高中物理 1.4通电导线在磁场中受到的力学案 新人教版选修3-1

1 1 4 1 4 通电导线在磁场中受到的力 一 通电导线在磁场中受到的力 一 一 复习 一 复习 1 1 通电直导线垂直放在匀强磁场中受力的大小与哪些因素有关 通电直导线垂直放在匀强磁场中受力的大小与哪些因素有关 2 2 当通电直导线与磁场方向平行时是否受力 成任意角呢 当通电直导线与磁场方向平行时是否受力 成任意角呢 二 新课教学 二 新课教学 通过第二节的学习 我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力 安培在这方面的研究通过第二节的学习 我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力 安培在这方面的研究 做出了杰出的贡献 为了纪念他 人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力 做出了杰出的贡献 为了纪念他 人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力 这节课我们对安培力作进一步的讨论 这节课我们对安培力作进一步的讨论 1 1 安培力的方向 安培力的方向 1 1 演示实验 演示实验 1 1 改变电流的方向 改变电流的方向 现象 导体向相反的方向运动 现象 导体向相反的方向运动 2 2 调换磁铁两极的位置来改变磁场方向 调换磁铁两极的位置来改变磁场方向 现象 导体又向相反的方向运动 现象 导体又向相反的方向运动 结论结论 1 1 安培力的方向和 安培力的方向和 方向有关系 方向有关系 2 2 安培力的方向既跟磁场方向垂直 又跟电流方向垂直 也就是说 安培力的方向 安培力的方向既跟磁场方向垂直 又跟电流方向垂直 也就是说 安培力的方向 总是垂直于总是垂直于 和和 所在的平面 所在的平面 2 2 左手定则 左手定则 1 1 通电直导线所受安培力的方向和磁场方向 电流方向之间的关系 可以用左 通电直导线所受安培力的方向和磁场方向 电流方向之间的关系 可以用左 手定则来判定 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都和手掌在一个平面内 手定则来判定 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都和手掌在一个平面内 把手放入磁场中 让磁感线垂直穿入手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么 大把手放入磁场中 让磁感线垂直穿入手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么 大 拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 例例 1 1 判断下图中导线 判断下图中导线 A A 所受磁场力的方向 所受磁场力的方向 例例 2 2 赤道上某处有一竖直的避雷针 当带有正电的乌云经过避雷 赤道上某处有一竖直的避雷针 当带有正电的乌云经过避雷针的上方时 避雷针针的上方时 避雷针 2 开始放电 则地磁场对避雷针的作用力的方向为开始放电 则地磁场对避雷针的作用力的方向为 A A 正东正东 B B 正南正南 C C 正西正西 D D 正北正北 2 2 演示实验 演示实验 1 1 电流的方向相同时 电流的方向相同时 现象 两平行导线相互靠近 现象 两平行导线相互靠近 2 2 电流的方向相反时 电流的方向相反时 现象 两平行导线相互远离 现象 两平行导线相互远离 结论结论 3 3 如图 两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时 它们 如图 两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时 它们 相互间的作用力的方向如何相互间的作用力的方向如何 说明说明 分析通电导线在磁场中的受力时 要先确定导线所在处 分析通电导线在磁场中的受力时 要先确定导线所在处 的磁场方向 然后根据左手定则确定通电导线的受力方向 的磁场方向 然后根据左手定则确定通电导线的受力方向 2 2 安培力的大小 安培力的大小 通过第二节课的学习 我们已经知道 垂直于磁场通过第二节课的学习 我们已经知道 垂直于磁场 B B 放置的通电导线放置的通电导线 L L 所通电流为 所通电流为 I I 时 它在磁场中受到的安培力时 它在磁场中受到的安培力 F BIL F BIL 当磁感应强度当磁感应强度 B B 的方向与导线平行时 导线受力为零 的方向与导线平行时 导线受力为零 思考思考 当磁感应强度 当磁感应强度 B B 的方向与导线方向成夹角的方向与导线方向成夹角 时 导线受的安培力多大呢 时 导线受的安培力多大呢 将磁感应强度将磁感应强度 B B 分解为与导线垂直的分量分解为与导线垂直的分量 B 和与导线平行的分量和与导线平行的分量 B 因因不产生安培力 导线所受安培力是不产生安培力 导线所受安培力是 B 产生的 故安培力计算的一般公式为 产生的 故安培力计算的一般公式为 sinILBF 例例 3 3 质量为 