《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 3.4 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 3.4 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt（71頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、4 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力,【自主預(yù)習(xí)】 1.安培力的方向： (1)安培力：_________在磁場中受的力。 (2)決定安培力方向的因素： _____方向。 ___________方向。,通電導(dǎo)線,電流,磁感應(yīng)強(qiáng)度,,(3)左手定則：如圖所示，伸開左手， 使拇指與其余四個(gè)手指_____，并且都 與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從 _____進(jìn)入，并使四指指向_____的方向， 這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在 磁場中所受安培力的方向。,垂直,掌心,電流,,(4)安培力的特點(diǎn)：與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 都_____，即安培力F垂直于_____所決定的平面。,垂直,B和I,,2.安培力的大小

2、： (1)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度與通電導(dǎo)線之間的夾角為時(shí)安培 力的大小F=_________。 (2)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時(shí)，所受的安培力最大， F=____。 (3)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時(shí)，所受安培力F=__。,BILsin,BIL,0,,3.磁電式電流表： (1)基本組成部分：磁鐵和放在磁鐵兩極之間的_____。 (2)工作原理。 磁場分布：磁場的方向總沿著徑向均勻輻射地分 布，在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是 _____的，安培力的方向與線圈平面_____。,線圈,相等,垂直,,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角度與電流關(guān)系：線圈的偏轉(zhuǎn)角度與 電流成_____。 表盤刻度：電流表的表盤刻度是_____的。 優(yōu)點(diǎn)

3、：靈敏度高，能測出_____的電流。 缺點(diǎn)：線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流_____。,正比,均勻,很弱,很弱,,【預(yù)習(xí)小測】 1.(多選)一根長為0.2m，電流為2A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場中，受到安培力的大小可能是() A.0.4NB.0.2N C.0.1ND.0,,【解析】選B、C、D。由安培力的定義知，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與通電電流I方向垂直時(shí)，其有最大值F=BIL=0.520.2N=0.2N。當(dāng)兩者方向平行時(shí)，磁場力有最小值0，隨著兩者方向夾角的不同，磁場力大小可能在0到0.2N之間取值。,2.如圖所示，標(biāo)出了磁場B的方向、通電直導(dǎo)線中電流I的方向，以及通電直導(dǎo)線所受

4、磁場力F的方向，其中正確的是(),【解析】選C。選項(xiàng)A，根據(jù)左手定則：伸開左手，拇指與手掌垂直且共面，磁感線向里穿過手心，則手心朝外。四指指向電流方向：向左上，拇指指向安培力方向：左下，不符合左手定則，故A錯(cuò)誤。選項(xiàng)B，根據(jù)左手定則，電流向下，安培力的方向垂直于紙面向外，故B錯(cuò)誤。選項(xiàng)C，根據(jù)左手定則：伸開左手，,拇指與手掌垂直且共面，磁感線向外穿過手心，則手心朝里，四指指向電流方向：豎直向下，拇指指向安培力方向，水平向左，符合左手定則，C正確；選項(xiàng)D，根據(jù)左手定則：伸開左手，拇指與手掌垂直且共面，磁感線向外穿過手心，則手心朝下，四指指向電流方向：水平向左，拇指指向安培力方向，水平向里，不符合

5、左手定則，D錯(cuò)誤。,主題一安培力的方向 【互動(dòng)探究】 如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，通電導(dǎo)線懸掛放置在蹄形磁鐵之間，改變磁極方向或電流方向，觀察導(dǎo)線擺動(dòng)的方向。思考并探究下面的問題：,,(1)上下交換磁極的位置以改變磁場的方向，觀察受力方向是否改變，說明什么問題？ 提示：改變磁場的方向，受力方向相反。說明安培力的方向與磁場的方向有關(guān)。 (2)改變導(dǎo)線中電流的方向，觀察受力方向是否改變，說明了什么？ 提示：改變電流方向，導(dǎo)線受力方向相反說明安培力的方向與電流方向有關(guān)。,(3)試根據(jù)圖中安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系，總結(jié)通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力方向的判斷方法。,提示：安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度

