高中物理 6.1 探究磁场对电流的作用课件 鲁科版选修31.ppt

第6章磁场对电流和运动电荷的作用 第1节探究磁场对电流的作用 第6章磁场对电流和运动电荷的作用 学习目标1 知道安培力及安培力大小的决定因素 会用公式f ilb计算安培力 2 会用左手定则判定安培力方向与磁场方向 电流方向之间的关系 3 知道电动机与磁电式电表是安培力的具体应用 第6章磁场对电流和运动电荷的作用 一 科学探究 安培力1 安培力 物理学将磁场对 的作用力称为安培力 2 影响安培力的因素 1 实验探究采用的方法 法 2 当通电导线与磁感线垂直时 实验结论是 当其他因素不变 磁感应强度增大时 安培力 当其他因素不变 电流增大时 安培力 当其他因素不变 导体长度增大时 安培力 安培力的方向由 和 共同决定 电流 控制变量 增大 增大 增大 磁感应强度方向 电流方向 3 安培力的大小和方向 1 大小 f 2 公式的适用条件 通电导线与磁场方向 或非匀强磁场中很短的导体 4 方向判断左手定则 伸开左手 让拇指与其余四指 并与手掌在同一平面内 让磁感线垂直穿过 四指指向 方向 那么 拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的 ilb 垂直 匀强磁场 垂直 手心 电流 受力方向 二 安培力就在你身边1 应用 电流表 等都是安培力的应用 2 电流计工作原理 1 构造 如图 圆柱形铁芯固定于 间 铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框 铝框的转轴上装有指针和游丝 电动机 蹄形磁铁两极 2 原理 当被测电流流入线圈时 线圈受 作用而转动 线圈的转动使游丝扭转形变 产生阻碍线圈转动的反向力 当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时 指针便停留在某一刻度 越大 越大 越大 安培力 电流 安培力 指针偏转 1 对公式f ilb的理解 1 此公式适用于b与i垂直 这时f最大 fmax ilb 若b与i平行 f最小 fmin 0 2 此公式中的l指的是 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 相应的电流沿l由始端流向末端 安培力大小的计算 2 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 对电流是没有力的作用的 f ilb ilbsin 即f ilbsin 特殊情况 1 当 90 时 电流方向与磁感线垂直 所受的安培力最大 f ilb 2 当 0 时 电流方向与磁感线平行 所受的安培力为零 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 ilbsin 中的lsin 也可以理解为垂直于磁场方向的 有效长度 如图所示 长为l的导线ab放在相互平行的金属导轨上 导轨宽度为d 通过的电流为i 垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为b 则ab所受的磁场力的大小为 a bilb bidcos c bid sin d bidsin 思路探究 安培力公式f ilbsin 中各符号的物理意义是什么 c 借题发挥本题考查对安培力大小计算公式的正确理解 f ilbsin ilb b 为磁场在垂直导线电流方向的分量 为有效磁场 或者f il b 其中l 为垂直于磁场方向的有效长度 1 如图所示 在匀强磁场中放置通有相同电流的三根导线甲 乙 丙 三根导线的形状不同 但每根导线的两端点间的距离相同 且导线均与磁场方向垂直 关于三根导线所受安培力合力大小的比较 下列说法中正确的是 a 甲导线受力最大b 乙导线受力最大c 丙导线受力最大d 三条导线受力一样大 d 解析 三条导线虽然实际长度不同 但是它们的两端点间的距离相同 即其等效长度相同 所以导线的受力一样大 故选d 1 安培力的方向不管电流方向与磁场方向是否垂直 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 即总有f i和f b 1 已知i b的方向 可用左手定则唯一确定f的方向 2 已知f b的方向 当导线的位置确定时 可唯一确定i的方向 3 已知f i的方向 b的方向不能唯一确定 安培力方向的判断 2 判断安培力方向的步骤及注意事项 1 确定磁场和电流所确定的平面 2 判断出安培力的方向在哪一条直线上 3 根据左手定则判断出安培力的具体方向 注意 当电流方向与磁场方向在同一直线上时 电流不再受安培力的作用 请画出如图所示的甲 乙 丙三种情况下 导线受到的安培力的方向 思路探究 左手定则的内容是什么 判断安培力的方向时应注意什么 解析 画出甲 乙 丙三种情况的侧面图 利用左手定则判定出在甲 乙 丙三种情况下 导线所受安培力的方向如图所示 答案 见解析 名师点评 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 2 如图所示 已知磁场与电流的方向 图中又画出了通电导线在磁场中所受安培力的方向 那么正确的是 b 解析 由左手定则知 a图中导线受安培力方向垂直纸面向外 b图中安培力竖直向上 c图中导线不受安培力 d图中安培力垂直导线向下 故选b 安培定则 和 左手定则 的区别与联系1 在适用对象上 安培定则用来研究电流 直线电流 环形电流 通电螺线管电流 产生的磁场时 电流与其产生的磁场的磁感线的方向关系 左手定则用来研究通电导线 或运动电荷 在磁场中受力时 f i b三者方向的关系 2 在电流与磁场的关系上 安培定则中的 磁场 与 电流 密不可分 同时存在 同时消失 磁场 就是电流的磁效应产生的磁场 左手定则中的 磁场 与 电流 可以单独存在 磁场 是外加的 不是通电导线产生的磁场 3 在因果关系上 安培定则中的 电流 是 因 磁场为 果 正是有了电流 直线电流 环形电流 通电螺线管电流 才出现了由该电流产生的磁场 左手定则中的 磁场 和 电流 都是 因 磁场对通电导线的作用力是 果 有因才有果 而此时的两个 因 对通电导线的作用力来说缺一不可 范例 如图所示 在同一平面内有两根平行的通电导线a与b 关于它们相互作用力方向的判断 正确的是 通以同向电流时 互相吸引 通以同向电流时 互相排斥 通以反向电流时 互相吸引 通以反向电流时 互相排斥a b c d c 解析 设两导线中都通以向上的同向电流 根据安培定则 导线a中的电流产生的磁场 在其右侧都垂直纸面向内 这个磁场对通电导线b的作用力fab的方向由左手定则可知 在纸面内向左 同理 导线b中的电流产生的磁场在其左侧都垂直纸面向外 它对导线a的作用力fba的方向在纸面内向右 结果如图甲所示 两导线互相吸引 若其中b导线的电流反向 即两导线中通以反向电流 则a导线的右边垂直纸面向内的磁场对b导线的作用力fab 的方向在纸面内