2014-2015学年高二物理第三章第4节《通电导线在磁场中受到的力》课件（新人教版选修3-1）.ppt

1、第三章磁场,同步导学方案,课后强化演练,第4节通电导线在磁场中受到的力,1安培力 通电导线在磁场中受到的力称为安培力 2决定安培力方向的因素 磁场方向和电流方向,3左手定则 如图所示，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平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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,4对安培力方向的理解 (1)安培力方向的特点： FB，FI，即F垂直于B、I决定的平面 (2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直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，只是磁感线不再垂直穿过手心,(1)安培力总是垂直于

2、磁场方向和电流方向所决定的平面，但磁场方向和电流方向不一定垂直 (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 (3)判断电流的磁场方向用安培定则，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则,5通电平行直线电流间的作用情况 (1)两平行电流间同向电流相互吸引，异向电流相互排斥 (2)两非平行直线电流有转到互相平行且电流方向相同的趋势,6安培力方向与电场力方向的比较,1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：FBIL. 2当B与I成角时，安培力的大小FILBsin，是磁感应强度B的方向与导线方向的夹角 3当通电导线与磁感线平行

3、时，所受安培力为零,导线L所处的磁场应为匀强磁场安培力表达式FILB(或FILBsin)一般适用于匀强磁场，若通电导线所在区域的B的大小和方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处范围B的大小和方向近似相等，求出各段导线所受的磁场力，然后再求合力,4磁场中通电导线的等效长度 (1)公式FIBL中的L对弯曲长度来说指的是“等效长度” 弯曲通电导线的有效长度L等于连接曲线两端点直线的长度，相应的电流沿L的始端流向末端，如图甲所示,(2)任意闭合通电导线的有效长度为零，所受安培力(即各电流元所受安培力的合力)为零，如图乙所示,(1)公式FILBsin中是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的

4、夹角，要根据具体情况进行分析 (2)公式FILBsin中的Lsin也可以理解为L在垂直于磁场方向上的“有效长度”,1原理：安培力与电流的关系 2构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴如图所示,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半径方向，使线圈平面都与磁场方向平行，从而使表盘刻度均匀 4工作原理：如图所示是线圈在磁场中受力的示意图当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，从线圈偏转的角

5、度就能判断通过电流的大小,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,5优缺点：优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱如果希望它测量较大的电流值，就要扩大其量程,有的同学误认为线圈处的磁场是匀强磁场 辨析：极靴和缠绕线圈的圆形铁芯都是用软铁做成的，它们在蹄形磁铁的磁场中被磁化，就会形成均匀辐射状的磁场，如图所示当线圈绕O点沿虚线转动时，垂直于纸面的两个边所在处的磁感应强度B大小相等，但这种辐射状的磁场并不是匀强磁场，因为各处的方向并不相同,一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，

6、导线中的电流方向自上而下，如图所示在导线以其中心点为轴逆时针转动180的过程中，导线受到的安培力(),A大小不变，方向不变 B大小由最大减小到零再增至最大，方向时刻改变 C大小由最大减小到零再增至最大，方向不变 D大小由最大减小到零再增至最大，方向由垂直纸面向外变为垂直纸面向里,【解析】安培力公式FILBsin，导线转动前，电流方向与磁场方向垂直，90；当导线转过一个小角度后，电流方向与磁场方向不再垂直，安培力变小；当导线转过90时，电流方向与磁场方向平行，安培力为零根据左手定则判断知，安培力的方向始终垂直纸面向外；在导线再继续转动90过程中，安培力由零变到最大，安培力的方向始终垂直纸面向里选

7、项D正确 【答案】D,【方法总结】 (1)首先确定磁场方向与电流方向所确定的平面 (2)再依据左手定则，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，判断出安培力的方向 (3)根据安培力的公式FBILsin计算安培力的大小，注意该公式只适用于匀强磁场，为电流与磁感线的夹角,答案：A,如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈() A向左运动B向右运动 C静止不动 D无法确定,【解析】此题可以采用电流元法，也可采用等效法 解法一：等效法把通电线圈等效成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极