6、三者方向的空間關(guān)系可以用左手定則判斷：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。,(4)安培力垂直于通電導(dǎo)線、磁場方向，那么電流方向也一定與磁場方向垂直嗎？ 提示：根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力一定垂直于導(dǎo)線、磁場的方向，但由于導(dǎo)線可以沿任意方向放入磁場，所以電流方向與磁場方向可以成任意角度。,【探究總結(jié)】 1.安培力方向的特點(diǎn)： (1)FB，F(xiàn)I，即F垂直于B、I決定的平面。 (2)當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流與磁場所決定的平面，所以仍

7、可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心。,,2.安培力的方向和電場力的方向與場的方向的關(guān)系：安培力的方向總是與磁場的方向垂直，而電場力的方向與電場的方向平行。,3.當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場不垂直時(shí)，判斷 安培力方向可將磁感應(yīng)強(qiáng)度B正交分解： 一個(gè)是與通電導(dǎo)線垂直的B1，另一個(gè)是 與通電導(dǎo)線平行的B2，B2不會(huì)對(duì)通電導(dǎo) 線產(chǎn)生安培力的作用。所以B1對(duì)導(dǎo)線的 安培力方向即為總磁場B對(duì)導(dǎo)線的安培力方向。,4.左手定則與安培定則的區(qū)別：,【典例示范】 如圖所示的勻強(qiáng)磁場中，已經(jīng)標(biāo)出了電流I和磁場 B以及磁場對(duì)電流作用力F三者的方向，其中正確的 是(),【解題指南】解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn)：

8、(1)把平面圖轉(zhuǎn)化為立體圖。 (2)安培力的方向應(yīng)用左手定則判斷。 【解析】選C。根據(jù)左手定則，A中受力方向應(yīng)該向下，A錯(cuò)誤；B中電流方向與磁場方向平行，不受力，B錯(cuò)誤，C正確；D中受力方向應(yīng)垂直紙面向外，D錯(cuò)誤。,,【探究訓(xùn)練】 (2018汕尾高二檢測)一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示。當(dāng)沒有磁場時(shí)，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時(shí)，下列描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖中正確的是(),,,【解析】選D。本題考查用左手定則判定安培力的方向。當(dāng)勻強(qiáng)磁場豎直向上而與導(dǎo)線平行時(shí)，導(dǎo)線受到的安培力為零，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)勻強(qiáng)磁場水平向右

9、時(shí)，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)線受到的安培力向里，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)勻強(qiáng)磁場垂直紙面向外時(shí)，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)線受到的安培力水平向右，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.如圖所示，兩平行導(dǎo)軌與水平面成角傾斜放置， 電源、電阻、金屬細(xì)桿及導(dǎo)軌組成閉合回路，細(xì)桿 與導(dǎo)軌間的摩擦不計(jì)。整個(gè)裝置分別處在如圖所示 的各勻強(qiáng)磁場中，其中可能使金屬桿處于靜止?fàn)顟B(tài) 的是(),【解析】選B。磁場的方向與電流的方向相同，不受安培力，金屬桿受重力和支持力不可能平衡，故A錯(cuò)誤。金屬桿所受的安培力方向豎直向上，若安培力與重力平衡，金屬桿能處于平衡狀態(tài)，故B正確。金屬桿受垂直于桿向上的安培力、重力、支持力，不可能平衡，故

10、C錯(cuò)誤。金屬桿受到水平向左的安培力、重力、支持力，不可能平衡，故D錯(cuò)誤。,2.如圖所示，放在臺(tái)秤上的條形磁鐵兩極未知，為 了探明磁鐵的極性，在它中央的正上方固定一導(dǎo)線， 導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流 則(),,A.如果臺(tái)秤的示數(shù)增大，說明磁鐵左端是N極 B.如果臺(tái)秤的示數(shù)增大，說明磁鐵右端是N極 C.無論如何臺(tái)秤的示數(shù)都不可能變化 D.以上說法都不正確,,【解析】選A。如果臺(tái)秤的示數(shù)增大，說明導(dǎo)線對(duì)磁鐵的作用力豎直向下，由牛頓第三定律知，磁鐵對(duì)導(dǎo)線的作用力豎直向上，根據(jù)左手定則可判斷，導(dǎo)線所在處磁場方向水平向右，由磁鐵周圍磁場分布規(guī)律可知，磁鐵的左端為N極，故選A。,,3.如圖

