5.4-探究安培力-(沪科版选修3-1)省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

5．4探究安培力第1页目标导航1.了解安培力概念和安培力应用．2．会用左手定则判断安培力方向，并能用左手定则解答相关问题．(重点)3．会用公式F＝BIL计算B与I垂直和平行情况下安培力大小，并了解其拓展公式F＝BILsinθ应用．(重点)4．了解电流天平结构和工作原理．第2页新知初探自学导引一、安培力方向1．安培力：磁场对________作用力．2．安培力方向：用左手定则来判断．左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线______手心，使四指指向_______方向，则_________所指方向就是安培力方向．电流穿入电流大拇指第3页二、安培力大小1．当通电导线与磁场方向平行时，导线所受安培力为零．2．当通电导线与磁场方向垂直时，导线所受安培力最大，即F＝______.3．当通电导线与磁场方向不垂直时，可将磁感应强度分解为跟通电导线平行和垂直两个分量，得出：BIL第4页F＝BILsinθ(θ是电流方向与磁场方向间夹角)．4．F＝BIL适用条件：___________，对于非匀强磁场，当L足够短时，能够近似地认为导线所在处磁场是匀强磁场．匀强磁场第5页想一想1．在匀强磁场中，当I⊥B时，公式F＝BIL中L就是导线实际长度吗？提醒：不一定，L应了解为通电导线在磁场中有效长度．第6页三、磁电流天平1．结构(如图5－4－1所表示)图5－4－1第7页2．原理：如图5－4－2所表示，分别给电流天平E形导线和螺线管通电．通电导线CD段将会受到向下安培力，横臂右端因安培力而向下倾斜．在横臂左端加上适当钩码，使天平恢复平衡．电流天平横臂左右两端相等，导线CD受到安培力大小就等于左端钩码重力．图5－4－2第8页3．使用方法(1)调整天平调平螺母，使天平平衡．(2)给E形导线和螺线管通电，使E形导线CD段受到安培力方向向下．(3)经过改变螺线管电流大小来改变磁感应强度大小．(4)在左端挂钩上挂上适当钩码，使天平恢复平衡．第9页关键点探究讲练互动关键点1通电导线在安培力作用下运动

学案导引1．什么是安培力，安培力方向和哪些原因相关？怎样判断安培力方向？2．怎样处理通电导线(线圈)在磁场中受力情况？第10页1．安培力方向(1)安培力方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定平面，在判断时首先确定磁场和电流所确定平面，从而判断安培力方向在哪一条直线上，然后再依据左手定则判断安培力详细方向．(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力方向仍垂直于电流和磁场所决定平面，所以仍可用左手定则来判断安培力方向，只是磁感线不再垂直穿过手心．第11页(3)注意区分安培力方向和电场力方向与场方向关系．安培力方向与磁场方向垂直,而电场力方向与电场方向平行．2．判断通电导线或线圈在安培力作用下运动方向方法(1)电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元．先用左手定则判断每小段电流元受到安培力方向，再判断整段电流所受安培力方向，从而确定导体运动方向．第12页(2)特殊位置分析法：依据通电导体在特殊位置所受安培力方向，判断其运动方向，然后推广到普通位置．(3)等效分析法：环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等效为条形磁铁，其南、北极由安培定则判定．第13页

如图5－4－3所表示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极正上方，导线能够自由转动，当导线中经过如图所表示方向电流I时，试判断导线运动情况．例1图5－4－3第14页【思绪点拨】把整段电流等效为多段直线电流元，利用左手定则判断出每小段电流元受安培力方向，从而判断出整段电流所受协力方向，最终确定运动方向．【精讲精析】据题图所表示导线所在处特殊位置判断其转动情况．将导线AB从N、S极中点O分成两段，第15页对AO、BO段所处磁场方向如图5－4－4所示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直纸面向外，BO段受安培力方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动．再依据导线转过90°时特殊位置判断其上下运动情况．图5－4－4第16页如图5－4－5所表示，导线此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动．由上述两个特殊位置判断可知，当导线在上述特殊位置时，所受安培力使导线逆时针转动同时还要向下运动．图5－4－5第17页【答案】

由上向下看导线逆时针转动，同时向下落【规律方法】(1)在用电流元法分析问题时,要在对称特殊位置选取电流元．(2)若磁感应强度方向与电流方向不垂直时,应将磁感应强度B分解为与电流方向垂直分量B⊥和平行分量B∥后再进行分析．(3)要把用特殊位置分析出结果结合实际,推导出普通结论．第18页变式训练1．如图5－4－6所表示，两个一样导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离．当同时给两导线通以同向电流时，两导线环将(