8、，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动 解法二：电流元法如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动 【答案】A,【方法总结】 安培力作用下导体运动方向的判断方法 1判断导体在磁场中运动情况的常规思路 (1)不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况 (2)结合左手定则准确判断导线所受安培力的方向 (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,如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流

9、I时，导线的运动情况是(从上往下看)() A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同时上升 C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升,解析：根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况将导线AB从N、S极的中间O分成两段，AO、BO段所处的磁场方向如图所示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外，BO段受安培力的方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动,再根据导线转过90时的特殊位置判断其上下运动情况如图所示，导线AB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的判断可知，导线所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动 答案：

10、C,质量为m，长度为L的导体棒MN垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，垂直于电流方向且与导轨平面成角斜向下，如图所示，求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小,【解析】画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN受力分析，如图所示，对导体棒MN由平衡条件得： 水平方向：FfFsin， 竖直方向：FNFcosmg， 安培力FBIL，所以MN所受的支持力 FNBILcosmg，所受摩擦力FfBILsin. 【答案】BILcosmgBILsin,【方法总结】 解决涉及安培力的综合类问题的分析方法是： (1)首先把立体图画成易于分析的平面图，如侧视图、剖视图或俯

11、视图等 (2)确定导线所在处磁场方向，根据左手定则确定安培力的方向 (3)结合通电导体、受力分析、运动情况等，根据题目要求，列出方程，解决问题,质量为m0.02 kg的通电细杆AB置于倾角为37的平行放置的导轨上，导轨的宽度d0.2 m，杆AB与导轨间的动摩擦因数0.4，磁感应强度B2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆AB静止不动，通过AB杆的电流范围为多少？,解析：杆AB中的电流为A到B，所受的安培力方向平行于导轨向上当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下；当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值F1，此时通过AB的电流最大为Ima

12、x；同理，当电流最小时，应该是导体受向上的静摩擦力，此时的安培力为F2，电流为Imin.,正确地画出两种情况下的受力图，由平衡条件列方程求解,根据第一幅受力图列式如下： F1mgsinFf10 FNmgcos0 Ff1FN F1BImaxd 解上述方程得Imax0.46 A,根据第二幅受力图，得F2Ff2mgsin0，FNmgcos0，Ff2FN，F2BImind 解上述方程得Imin0.14 A. 答案：0.14 AI0.46 A,1.电流为I的通电导线放置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受安培力为F，下列说法哪些是正确的？() A匀强磁场中通电导线所受安培力F，磁感应强度B及电流I，三

13、者在方向上一定互相垂直 B若I、B方向确定，则F方向惟一确定 C若F与B方向确定，则I方向惟一确定,D若F与B方向确定，则I方向不惟一确定，但I一定在与F垂直的平面内 E若F与I方向确定，则B方向惟一确定 F若F与I方向确定，则B方向不惟一确定，但B一定在与F垂直的平面内,解析：安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直，即F跟B、I所在的面垂直但B与I的方向不一定垂直A中说三者在方向上一定互相垂直是不对的已知I、B的方向，可惟一确定F的方向，B是正确的 答案：BDF,2如图所示四种情况中，匀强磁场磁感应强度相同，载流导体长度相同，通过的电流也相同，那么，导体受到的磁场力最大，且方向沿着

14、纸面的是(),A甲、乙B甲、丙 C乙、丁 D乙、丙 解析：甲图所示情况，B与I不垂直，且安培力垂直纸面向里，乙图所示情况中，B与I垂直，安培力在纸面内竖直向下，丙图所示情况中，B与I平行，安培力为0，丁图所示情况中B与I垂直，安培力在纸面内垂直I斜向左上，综合以上分析可知，符合要求的为乙、丁两种情况，故C正确 答案：C,3通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是() A线框有两条边所受的安培力方向相同 B线框有两条边所受的安培力大小相等 C线框所受的安培力的合力方向向左 D线框所受的安培力的合力方向向右,解析：由安培定则可知导线MN在线框外所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反ab边受到向右的安培力Fab，cd边受到向左的安培力Fcd.因ab所处的磁场强，cd所处的磁场弱，故FabFcd，线框所受合力方向向右 答案：BD,4(2012高考天津理综)如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是() A棒中