11、所示，一根長直導(dǎo)線穿過載有恒定電流的金屬環(huán)的中心且垂直于環(huán)面，導(dǎo)線和金屬環(huán)中的電流如圖所示，那么金屬環(huán)所受安培力() A.沿圓環(huán)半徑向里 B.等于零 C.沿圓環(huán)半徑向外 D.水平向左,,【解析】選B。根據(jù)安培定則可以確定，直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場與金屬環(huán)中電流平行，故金屬環(huán)不受安培力，B對(duì)。,,4.如圖所示，電磁炮是由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成的。當(dāng)電源接通后，磁場對(duì)流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度。下列各俯視圖中正確表示磁場B方向的是(),,,【解析】選B。由左手定則可知，圖A所示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向使炮彈受到的安培力向后，圖B所示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向使炮彈受到的安培力向前，圖C、D所

12、示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電流方向平行，炮彈不受安培力作用，只有B符合實(shí)際。,,主題二安培力的大小 【互動(dòng)探究】 從前面的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道，垂直于磁場B放置長為L的一段導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時(shí)，它受到的安培力F=BIL，這時(shí)導(dǎo)線受到的安培力最大，試討論下面兩種情況下安培力的大小。,,(1)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向平行時(shí)。 提示：此時(shí)，導(dǎo)線受到的安培力最小為零。,,(2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成角時(shí)。 提示：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成角時(shí)，可以把它分解成與導(dǎo)線垂直的分量B和與導(dǎo)線平行的分量B，B=Bsin，B=Bcos。其中B不產(chǎn)生安培力，導(dǎo)線受到的安培力只由B產(chǎn)生，所以一般情況下

13、的安培力的表達(dá)式為F=BILsin，為磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)線方向的夾角。,,【探究總結(jié)】 安培力大小的計(jì)算 (1)公式F=ILB中L指的是“有效長度”。當(dāng)B與I垂直時(shí)，F(xiàn)最大；當(dāng)B與I平行時(shí)，F(xiàn)=0。,,(2)彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點(diǎn)直線的長度(如圖)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端。,,(3)若磁場和電流成角時(shí)，可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度B正交分解成B=Bsin和B=Bcos，而B對(duì)電流沒有作用力。F=ILB=ILBsin，即F=ILBsin。,,【拓展延伸】安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷 (1)電流元分析法：把整段電流等效分成很多段直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，

14、從而判斷出整段電流所受合力的方向，最后確定運(yùn)動(dòng)方向，注意一般取對(duì)稱的兩段電流元分析。,,(2)等效分析法：環(huán)形電流可以等效為小磁針(或條形磁鐵)，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流，通電螺線管可以等效成很多的環(huán)形電流來分析。 (3)特殊位置分析法：根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力的方向，判斷其運(yùn)動(dòng)方向，然后推廣到一般位置。,,(4)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法：定性分析磁體在電流磁場作用下所受合力及運(yùn)動(dòng)方向的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律確定磁體所受電流磁場的反作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向。,,【典例示范】如圖所示，兩傾斜放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌平面與

15、水平方向的夾角為，導(dǎo)軌上端接入一內(nèi)阻可忽略的電源，電動(dòng)勢(shì)為E。一粗細(xì)均勻的金屬棒電阻為R，金屬棒水平放在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌接觸良好。欲使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上不動(dòng)，則以下說法正確的是(),,A.可加豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B= B.可加豎直向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B= C.所加勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值為B= D.如果在所加豎直向下磁場下處于靜止?fàn)顟B(tài)的金屬棒的直徑變?yōu)樵瓉淼?倍，金屬棒將沿導(dǎo)軌向下滑動(dòng),,【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)： (1)安培力方向的判定。 (2)安培力大小的計(jì)算公式。 (3)物體受力平衡的條件。 (4)歐姆定律的應(yīng)用。,,【解析】選A。金屬棒在金屬導(dǎo)軌上處于靜止