质量为 0 5 0 5 的金属杆在相距的金属杆在相距 1m1m 的水平轨道上与轨道垂的水平轨道上与轨道垂 直放置金属杆上通以直放置金属杆上通以 I 4AI 4A 的恒定电流 如图所示 匀强磁场的恒定电流 如图所示 匀强磁场 B B 垂直轨道平面 金属杆与轨道间动摩擦因数为垂直轨道平面 金属杆与轨道间动摩擦因数为 0 20 2 求匀强磁 求匀强磁 场的场的磁感应强度磁感应强度 B B 多大时金属杆恰好不发生移动 多大时金属杆恰好不发生移动 B 3 1 4 通电导线在磁场中受到的力 二 通电导线在磁场中受到的力 二 一 复习 一 复习 1 1 安培力的方向如何判断 安培力的方向如何判断 2 2 安培力的大小的决定因素有哪些 安培力的大小的决定因素有哪些 3 3 如果电流方向与磁场方向不垂直时安培力的方向 大小如何确定 如果电流方向与磁场方向不垂直时安培力的方向 大小如何确定 4 4 共点力平衡的计算方法有哪些 共点力平衡的计算方法有哪些 二 新课教学 二 新课教学 1 1 中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表 下面我们来 中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表 下面我们来 学习磁电式电流表的工作原理 学习磁电式电流表的工作原理 1 1 电流表主要由哪几部分组成的 电流表主要由哪几部分组成的 电流表由永久磁铁 铁芯 线圈 螺旋弹簧 指针 刻度盘等电流表由永久磁铁 铁芯 线圈 螺旋弹簧 指针 刻度盘等 六部分组成 六部分组成 2 2 磁电式电流表的工作原理 磁电式电流表的工作原理 磁场对电流的作用力和电流成正比 因而线圈中的电流越大 安培力越大 线圈和磁场对电流的作用力和电流成正比 因而线圈中的电流越大 安培力越大 线圈和 指针偏转的角度就越大 因此 根据指针偏转角度的大小 可以知道被测电流的强弱 指针偏转的角度就越大 因此 根据指针偏转角度的大小 可以知道被测电流的强弱 当线圈中的电流方向改变时 安培力的方向随着改变 指针的偏转方向也随着改变 所当线圈中的电流方向改变时 安培力的方向随着改变 指针的偏转方向也随着改变 所 以 根据指针的偏转方向 可以知道被测电流的方向 以 根据指针的偏转方向 可以知道被测电流的方向 3 3 电流表中磁场分布有何特点呢 为何要如此分布 电流表中磁场分布有何特点呢 为何要如此分布 电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的 如图 电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的 如图 所谓均匀辐向分布 就是说所有磁感线的延长线都通所谓均匀辐向分布 就是说所有磁感线的延长线都通 过铁芯的中心 不管线圈处于什么位置 线圈平面与磁感过铁芯的中心 不管线圈处于什么位置 线圈平面与磁感 线之间的夹角都是零度 该磁场并非匀强磁场 但在以铁芯为中心的圆圈上 各点的磁线之间的夹角都是零度 该磁场并非匀强磁场 但在以铁芯为中心的圆圈上 各点的磁 感应强度感应强度 B B 的大小是相等的 这样的磁场 可使线圈转动时 它的两个边所经过的位置的大小是相等的 这样的磁场 可使线圈转动时 它的两个边所经过的位置 磁场强弱都相同 从而使表盘的刻度均匀 磁场强弱都相同 从而使表盘的刻度均匀 4 4 磁电式仪表的优缺点是什么 磁电式仪表的优缺点是什么 磁电式仪表的优点是灵敏度高 可以测出很弱的电流 缺点是绕制线圈的导线很磁电式仪表的优点是灵敏度高 可以测出很弱的电流 缺点是绕制线圈的导线很 细 允许通过的电流很弱 几十微安到几毫安 细 允许通过的电流很弱 几十微安到几毫安 如果通过的电流超过允许值 很容易 如果通过的电流超过允许值 很容易 4 把它烧坏 把它烧坏 2 2 关于通电直导线的共点力平衡典型问题 关于通电直导线的共点力平衡典型问题 1 1 受力分析 对研究对象进行受力分析 要将各力画在一个平面上 还要将磁场方 受力分析 对研究对象进行受力分析 要将各力画在一个平面上 还要将磁场方 向电流方向表示出来 因此往往有视角的变化 向电流方向表示出来 因此往往有视角的变化 2 2 力的计算方法 力的计算方法 3 3 临界条件问题 临界条件问题 最大静摩擦力最大静摩擦力 弹力弹力 其它其它 三 课堂练习 三 课堂练习 1 1 在倾角为 在倾角为 的光滑斜面上 置一通有电流为的光滑斜面上 置一通有电流为 I I 长为 长为 L L 质量 质量 为为 m m 的导体棒 如图所示 试求 的导体棒 如图所示 试求 欲使棒静止在斜面上 外加匀强磁场的磁感应强度欲使棒静止在斜面上 外加匀强磁场的磁感应强度 B B 的最小值的最小值 和方向和方向 欲使棒静止在斜面上且欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力 应加匀强磁场对斜面无压力 应加匀强磁场 B B 的最小值和方向的最小值和方向 2 2 有一金属棒 有一金属棒 abab 质量为 质量为 m m 电阻不计 可在两条轨道上 电阻不计 可在两条轨道上 滑动 如图所示 轨道间距为滑动 如图所示 轨道间距为 L L 其平面与水平面的夹角 其平面与水平面的