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第4节通电导线在磁场中受到的力,【学习目标】1.知道什么是安培力,会推导安培力公式F=ILBsin.2.知道左手定则的内容,并会用它判断安培力的方向.3.了解磁电式电流表的工作原理.,基础知识,核心要点,学习效果,核心素养,基础知识探究,教材探究,知识点一,安培力,【问题导学】,(1)通电导线在磁场中一定受到安培力吗?若通电导线不受安培力作用,是否可以判定该处无磁场?,答案:当通电导线与磁场方向平行时不受安培力作用.若通电导线不受安培力作用,则该处可能无磁场,也可能有磁场.,(2)当磁场方向与电流方向不垂直时,安培力的方向是否仍与两者方向垂直?,答案:安培力的方向既垂直于电流的方向,又垂直于磁场的方向.,【知识梳理】1.安培力:在磁场中受的力.2.左手定则: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,并使指向电流的方向,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.3.安培力方向与磁场方向、电流方向的关系:FB,FI,即F垂直于所决定的平面.,通电导线,掌心,四指,拇指,B和I,4.安培力的大小三种情形,ILB,0,ILBsin,磁电式电流表,知识点二,【问题导学】,教材第93页图3.4-6的通电线圈的四条边是否都受安培力作用?,答案:与转动轴垂直的两条边不受安培力作用,因为导线与磁场方向平行.,【知识梳理】1.磁电式电流表的结构特点(1)构造:磁铁、线圈、螺旋弹簧、极靴、铁质圆柱等.(2)特点:极靴和铁质圆柱间的磁场都沿方向,不管线圈转到什么位置,它的平面都跟磁感线,表盘的刻度是均匀的.2.指针偏角与电流大小的关系磁场对电流的作用跟电流成正比,线圈中的电流越大,安培力越大,线圈和指针偏转的角度就.因此,根据指针偏转角度的大小,就可以知道被测电流的强弱.3.磁电式仪表的优缺点优点是,可以测出很弱的电流;缺点是绕制线圈的导线,允许通过的电流.,半径,平行,越大,灵敏度高,很细,很弱,思考判断,1.一通电导线放在某处不受安培力作用,该处的磁感应强度不一定是零.()2.若磁场一定,导线的长度和电流也一定的情况下,导线平行于磁场时,安培力最大,垂直于磁场时,安培力最小.()3.磁电式电流表的刻度是均匀的,是由于其磁场是匀强磁场.()4.左手定则确定了F,I,B三者间方向的关系.()5.安培力的方向一定与电流方向、磁场方向垂直,电流方向与磁场方向也一定垂直.()6.在利用安培力的公式F=ILB计算安培力时,对放入的通电导线来说B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.(),核心要点突破,要点一,对安培力的理解,1.安培力方向的特点:无论何时,即FI,FB.(1)当电流方向跟磁场方向垂直时,安培力的方向、磁场方向和电流方向两两互相垂直.应用左手定则判断时,磁感线从掌心垂直进入,拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直.(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方向,也垂直于磁场方向.应用判断时,拇指与四指、拇指与磁感线垂直,磁感线与四指不垂直.,安培力既垂直于电流,又垂直于磁场,左手定则,2.安培力的大小特点(1)公式F=ILB中L指的是“有效长度”.当B与I垂直时,F最大,F=ILB;当B与I平行时,F=0.,(2)弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点线段的长度(如图);相应的电流沿L由始端流向末端.,(3)若磁场方向和电流方向成角时,如图所示.可以将磁感应强度B正交分解成B=Bsin和B=Bcos,而B对电流是没有作用的.所以F=ILB=ILBsin.,电流方向、磁场方向和安培力方向三者的因果关系1)电流方向和磁场方向间没有必然联系,这两个方向的关系是不确定的.这两个方向共同决定了安培力的方向,一旦电流方向、磁场方向确定,安培力的方向是唯一的.2)已知安培力方向和磁场方向时,电流方向不确定;已知安培力方向和电流方向时,磁场方向不确定.左手定则与安培定则比较1)安培定则确定的是电流方向和由电流产生的磁场方向之间的关系.2)左手定则确定的是磁场方向、电流方向和电流所受磁场的作用力(安培力)的方向之间的关系.,状元心得,【例1】(2018兰州高二质检)如图所示,长度为10cm的一段直导线AB,与磁场方向垂直地放置在磁感应强度B=310-2T的匀强磁场中.今在导线中通以10A的电流,方向自B向A,导线以固定点O为转动轴(设OA=3OB),由图中位置按顺时针方向转过60角时,求:,(1)导线受到的安培力的大小和方向;(2)如果AB在竖直面上,OA从图中位置以O点为转动轴,由纸面向外转30角时,情况又如何?,思路探究(1)导线以O轴顺时针转动60后,公式F=BIL中的“L”如何变化?(2)导线以O点为转动轴,OA段向外转30后,公式F=BIL中的“L”如何变化?答案:(1)变小.(2)不变.,解析:(1)当导线由图中位置按顺时针方向转过60角时,导线与磁场的夹角为30,所受的安培力大小为F=BILsin30=310-2101010-20.5N=1.510-2N根据左手定则可知安培力方向垂直纸面向外.