高二物理人教选修31课件3.4通电导线在磁场中受到的力3

1、4通电导线在磁场中受到的力,填一填,练一练,一、安培力的方向(见课本第91页) 1.安培力:通电导线在磁场中受到的力。 2.左手定则 (1)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。 (2)特点:与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。即安培力F垂直于B和I决定的平面。,填一填,练一练,二、安培力的大小(见课本第91页) 同一通电导线,按不同方式放在同一磁场中,受力情况不同。 1.如图甲,通电导线与磁场方向垂直,此时安培力最大,F=BIl。 2.如图乙,通电导线与磁场方

2、向平行,此时安培力最小,F=0。 3.如图丙,通电导线与磁场方向成角,可以把磁感应强度B分解为与导线垂直的分量B和与导线平行的分量B,如图丁所示。则有B=Bsin ,B=Bcos ,其中B不产生安培力,导线受的安培力只是B产生的,因此又得到F=BILsin ,这是一般情况下安培力的表达式。,填一填,练一练,三、磁电式电流表(见课本第93页) 1.原理:通电线圈在磁场中受到安培力而偏转,线圈偏转的角度越大,被测电流就越大,根据线圈偏转的方向可以知道被测电流的方向。 2.构造:软铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。 3.特点:两极间的极靴及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,保持线

3、 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。使线圈 平面都与磁场方向平行,使表盘刻度均匀,如图所示。 4.优点:灵敏度高,可以测出很弱的电流。 缺点:线圈的导线很细,允许通过的电流很弱。,填一填,练一练,如图所示,I表示电流,B表示磁感应强度,F表示安培力,其中它们之间的方向关系正确的是() 解析:由左手定则可判断,选项A中安培力的方向竖直向上,选项B中安培力的方向水平向左,选项C中安培力的方向水平向左,选项D中不受安培力。选项A正确。 答案:A,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,探究一安培力的方向 质量为m的条形磁铁放在水平桌面上,在其正

4、中央的上方固定一根直导线MN,导线与磁场垂直,给导线通以垂直于纸面向外的电流,如图所示。观察图片,思考:导线受到的安培力方向向哪?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,1.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FI和FB。在判断安培力方向时首先确定磁场和电流所确定的平面,从而判断出安培力的方向在哪一条直线上,然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向。 2.已知I、B的方向,可唯一确定F的方向;已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向;已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能唯一确定。,探究一,探究二,问题

5、导引,名师精讲,典例剖析,探究三,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,【例题1】 条形磁铁放在粗糙水平面上,正中的正上方有一导线,通有图示方向的电流后,磁铁对水平面的压力将会 (选填“增大”“减小”或“不变”)。水平面对磁铁的摩擦力大小为。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,解析:本题有多种分析方法。 (1)画出通电导线中电流的磁场,其通过两极的那条磁感线,可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。磁铁对水平面的压力减小,但不受摩擦力。 (2)画出条形磁铁的磁感线,其通过通电导线的那一条,可看出导线受到的安培力竖直向下,因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。 (3)

6、把条形磁铁等效为通电螺线管,上方的电流是向里的,与通电导线中的电流是同向电流,所以互相吸引。 答案:减小零,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,探究二安培力的大小 电磁弹射器是航空母舰上的一种舰载机起飞装置,与传统的蒸汽式弹射器相比,电磁弹射具有容积小、对舰上辅助系统要求低、效率高、质量轻、运行和维护费用低廉的好处,是未来航空母舰的核心技术之一。你认为有哪些方式可以增加其弹射能力?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,1.对安培力F=ILBsin 的理解 (1)当B与I垂直时,即sin 90=1,则F=I

7、LB;当B与I成角时,F=ILBsin ,是B与I的夹角。 (2)公式F=ILBsin 中: B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度,不必考虑导线自身产生的磁感应强度的影响。 L是有效长度。匀强磁场中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。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,2.F=ILBsin 的适用条件 导线所处的磁场应为匀强磁场;在非匀强磁场中,公式仅适用于很短的通电导线。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,【例题2】 如图所示,导线ABC为垂直折线,其中电流为I,AB=BC=L,导线所在的平面与匀

8、强磁场垂直,匀强磁场的磁感应强度为B,求: (1)导线ABC所受安培力的大小和方向。 (2)若把两段导线折成半圆形(如图所示),则导线ABC所受的安培力是多少?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,变式训练 如图所示,相距为d、倾角为的光滑平行导轨(电源E、r和电阻R均已知)处于竖直向上的匀强磁场B中,一质量为m的导棒恰能处于平衡状态,则该磁场B的大小为多大?当B由竖直向上逐渐变成水平向左的过程中,为保持棒始终静止不动,则B的大小应如何变化?上述过程中,B的最小值是多少?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究

9、三,解析: 将原图首先改画为从右向左看的侧面图,如图所示,分析导棒受力,并建立直角坐标系进行正交分解,也可采用共点力的合成法来做。导体棒处于平衡状态,根据题意,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,(2)借助于矢量封闭三角形来讨论,如图所示,在磁场由竖直向上逐渐变成水平向左的过程中,安培力由水平向右变成竖直向上,在此过程中,由图看出FB先减小后增大,最终FN=0,FB=mg,因而B也应先减小后增大。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,探究三安培力作用下导体的运动方向 如图所示,在玻璃皿的中心放一个圆柱形电

10、极,沿边缘内壁放一个圆环形电极,将两电极接在电池的两极上,然后在玻璃皿中放入盐水,把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中,N极在下,S极在上,通电后盐水就会旋转起来。 通电后的盐水为什么会旋转起来呢?这个现象对你有什么启发?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究三,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,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,然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动,在实际操作过程中,往往采用以下几种方法:,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,

11、问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题3】 有一自由的矩形导体线圈,通以电流I。将其移入通以恒定电流I的长直导线的右侧。其ab与cd边跟长直导体AB在同一水平面内且互相平行,如图所示。试判断将该线圈从静止开始释放后的受力和运动情况。(不计重力),探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析: 利用左手定则判断。先画出直线电流的磁场在矩形线圈所在处的磁感线分布,由右手螺旋定则确定其磁感线的方向垂直纸面向里,如图所示。线圈的四条边所受安培力的方向由左手定则判定。其中F1与F3相互平衡,因ab边所在处的磁场比cd边所在处的强,故F4F

12、2。由此可知矩形线圈abcd所受安培力的合力的方向向左,它将加速向左运动而与导体AB靠拢。 答案:见解析,1 2 3,1.一根容易形变的弹性导线,两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是() 解析:A图中I与B平行故不受安培力,选项A错误,由左手定则知,选项B、C错误,选项D正确。 答案:D,1 2 3,2.画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向。 解析:甲、乙、丙、丁中电流方向均与磁场方向垂直,由左手定则判断如图: 答案:见解析,1 2 3,3. (选做题)一根有效