高二物理鲁科版选修3-1课件：第1部分 第6章 第1节《探究磁场对电流的作用》

欢迎进入物理课堂 1 磁场对电流的作用力称为安培力 2 在匀强磁场中 当通电直导线与磁场方向垂直时 通电导线所受的安培力最大 等于磁感应强度B 电流I和导线长度l的乘积 3 左手定则 伸开左手 让拇指与其余四指垂直 并与手掌在同一平面内 让磁感线垂直穿过手心 四指指向电流方向 那么 拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的受力方向 4 安培力让电动机转动 电流计发挥作用 自学教材 1 概念对电流的作用力 2 科学探究 安培力与哪些因素有关 1 探究方法 且保持通电导线与磁感线垂直 2 探究过程 在通电导线长度和电流不变的情况下 改变 探究磁感应强度的大小和方向对安培力的影响 磁场 控制变量法 磁感应 强度 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 在磁感应强度与电流的大小和方向不变的情况下 改变通电导线在磁场中的 探究通电导线在磁场中的长度对安培力的影响 大小 方向 长度 3 结论在匀强磁场中 通电导线与磁场方向垂直时 安培力的大小 F IlB 4 判断安培力方向的方法 左手定则伸开左手 让拇指与其余四指 并与手掌在同一平面内 让磁感线穿过手心 四指指向方向 那么 拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的方向 如图6 1 1所示 图6 1 1 垂直 垂直 电流 受力 重点诠释 1 对安培力的认识 1 安培力的计算方法 当B与I垂直时 F IlB 当B与I成 角时 F IlBsin 当B与I平行时 F 0 2 公式F IlB和F IlBsin 中的l指的是 有效长度 如图6 1 2所示 弯曲导线的有效长度l等于连接两端点直线的长度 相应的电流沿l由始端流向末端 图6 1 2 3 安培力公式适用于匀强磁场 或通电导线所处区域的磁感应强度的大小和方向相同 2 安培力的方向 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 在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面 从而判断安培力的方向在哪一条直线上 然后再根据左手定则判断安培力的具体方向 2 当电流方向跟磁场方向不垂直时 安培力的方向仍垂直于电流和磁场所决定的平面 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 3 判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向的方法 1 电流元分析法 把整段电流分成很多小段直线电流 其中每一小段就是一个电流元 先用左手定则判断每小段电流元受到的安培力的方向 再判断整段电流所受安培力的方向 从而确定导体的运动方向 2 特殊位置分析法 根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向 判断其运动方向 然后推广到一般位置 3 等效分析法 环形电流可等效为小磁针 通电螺线管可等效为条形磁铁 其南 北极由安培定则判定 1 把长为L 0 15m的导体棒置于磁感应强度为B 1 0 10 2T的匀强磁场中 使导体棒和磁场方向垂直 如图6 1 3所示 若导体棒中的电流I 2 0A 方向向左 则导体棒受到的安培力大小F N 安培力的方向为竖直向 选填 上 或 下 图6 1 3 解析 导体棒所受安培力F ILB 2 0 0 15 1 0 10 2N 3 0 10 3N 由左手定则可知 安培力的方向竖直向下 答案 3 0 10 3下 1 电流表 等都是安培力的应用 2 电流计工作原理 构造 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 电动机 蹄形磁铁两极 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 安培力就越大 就越大 图6 1 4 电流 指针偏角 解析 游丝形变产生的阻力力矩与安培力引起的动力力矩平衡时 线圈停止转动 故从转动角度来看二力方向相反 电流计内磁场是均匀辐射磁场 在线圈转动的范围内 不管线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感线平行 线圈所在各处的磁场大小相等方向不同 所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关 电流越大 安培力越大 指针转过的角度越大 答案 C 例1 如图6 1 5所示 其中A B图已知电流方向及其所受磁场力的方向 试判断并在图中标出磁场方向 C D图已知磁场方向及它对电流作用力的方向 试判断电流方向或电源的正负极并在图中标出 图6 1 5 思路点拨 磁场的方向 电流的方向 安培力的方向三者遵守左手定则 电流的方向跟磁场的方向可以不垂直 但安培力的方向一定垂直于磁场和电流所决定的平面 解析 由左手定则判断 A图磁场方向垂直纸面向外 B图磁场方向在纸面内垂直F向下 C D图电流方向均垂直于纸面向里 答案 见解析 1 运用左手定则判定安培力的方向时 注意图形的转化 将抽象的立体图形转化为便于受力分析的图形 2 运用左手定则时 无论B I是否垂直 一定要让磁感线垂直穿过手心 四指指向电流的方向 则拇指所指方向即为安培力的方向 例2 如图6 1 6所示 在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线 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 6 思路点拨 根据公式F IlB中各符号的意义计算 D图 从a b的半圆形电流 分析圆弧上对称的每一小段电流 受力抵消合并后 其有效长度为ab F 2IRB 所以 F IlBsin 可以推广到任意形状的导线在匀强磁场中的受力计算 若在D图中 用导线将ab接通形成闭合线圈 则ab弧受力与ab直径受力方向刚好相反 故合力为零 所以 闭合的通电线圈受安培力为零 E图中 F 0 本题考查对安培力大小计算公式的正确理解 F IlBsin IlB B 为磁场在垂直导线电流方向的分量 为有效磁场 或者F Il B 其中l 为垂直于磁场方向的有效长度 图6 1 7 例3 在倾角为 的光滑斜面上 放置一通有电流I 长l 质量为m的导体棒 如图6 1 7所示 试问 1 欲使棒静止在斜面上 外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向 2 欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力 外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向 审题指导 光滑 无摩擦力 静止 合外力为零 图6 1 8 1 图6 1 8甲中若B最小 则F最小 F应与支持力N垂直 此时磁场方向垂直斜面向上 2 图6 1 8乙中 斜面无压力 则F应与重力等大反向 此时磁场方向水平向左 1 必须先将立体图转换为平面图 然后对物体受力分析 要注意安培力方向的确定 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 在上例题中 分析棒有可能静止在斜面上且要求B垂直于l 应加外磁场的方向范围 解析 如图建立直角坐标系 棒在斜面上受重力mg和支持力N 如图所示 若使棒能在斜面上平衡 安培力F的范围将被限定在F1与F2之间 并且F的方向应包括F2的方向 但不包括F1的方向 则磁场的方向应被限定在B1与B2之间 不包括B1 如图所示 则B与正x轴方向的夹角 范围为 答案 见解析 图6 1 9 例4 如图6 1 9所示 把一通电直导线AB放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以自由移动 当导线中通过如图所示方向的电流I时 试判断导线的运动情况 解析 根据图甲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中所示 由左手定则可得AO段受安培力的方向垂直纸面向外 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 如图乙所示 导线AB此时受安培力方向竖直向下 导线将向下运动 所以 导线在转动的同时还要向下运动 答案 从上向下看逆时针转动 同时向下运动 分析在安培力作用下通电导体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体的运动情况 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