解 1 当b与i垂直时 即sin90 1 则f ilb 当b与i成 角时 f ilbsin 是b与i的夹角 2 l是有效长度 匀强磁场中弯曲导线的有效长度l 等于连接两端点直线的长度 如图 相应的等效电流沿l由始端流向末端 2 f ilbsin 的适用条件导线所处的磁场应为匀强磁场 在非匀强磁场中 公式仅适用于很短的通电导线 3 电流在磁场中的受力特点电荷在电场中一定会受到电场力作用 但是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 特别提醒 1 公式f ilbsin 中 是b和i方向的夹角 不能盲目应用题目中所给的夹角 要根据具体情况进行分析 2 公式f iblsin 中的lsin 也可以理解为垂直于磁场方向的 有效长度 解题指导 解该类问题的基本思路是 1 选定研究对象 2 变三维为二维 如侧视图 剖面图或俯视图等 并画出平面受力分析图 其中安培力的方向要注意f安 b f安 i 3 列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解 解析 由题意可知 三个图中导线的有效长度相同 而且均垂直于磁场 故根据公式f bil可知 三条线所受安培力一样大 故a b c错误 d正确 d 通电后的盐水为什么会旋转起来呢 这个现象对你有什么启发 探究三安培力作用下导体的运动 提示 盐水受到磁铁的磁场力作用而发生转动 盐水中有指向圆心的电流 根据左手定则 半径方向上的电流将受到安培力使得盐水逆时针转动 可以根据这个特点设计出无转子的洗衣机 衣服越脏 导电能力越强 电流越大 就受到更大的安培力 转速就更快 洗涤效果就更强 1 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 2 分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法 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 c 解题指导 导体棒作为研究对象 其所处位置磁场由磁铁产生 画出磁感线的分布 注意两端磁场与电流的方向 关系不同受力方向也不同 解析 1 电流元法 将导线ab从n s极的中间分成两段 对ao ob段所处的磁场方向如图甲所示 由左手定则可知ao段受安培力的方向垂直于纸面向外 ob段受安培力的方向垂直于纸面向里 可见从上向下看 导线ab将绕o点逆时针转动 2 特殊位置法 根据导线转过90 时的特殊位置判断其上下运动情况 如图乙所示 导线ab此时受安培力的方向竖直向下 导线将向下运动 综合上述由两个特殊位置的判断可知 当导线不在上述的特殊位置时 所受安培力使导线ab逆时针转动的同时还要向下运动 故选项c正确 解析 利用结论法求解 由安培定则可得 a环产生的磁场的方向向下 b环产生的磁场的方向向左 两个磁场相互作用后有磁场的方向趋向一