16、狀態(tài)時(shí)， 根據(jù)平衡條件可知所受合力為零，若加豎直向下的 磁場，安培力的方向水平向右，則有ILBcos= mgsin，又I= ，得B= ，A正確；若加豎直 向上的磁場，安培力方向水平向左，金屬棒不可能靜 止，B錯(cuò)誤；根據(jù)物體的平衡條件可得安培力最小時(shí) 磁場方向垂直斜面向下，最小值F=mgsin，,,B= ，C錯(cuò)誤；當(dāng)金屬棒的直徑變?yōu)樵瓉淼?倍 時(shí)，質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?倍，同時(shí)電阻變?yōu)樵瓉淼?， 安培力也變?yōu)樵瓉淼?倍，原來靜止的金屬棒仍將保持靜止，D錯(cuò)誤。,,【探究訓(xùn)練】如圖所示，導(dǎo)線ABC為垂直折線，其中電流為I，AB=BC=L，導(dǎo)線所在的平面與勻強(qiáng)磁場垂直，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求導(dǎo)線A

17、BC所受安培力的大小和方向。,,【解題指南】解答本題把握一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)： 當(dāng)導(dǎo)線彎折或彎曲時(shí)，應(yīng)首先確定等效長度。,,【解析】方法一：AB段所受的安培力大小FAB=ILB，方 向向右，BC段所受的安培力大小FBC=ILB，方向向上， 所以該導(dǎo)線所受安培力為這兩個(gè)力的合力，如圖所 示，F(xiàn)= ILB，方向沿ABC的平分線向上。,,方法二：把導(dǎo)線ABC等效成直導(dǎo)線AC，則等效長度AC= L，故安培力F=BI L= ILB，方向垂直于AC， 即沿ABC的平分線向上。 答案： ILB方向沿ABC的平分線向上,,【延伸探究】 在上題基礎(chǔ)上，若把兩段導(dǎo)線折成半圓形(如圖所示)，則導(dǎo)線ABC所受的安培力是多少？,

18、,提示：把導(dǎo)線ABC等效成直導(dǎo)線AC，則等效長度AC為 半圓的直徑，AC= ，所以F=BILAC= 答案：,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】 1.如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的 勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直。 線段ab、bc和cd的長度均為L，且abc=bcd =135。流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示。 導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力(),,A.方向沿紙面向上，大小為( +1)ILB B.方向沿紙面向上，大小為( -1)ILB C.方向沿紙面向下，大小為( +1)ILB D.方向沿紙面向下，大小為( -1)ILB,,【解析】選A。ab段所受安培力大小為B

19、IL，方向斜向 上；bc段所受安培力大小為BIL，方向向上；cd段所 受安培力大小也為BIL，方向斜向上，根據(jù)矢量的合 成法則可知導(dǎo)線所受合力為F=BIL+2BILsin45= ( +1)ILB，方向沿紙面向上，所以A正確。,,2.如圖所示，長為L、質(zhì)量為m的金屬桿ab被兩根豎直的彈簧靜止吊起，金屬桿ab處在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)金屬桿中通有方向ab的電流I時(shí)，每根彈簧的拉力大小為T。當(dāng)金屬桿中通有方向ba的電流I時(shí)，每根彈簧的拉力大小為2T。則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為多少？,,【解析】導(dǎo)體ab受重力、磁場力、彈簧的拉力而平衡。 當(dāng)ab中的電流方向由a到b時(shí)，磁場力向上。 2T+BIL=mg 當(dāng)ab中的電流方向由b到a時(shí)，磁場力向下。 4T=BIL+mg 解方程組得B= 答案：,【通法悟道】應(yīng)用安培力公式的兩點(diǎn)注意 (1)公式F=ILBsin中是B和I方向的夾角，不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。 (2)公式F=ILBsin中的Lsin也可以理解為L在垂直于磁場方向上的“有效長度”。,【課堂小結(jié)】,