人教版选修31 3.4　通电导线在磁场中受到的力 课件（31张）.pptx

4通电导线在磁场中受到的力 第三章磁场 课时要求 1 知道安培力的概念 会用左手定则判定安培力的方向 2 知道安培力公式f ilb的适用条件 并会用公式解决简单问题 3 会用矢量分解方法推导导线与磁场不垂直时的安培力公式 4 了解磁电式电流表的工作原理 内容索引 自主预习预习新知夯实基础 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习 一 安培力的方向1 安培力 在磁场中受的力 2 左手定则 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 并使四指指向的方向 这时的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 3 安培力方向与磁场方向 电流方向的关系 f b f i 即f垂直于所决定的平面 通电导线 从掌心进入 b与i 电流 拇指所指 二 安培力的大小1 垂直于磁场b放置 长为l的通电导线 当通过的电流为i时 所受安培力为f 2 当磁感应强度b的方向与方向成 角时 公式f 三 磁电式电流表1 原理 安培力与电流的关系 通电线圈在磁场中受到而偏转 线圈偏转的角度越大 被测电流就 根据线圈 可以知道被测电流的方向 2 构造 螺旋弹簧 指针 极靴 ilb 导线 ilbsin 安培力 越大 偏转的方向 磁铁 线圈 3 特点 极靴与圆柱间的磁场沿方向 线圈转动时 安培力的大小不受磁场影响 电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直 线圈平面与磁场方向 如图1所示 半径 平行 4 优点 灵敏度高 可以测出的电流 缺点 线圈导线很细 允许通过的电流 很弱 图1 很弱 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 应用左手定则时 四指指向电流方向 拇指指向安培力方向 2 一通电导线放在磁场中某处不受安培力 该处的磁感应强度一定是零 3 在b i l大小一定的情况下 导线平行于磁场时 安培力最大 垂直于磁场时 安培力最小 4 对于磁电式电流表 指针稳定后 线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的 答案 5 对于磁电式电流表 通电线圈中的电流越大 电流表指针偏转角度也越大 6 对于磁电式电流表 在线圈转动的范围内 线圈所受安培力与电流有关 而与所处位置无关 2 如图2所示 已知导体棒中通有电流i 导体棒长度为l 磁场磁感应强度为b 当导体棒按下面几种方式放置时 写出导体棒所受安培力的大小 图2 0 ilb ilb ilb 答案 重点探究 导学探究 按照如图3所示进行实验 1 上下交换磁极的位置以改变磁场方向 导线受力的方向是否改变 一 安培力的方向 答案受力的方向改变 图3 2 改变导线中电流的方向 导线受力的方向是否改变 仔细分析实验结果 结合课本说明安培力的方向与磁场方向 电流方向有怎样的关系 答案受力的方向改变 安培力的方向与磁场方向 电流方向的关系满足左手定则 答案 知识深化 1 安培力方向的特点安培力的方向既垂直于电流方向 也垂直于磁场方向 即安培力的方向垂直于电流i和磁场b所决定的平面 1 当电流方向与磁场方向垂直时 安培力方向 磁场方向 电流方向两两垂直 应用左手定则时 磁感线垂直穿过掌心 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方向 也垂直于磁场方向 应用左手定则时 磁感线斜着穿过掌心 2 平行通电直导线间的相互作用同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 例1画出图4中各磁场对通电导线的安培力的方向 图4 解析无论b i是否垂直 安培力总是垂直于b与i所决定的平面 且满足左手定则 答案 解析 答案如图所示 导学探究 1 在图5所示的探究安培力大小的有关因素的实验中 把导线垂直放入磁场 磁感应强度为b 中 得出的安培力f与导线长度l 电流大小i有怎样的关系 二 安培力的大小 图5 答案bil 答案 2 当导线平行磁场方向放入时 它受到的安培力多大 答案0 答案 3 当导线和磁场方向的夹角为 时 它受到的安培力多大 答案bilsin 解析 解析将磁感应强度b沿导线方向和垂直导线方向进行分解 如图所示 则b bsin f b il bilsin 知识深化 1 公式f ilbsin 中b对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度 不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响 2 公式f