物理：6.1探究磁场对电流的作用 课件（鲁科版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第1节探究磁场对电流的作用 课标定位学习目标 1 知道安培力的定义 会用F IlB计算B与I垂直情况下的安培力 2 掌握左手定则 会用左手定则判断安培力的方向 3 知道电流表的基本构造和基本原理 4 通过观察实验现象 体会控制变量法在科学研究中的作用 重点难点 1 安培力大小的计算及方向的判断 2 会解决与安培力相关的力学问题 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第1节探究磁场对电流的作用 课前自主学案 课前自主学案 一 科学探究 安培力1 安培力 物理学上把磁场对 的作用力叫安培力 2 实验探究安培力与哪些因素有关 实验器材 电磁铁 蹄形磁铁 直导线 电源 开关等 怎样改变电磁铁的磁场强弱 改变电磁铁线圈中的 怎样改变导线在磁场中的长度 将相同的 并排放置 增加磁场的宽度 就可以很方便地改变电流在磁场中的长度 电流 电流 蹄形磁铁 实验方案 在导线与磁场垂直的前提下 利用控制变量法研究安培力跟哪些因素有关 1 接通电路 在通电导线长度和电流不变的情况下 改变电磁铁中的电流强弱和方向 探究磁感应强度的 和 对安培力的影响 2 在磁感应强度和通电导线在磁场中的长度不变的情况下 改变电流的大小和方向 探究电流的 和 对安培力的影响 3 在磁感应强度与电流大小和方向不变的情况下 改变通电导线在磁场中的长度 探究通电导线的 对安培力的影响 大小 方向 大小 方向 长度 垂直 结论 研究表明 在匀强磁场中 当通电导线与磁场 时 通电导线所受的安培力最大 等于 电流I和导线长度l的乘积 公式为F 3 左手定则 判断安培力的方向 伸开左手 让拇指与其余四指垂直 并与手掌在同一个平面内 让 垂直穿过手心 四指指向 方向 那么 拇指所指方向即为 在磁场中的受力方向 二 安培力就在你身边1 应用 电流表 等都是安培力的应用 磁感应强度B BIl 磁感线 电流 通电导线 电动机 2 电流计工作原理 1 图6 1 1 构造 如图6 1 1 圆柱形铁芯固定于 间 铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框 铝框的转轴上装有指针和游丝 2 原理 当被测电流通入线圈时 线圈受安培力作用而转动 线圈的转动使游丝扭转形变 产生阻碍线圈转动的力矩 当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时 指针停留在某一刻度 越大 就越大 就越大 蹄形 磁铁两极 电流 安培力 指针偏角 思考感悟 放在电场中的电荷受电场力的作用 放在磁场中的通电导线或线圈一定受力的作用吗 提示 不一定 若通电导线或线圈与磁场方向平行 则不受力的作用 核心要点突破 一 安培力大小的计算1 当电流方向与磁场方向垂直时 F IlB 当电流方向与磁场方向不垂直时 F IlBsin 是I和B之间的夹角 当通电导线的方向和磁场方向平行 0 或 180 时 安培力最小 等于零 当 90 时 安培力最大F IlB 2 计算时应注意的问题 1 公式F IlBsin 一般适用于匀强磁场 对于非匀强磁场一般只适用于很短的导体 但对某些特殊情况仍适用 比如两平行直导体间的安培力 2 若导线是弯曲的 此时公式F IlBsin 中的l并不是导线的总长度 而应是弯曲导线的 有效长度 它等于连接导线两端点直线的长度 如图6 1 2所示 相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端 图6 1 2特别提醒 1 公式F IlBsin 中 是B和I方向的夹角 2 公式中的l可以理解为垂直于磁场方向的 有效长度 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 如图6 1 3所示 在匀强磁场中放有下列各种形式的通电导线 电流为I 磁感应强度为B 求各导线所受到的安培力的大小 图6 1 3 答案 见解析 二 安培力方向的判断方法1 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 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 可惟一确定F的方向 已知F B的方向 且导线的位置确定时 可惟一确定I的方向 已知F I的方向时 磁感应强度B的方向不能惟一确定 3 由于B I F的方向关系在三维立体空间中 所以解决该类问题时 应具有较好的空间想像力 如果是在立体图中 还要善于把立体图转换成平面图 特别提醒 1 F I F B 但B与I不一定垂直 2 要明确左 右手的使用 导线在磁场中 因电而动 受安培力 用左手 导线 因电生磁 用右手 