第三章第四节 通电导线在磁场中受到的力

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,栏目导引,知能演练,轻松闯关,寻规探法,思维启迪,要点探究,讲练互动,新知初探,自主学习,第三章磁场,第四节通电导线在磁场中受到的力,第一页，编辑于星期一：点 三十分。,学习目标,1.掌握安培力方向的判断方法左手定那么,2掌握安培力大小的计算方法,3了解磁电式电流表的原理,第二页，编辑于星期一：点 三十分。,新知初探,自主学习,一、安培力的方向,自主探究,安培力方向与哪些因素有关,(1)在如下图的实验中,上下交换磁极的,位置,发现导线受力方向发生改变,这说,明安培力的方向与什么因素有关？,(2)改变导线中电流的方向,发现导线受力的方向发生改变,这说明安培力的方向与什么因素有关？,(3)仔细分析实验结果,安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？,第三页，编辑于星期一：点 三十分。,成功发现,1安培力的方向与_方向、_方向有关,2.左手定那么：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个平面内；让磁感线从_进入,并使四指指向_的方向,这时_所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向(如下图),3方向特点：FB,FI,即F垂直,于B和I所决定的平面.,磁场,电流,掌心,电流,拇指,第四页，编辑于星期一：点 三十分。,二、安培力的大小,自主探究,把长度为L的导线放置在磁感应强度为B的磁场中,假设导线中的电流为I,那么,(1)当导线垂直于磁场方向放置时,导线受力为多少？,(2)当导线平行于磁场方向放置时,导线受力为多少？,(3)当导线与磁场成角时,安培力的大小为多少？,提示：(1)当BI时,FILB.,(2)当BI时,F0.,(3)当B与I成角时,FILBsin.,第五页，编辑于星期一：点 三十分。,成功发现,安培力的计算公式：,F,ILB,sin,第六页，编辑于星期一：点 三十分。,三、磁电式电流表,自研教材,1构造：_、_、螺旋弹簧(又叫游丝)、指针、极靴、圆柱形铁芯等,2原理：当被测电流通过线圈时,线圈受安培力作用而转动,线圈的转动使螺旋弹簧扭转变形,产生阻碍线圈转动的力矩当安培力产生的转动与螺旋弹簧形变产生的阻碍到达_时,指针停留在某一刻度_越大,_就越大,指针偏角就越大,磁铁,线圈,平衡,电流,安培力,第七页，编辑于星期一：点 三十分。,成功体验,1磁电式电流表中的磁场具有什么特点？当通以恒定电流时,线圈在转动过程中受到的安培力大小是否变化？,提示：磁场都沿半径方向；不变,2磁电式电流表有哪些优缺点？,提示：优点：灵敏度高,可以测出很弱的电流；缺点：线圈导线很细,量程小,第八页，编辑于星期一：点 三十分。,要点探究,讲练互动,要点一,安培力方向的判断,左手定则,第九页，编辑于星期一：点 三十分。,3注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系,安培力的方向总是与磁场的方向垂直,而电场力的方向与电场的方向平行,特别提醒：(1)F安I,F安B,但B与I不一定垂直,(2)判断通电导线在磁场中所受安培力时,注意一定要用左手,并注意各方向间的关系,(3)假设B、I方向,F安方向唯一确定,但假设B(或I)、F安方向、I(或B)方向不唯一,第十页，编辑于星期一：点 三十分。,请根据图中给出的条件,运用左手定那么,求出各图中第三个物理量的方向,例,1,第十一页，编辑于星期一：点 三十分。,【解析】根据各图中方向利用左手定那么,判知：,甲：F垂直于纸面向里乙：F垂直于纸面向里,丙：I由左向右丁：F垂直于I斜向右下方,【答案】见解析,第十二页，编辑于星期一：点 三十分。,跟踪训练1(2013洛阳模拟)如图,直导线通入垂直纸面向里的电流,在以下匀强磁场中,能静止在光滑斜面上的是(),解析：选A.通电直导线假设能静止在光滑的斜面上,其受到的安培力方向应在如下图范围内,由左手定那么判断可知,只有A正确,第十三页，编辑于星期一：点 三十分。,要点二,对安培力大小计算公式的深刻理解,1公式FILB中L指的是“有效长度当B与I垂直时,F最大,FILB；当B与I平行时,F0.,2弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度(如下图)；相应的电流沿L由始端向末端,第十四页，编辑于星期一：点 三十分。,3假设磁场和电流成角时,如下图,可以将磁感应强度B正交分解成BBsin 和BBcos,而B不产生安培力,FILBILBsin,即FILBsin.,特别提醒：(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夹角,要根据具体情况进行分析.,(2)公式中的L可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度.,第十五页，编辑于星期一：点 三十分。,如图,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L,且abcbcd135.流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力(),例,2,第十六页，编辑于星期一：点 三十分。,【思路点拨】应用FILB求安培力,其中IB,L为导线的有效长度,【答案】A,第十七页，编辑于星期一：点 三十分。,如果通电导体放置在非匀强磁场中,那么不能够运用FBIL进行定量的计算,但可用FBIL和左手定那么进行定性的讨论,常用的方法有以下几种：,要点三,安培力作用下导体运动方向的判断,电流元法,把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向,等效法,环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立,第十八页，编辑于星期一：点 三十分。