)图5－4－6第19页A．吸引

B．排斥C．保持静止

D．边吸引边转动解析：选A.可利用等效法判断，将环形电流利用安培定则等效为两小磁针．可知两导线环相互吸引．选项A正确．第20页关键点2安培力大小计算

学案导引1．安培力大小和哪些原因相关？2．利用公式F＝BIL计算安培力大小时，应注意什么？第21页1．安培力决定原因有两个：一个是放入磁场中一段导体IL乘积，另一个是磁场本身，即磁场磁感应强度B大小和方向．因而安培力改变能够经过：(1)改变磁感应强度B大小来改变．(2)改变通电导线长短L来改变．(3)改变通电导线电流I大小来改变．(4)改变通电导线与磁感应强度夹角θ来改变．第22页2．对公式F＝BIL中“L”了解(1)当导线是直时，L就是导线实际长度．(2)当导线是折线型或曲线型，则L应了解为有效长度，如图5－4－7所表示．图5－4－7第23页第24页3.若磁场和电流成θ角时，如图5－4－8所表示．能够将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥对电流是没有作用．所以F＝ILB⊥＝ILBsinθ，即F＝ILBsinθ.图5－4－8第25页尤其提醒：(1)公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向夹角，不能盲目应用题目中所给夹角，要依据详细情况进行分析．(2)公式F＝IBLsinθ中Lsinθ也能够了解为垂直于磁场方向“有效长度”．(3)用公式计算安培力适用条件为电流处于匀强磁场中．第26页

(·萧山高二检测)如图5－4－9一段导线abcd位于磁感应强度大小为B匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°，流经导线电流为I，方向如图中箭头所表示,导线abcd所受到磁场作用力协力(

)例2图5－4－9第27页第28页【思绪点拨】解答此题应把握以下两点：(1)利用左手定则判断各段导体所受安培力,并确定协力方向；(2)利用导体在磁场中有效长度，由F＝BIL求大小．第29页【答案】A第30页变式训练2．将长度为20cm、通有0.1A电流直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场方向如图5－4－10所表示，已知磁感应强度为1T．试求出以下各图中导线所受安培力大小和方向．图5－4－10第31页解析：由左手定则和安培力计算公式得：(1)因导线与磁感线平行，所以安培力为零；(2)安培力方向垂直导线水平向右，大小F＝BIL＝0.02N；(3)安培力方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F＝BIL＝0.02N；(4)安培力方向垂直纸面向内,F＝BILsin30°＝0.01N.答案：看法析第32页安培力作用下平衡问题[经典案例]

(11分)质量为m＝0.02kg通电细杆ab置于倾角为θ＝37°平行放置导轨上，导轨宽度d＝0.2m，杆ab与导轨间动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2T匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，热点示例创新拓展第33页如图5－4－11所表示．现调整滑动变阻器触头，求为使杆ab静止不动，经过ab杆电流范围为多少？(g取10m/s2)图5－4－11第34页【审题指导】审题时尤其注意以下两点：(1)静摩擦力方向有两种可能．(2)临界状态对应是最大静摩擦力．第35页【解题样板】如图5－4－12甲、乙所表示是电流最大和最小两种情况下杆ab受力分析图，依据甲图列式以下：图5－4－12第36页F1－mgsinθ－f1＝0，(1分)N－mgcosθ＝0，(1分)f1＝μN，(1分)F1＝BImaxd，(1分)解上述方程得：Imax＝0.46A．(1分)依据乙图列式以下：F2＋f2－mgsinθ＝0，(1分)N－mgcosθ＝0，(1分)第37页f2＝μN，(1分)F2＝BImind.(1分)解上述方程得：Imin＝0.14A．(1分)所以电流范围是0.14A≤I≤0.46A．(1分)【答案】

0.14A≤I≤0.46A第38页【借题发挥】解答这类问题应做到：(1)必须先将立体图转化为平面图,然后对物体进行受力分析,要注意安培力方向确实定,最终依据平衡条件或物体运动状态列出方程．(2)注意最大静摩擦力可能有不一样方向，因而求解结果是一个范围．第39页名师讲坛精品资源

请依据图5－4－13中给出条件,利用左手定则,判断各图中第三个物理量方向．例1图5－4－13第40页【思绪点拨】解答本题可按以下思绪分析：【精讲精析】依据各图中已知方向利用左手定则，判知：(a)F垂直于纸面向里(b)F垂直于纸面向里(c)B垂直于纸面向外(d)I由左向右(e)F垂直于I斜向右下方第41页【答案】见精讲精析【易误警示】判断安培力方向应用左手，切勿伸错手！同时要注意安培力既与导线垂直,又与磁感线垂直,但B与I能够成任意夹角．第42页

如图5－4－14所表示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，能够(

)例2图5－4－14第43页A．将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B．将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极C．将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极D．将a、c端接在交流电源一端，b、d端接在交流电源另一端第44页【精讲精析】本题主要考查两个方面知识：电流磁场和左手定则．要求直杆MN垂直纸面向外运动，把直杆所在处磁场方向和直杆中电流画出来,得A、B正确．若使a、c两端(或b、d两端)电势相对于另一端b、d(或a、c)电势高低做同时改变,线圈磁场与电流方向关系跟上述两种情况一样，故D也正确．第45页【答案】

ABD【方法总结】安培定则、左手定则往往同时应用．应用时应尤其注意，安培定则是判断电流磁场方向，又称右手螺旋定则，而左手定则是用左手判断电流受力情况．第46页

在倾角为α光滑斜面上，置一通有电流I，长为L，质量为m导体棒，如图5－4－15所表示，试问：例3图5－4－15第47页(1)欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场磁感应强度B最小值和方向．(2