ilbsin 中l指的是导线在磁场中的 有效长度 弯曲导线的有效长度l等于连接两端点直线的长度 如图6所示 相应的电流沿l由始端流向末端 图6 3 公式f ilbsin 中 是b和i方向的夹角 1 当 90 时 即b i sin 1 公式变为f ilb 2 当 0 时 即b i f 0 例2长度为l 通有电流为i的直导线放入一匀强磁场中 电流方向与磁场方向分别如图所示 已知磁感应强度为b 对于下列各图中 导线所受安培力的大小计算正确的是 答案 解析 解析a图中 导线不和磁场垂直 将导线投影到垂直磁场方向上 故f bilcos a正确 b图中 导线和磁场方向垂直 故f bil b错误 c图中 导线和磁场方向垂直 故f bil c错误 d图中 导线和磁场方向垂直 故f bil d错误 例3如图7所示 一根导线位于磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场中 其中ab bc cd de l 且 c 120 b d 150 现给这根导线通入由a至e的恒定电流i 则导线受到磁场作用的合力大小为 解析 答案 图7 解析据题图和几何关系求得a e两点间的距离为 l等 2 l 据安培力公式得f bil等 2 bil 故a b d错误 c正确 三 安培力的实际应用 例4如图8所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度 天平的右臂下面挂一个矩形线圈 宽为l 共n匝 线圈的下部悬在匀强磁场中 磁场方向垂直于纸面 当线圈中通有电流i 方向如图所示 时 在天平两边加上质量分别为m1 m2的砝码时 天平平衡 当电流反向 大小不变 时 右边再加上质量为m的砝码后 天平又重新平衡 由此可知 图8 答案 解析因为电流反向时 右边再加砝码才能重新平衡 所以此时安培力竖直向上 由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里 电流反向前 有m1g m2g m3g nbil 其中m3为线圈质量 电流反向后 有m1g m2g m3g mg nbil 两式联立可得 故选b 解析 针对训练 2018 余杭中学 萧山八中高二期中联考 如图9所示 一根长为l的铝棒用两个劲度系数均为k的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中 磁感应强度为b 方向垂直纸面向里 当铝棒中通过的电流i方向从左到右时 弹簧的长度变化了 x 则下面说法正确的是 图9 解析当铝棒中通过从左到右的电流时 由左手定则知安培力向上 使弹簧长度缩短 由平衡条件得f安 bil k 2 x 则 故选a 解析 答案 达标检测 解析a图中电流与磁场方向平行 没有安培力 故a错误 b图中安培力的方向是垂直导线向下的 故b错误 c图中安培力的方向是垂直导线向上的 故c正确 d图中电流方向与磁场方向平行 不受安培力作用 故d错误 1 安培力的方向 下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流i 磁场的磁感应强度b和所受安培力f的方向 其中图示正确的是 答案 解析 1 2 3 4 5 2 安培力的方向 2017 2018学年嵊州中学高二 上 期末 有一通电金属导线在赤道上方 东西向水平放置 电流方向向西 它受到地磁场的作用力方向为a 向东b 向西c 向上d 向下 答案 1 2 3 4 5 3 安培力的大小 如图10所示 在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线 电流为i 磁感应强度为b 则各导线所受到的安培力分别为 答案 图10 fa fb fc fd bilcos 0 1 2 3 4 5 4 安培力的大小 如图11 两根绝缘细线吊着一根铜棒 空间存在垂直纸面向里的匀强磁场 图中未画出 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 图11 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 安培力变为竖直向下 此时同样根据铜棒受力平衡有 2f2 g f 由 和 可得 f f2 f1 则b正确 答案 解析 1 2 3 4 5 5 磁电式电流表 实验室经常使用的电流表是磁电式电流表 这种电流表的构造如图12甲所示 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的 当线圈通以如图乙所示的稳恒电流 b端电流流向垂直纸面向内 下列说法正确的是a 当线圈在如图乙所示的位置时 b端受到的安培力方向向上b 线圈转动时 螺旋弹簧被扭动 阻碍线圈转动c 线圈通过的电流越大 指针偏转角度越小d 线圈所受安培力大小与电流大小无关 答案 解析 图