,特别提醒：(1)导体处于非匀强磁场中时,通常用电流元法判断其受力情况,(2)判断条形磁铁(或小磁针)与环形电流间的相互作用时,通常选择等效法,特殊位置法,通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向,结论法,两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势,转换研究对象法,定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向,第十九页，编辑于星期一：点 三十分。,两条通电的直导线互相垂直,如下图,但两导线相隔一小段距离,其中导线AB是固定的,另一条导线CD能自由转动它们通以图示方向的直流电流时,CD导线将(),A逆时针方向转动,同时靠近导线AB,B顺时针方向转动,同时靠近导线AB,C逆时针方向转动,同时离开导线AB,D顺时针方向转动,同时离开导线AB,例,3,第二十页，编辑于星期一：点 三十分。,【思路点拨】首先把一条导线看作处于另一条导线的电流产生的磁场中,然后按以下步骤分析：,(1)弄清导线所在位置的磁场分布情况,(2)结合左手定那么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,第二十一页，编辑于星期一：点 三十分。,【解析】由安培定那么可知直线电流产生的磁场是以直线电流为圆心的同心圆,AB中电流所产生的磁场在CD导线所在平面内的磁感线如图甲所示(俯视图甲)由左手定那么可知,CD通电导线在M点受到的磁场力垂直于纸面向里,在N点受到的磁场力垂直于纸面向外由于磁场的对称性,M、N两点的磁场力大小相等、方向相反,使得CD通电导线转动起来,即CD电流将会转到与AB同向的位置,在图乙中,CD中的电流所受到的磁场力由左手定那么可知(如图乙中的FB所示),CD将向AB靠近应选A.,第二十二页，编辑于星期一：点 三十分。,【答案】A,【规律总结】两个模型及对应的结论,1两电流平行的模型：同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,2两电流不平行的模型：两个电流不平行时,有转到平行且电流方向相同的趋势,边转动边相互吸引,第二十三页，编辑于星期一：点 三十分。,跟踪训练2(2012高考海南卷)如下图的装置可演示磁场对通电导线的作用电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆当电磁铁线圈两端a、b,导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源上时,L便在导轨上滑动以下说法正确的选项是(),第二十四页，编辑于星期一：点 三十分。,A假设a接正极,b接负极,e接正极,f接负极,那么L向右滑动,B假设a接正极,b接负极,e接负极,f接正极,那么L向右滑动,C假设a接负极,b接正极,e接正极,f接负极,那么L向左滑动,D假设a接负极,b接正极,e接负极,f接正极,那么L向左滑动,解析：选BD.假设a接正极,b接负极,电磁铁磁极间磁场方向向上,e接正极,f接负极,由左手定那么判定金属杆受安培力向左,那么L向左滑动,A选项错误,同理判定B、D选项正确,C选项错误应选BD.,第二十五页，编辑于星期一：点 三十分。,寻规探法,思维启迪,第二十六页，编辑于星期一：点 三十分。,3在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们学习的共点力平衡相似,一般也是先进行受力分析,再根据共点力平衡的条件列出平衡方程其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力,特别提醒：(1)安培力作为一种性质力,在受力分析时要单独分析,不可与其他力混为一谈,(2)为方便对问题的分析和便于列方程在受力分析时先将立体图画成平面图,即画成俯视图、剖面图或侧视图等,第二十七页，编辑于星期一：点 三十分。,【范例】(16分)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,如下图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？,第二十八页，编辑于星期一：点 三十分。,【解析】杆ab中的电流方向为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,当静摩擦力到达最大时,磁场力为最大值F1,此时通过ab的电流最大为Imax；同理,当电流最小时,应该是导体受向上的最大静摩擦力,此时的安培力为F2,电流为Imin.(2分),正确地画出两种情况下的受力图如下图,由平衡条件列方程求解,第二十九页，编辑于星期一：点 三十分。,根据受力图甲列式如下：,F,1,mg,sin,F,f1,0(2,分,),F,N1,mg,cos,0(2,分,),F,f1,F,N1,(1,分,),F,1,BI,max,d,(1,分,),解上述方程得：,I,max,0.46 A(1,分,),第三十页，编辑于星期一：点 三十分。,根据受力图乙列式如下,F,2,F,f2,mg,sin,0(2,分,),F,N2,mg,cos,0(2,分,),F,f2,F,N2,(1,分,),F,2,BI,min,d,.(1,分,),解上述方程得：,I,min,0.14 A,(1,分,),所以通过,ab,杆的电流范围为,0.14 A,I,0.46 A.,【,答案,】,0.14 A,I,0.46 A,第三十一页，编辑于星期一：点 三十分。,【规律总结】(1)必须先将立体图转换为平面图,然后对物体受力分析,要注意安培力方向确实定.最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程.,(2)注意静摩擦力可能有不同的方向,因而求解结果是一个范围.,第三十二页，编辑于星期一：点 三十分。,