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图6 1 4所示 表示磁场方向 电流方向及导线受力方向正确的图是 图6 1 4解析 选A 磁场方向和电流方向垂直时 安培力方向 磁场方向和电流方向三者是两两垂直的 满足左手定则 三 安培力作用下导体运动方向的判断1 分析通电导线在安培力作用下运动情况的一般步骤 1 画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况 2 用左手定则确定各段通电导线所受安培力 3 据初速度方向结合牛顿运动定律确定导线的运动情况 2 分析判断的常用方法 特别提醒 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 如图6 1 5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 当线圈内通入图示方向的电流后 则线圈 图6 1 5 A 向左运动B 向右运动C 静止不动D 无法确定解析 选A 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 右端是N极 异名磁极相吸引 线圈向左运动 2011年厦门高二检测 将长为20cm通有0 1A电流的直导线按不同方式放入一匀强磁场中 电流与磁场的方向如图6 1 6所示 已知磁感应强度为1T 试求出如图6 1 6所示中导线所受安培力的大小和方向 图6 1 6 课堂互动讲练 精讲精析 对安培力大小的计算可利用F BILsin 其中 为电流方向与磁场方向的夹角 其方向的判断可利用左手定则 故题目中 1 B I 不受安培力 2 B I F BIL 0 02N由左手定则知安培力方向水平向右 3 B与I成150 角F BILsin 0 01N 由左手定则知F方向垂直纸面向里 4 B I F BIL 0 02N方向垂直导线斜向左上方 答案 1 F安 0 2 F安 BIL 0 02N 方向 水平向右 3 F安 BILsin 0 01N 方向 垂直纸面向里 4 F安 BIL 0 02N 方向 垂直导线斜向左上方 方法总结 1 公式F ILBsin 中的 是指导线与磁场方向的夹角 可以将Lsin 理解为导线沿磁场方向的投影长度 不要乱分解B 造成混乱 2 应用左手定则判断方向时 一定要搞清四手 大拇指 手掌 掌心的放置及相应功能 如图6 1 7所示 把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以自由移动 当导线中通以如图所示方向的电流I时 试判断导线的运动情况 从上向下看 图6 1 7图6 1 8图6 1 9 精讲精析 1 根据图6 1 7所示的导线在蹄形磁铁正上方时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 如图6 1 8所示 由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外 即A端垂直纸面向外运动 BO段受安培力的方向垂直纸面向里 即B端垂直纸面向里运动 可见从上向下看 导线AB将绕O点逆时针转动 2 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6 1 9所示 导线AB此时受安培力方向竖直向下 导线将向下运动 3 由上述两个特殊位置的判断可知 当导线不在上述的特殊位置时 所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动 从上向下看 答案 从上向下看 导线逆时针转动的同时向下运动 方法总结 判断安培力作用下物体的运动方向时 要根据具体问题选择合适的判断方法 有时要多种方法联合应用 利用电流元法分析时 要在合适的位置选取电流元 利用等效法分析时 要注意环形电流可等效为小磁针 通电螺线管可等效为条形磁铁 2011年三明高二质检 一根长为0 2m的金属棒放在倾角为 37 的光滑斜面上 并通以I 5A电流 方向如图6 1 10所示 整个装置放在磁感应强度为B 0 6T 竖直向上的匀强磁场中 金属棒恰能静止在斜面上 则该棒的重力为多少 图6 1 10 自主解答 以导体棒为研究对象 受力分析 将立体图用平面图的形式画出 如图6 1 11所示 图6 1 11 答案 0 8N 变式训练如图6 1 12所示 ab cd为两根相距0 2m的平行金属导轨 水平放置在垂直纸面向里的匀强磁场中 质量为0 3kg的通电导体棒MN静止于水平导轨上 通以5A的电流时 轻轻推动棒 棒沿导轨做匀速运动 当棒中电流增加到8A时 棒能获得2m s2的加速度 则匀强磁场的磁感应强度的大小为多少 图6 1 12 答案 1T 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全