(2)OA从图中位置以O点为转动轴,由纸面向外转30角时,导线与磁场垂直,所受的安培力大小为F=BIL=310-2101010-2N=310-2N根据左手定则,可知安培力方向垂直于导线与磁感线决定的平面向外.,答案:(1)1.510-2N方向垂直纸面向外(2)310-2N方向垂直于导线与磁感线决定的平面向外,【针对训练1】如图所示,AC是一个用长为L的导线弯成的、以O为圆心的四分之一圆弧,将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中.当在该导线中通以由C到A、大小为I的恒定电流时,该导线受到的安培力的大小和方向是(),C,要点二安培力作用下导体运动的判断,1.判断导体在磁场中运动情况的常规思路不管是电流还是磁体,对通电导体的作用都是通过磁场来实现的,因此,此类问题可按下面步骤进行分析:(1)确定导体所在位置的磁场分布情况.(2)结合左手定则判断导体所受安培力的方向.(3)由导体的受力情况判定导体的运动方向.,2.判断导体在磁场中运动情况的五种常用方法,考查角度1:电流元法、等效法的应用【例2】如图所示,把轻质导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,当线圈中通入如图方向的电流后,线圈的运动情况是()A.线圈向左运动B.线圈向右运动C.从上往下看顺时针转动D.从上往下看逆时针转动,思维导图画出磁感线分布选取一段具有代表性的电流元确定电流所受安培力的方向根据电流元所受安培力方向得出结论,解析:法一电流元法首先将圆形线圈分成很多小段,每小段可看做一直线电流,取其中上、下两小段分析,其截面图和受安培力情况如图(甲)所示.根据对称性可知,线圈所受安培力的合力水平向左,故线圈向左运动.法二等效法将环形电流等效成一条形磁铁,如图(乙)所示,据异名磁极相吸引知,线圈将向左运动.同时,也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流,根据结论“同向电流相吸引,异向电流相排斥”又可得到相同的答案.,答案:A,考查角度2:特殊位置法的应用【例3】如图所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)()A.顺时针方向转动,同时下降B.顺时针方向转动,同时上升C.逆时针方向转动,同时下降D.逆时针方向转动,同时上升,解析:在导线处于如图(甲)所示的位置时,将导线AB从N极,S极的中间O处分成两段,AO,BO段所处的磁场方向如图(甲)所示,由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外,BO段受安培力的方向垂直纸面向里,则从上往下看,导线AB将绕O点逆时针转动.由导线转过90时的特殊位置如图(乙)所示可知导线AB此时受安培力方向竖直向下,导线将向下运动.由上述两个特殊位置的判断可知,导线所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动.,答案:C,考查角度3:转换研究对象法的应用【例4】如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根长直导线,导线与磁铁垂直,给导线通过垂直纸面向里的电流,用FN表示磁铁对桌面的压力,用F表示桌面对磁铁的摩擦力,导线中通电后与通电前相比较(),A.FN减小,F=0B.FN减小,F0C.FN增大,F=0D.FN增大,F0,解析:以导线为研究对象,画出一条通过电流I处的磁感线(如图),电流I处的磁场方向水平向左,电流I受安培力方向竖直向上,电流对磁铁的作用力方向竖直向下,磁铁对桌面压力增大,磁铁没有相对于桌面的运动趋势,桌面对磁铁无摩擦力作用,选项C正确.,答案:C,考查角度4:结论法的应用【例5】用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来,让二者等高平行放置,如图所示,当两导线环中通入方向相同的电流I1,I2时,则有(),A.两导线环相互吸引B.两导线环相互排斥C.两导线环无相互作用力D.两导线环先吸引后排斥,解析:通电的导线环周围能够产生磁场,磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用.由于导线环中通入的电流方向相同,二者同位置处的电流方向完全相同,相当于通入同向电流的直导线,据同向电流相互吸引的规律,判知两导线环应相互吸引,选项A正确.,答案:A,学习效果检测,1.(2018哈尔滨六中高二月考)如图所示,匀强磁场中放着通入相同电流的几段导线(均在纸面内),A,B端间距离都相等,受力的情况是()A.图(a)受力最小B.各图受力方向相同C.各图受力一样D.不能确定,C,解析:A,B端间距离都相等,说明电流的等效长度全相同,根据公式F=BIL,各个图的安培力等大,故选项C正确.,2.(2017昆明检测)如图所示,均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A.A与螺线管垂直,A导线中电流的方向垂直于纸面向里,开关S闭合后,A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()A.水平向左B.水平向右C.竖直向下D.竖直向上,解析:根据安培定则.通电螺线管上方磁场方向水平向右,由左手定则判断可知通电直导线所受安培力的方向竖直向下,选项C正确.,C,3.(2018绍兴高二质检)长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向如图所示,已知磁感应强度为B,对于下列各图中,导线所受安培力的大小,计算正确的是(),A,解析:A图中,导线与磁场不垂直,将导线投影到垂直磁场方向上,则有F=BILcos,选项A正确;B图中,导线和磁场方向垂直,则有F=BIL,选项B错误;C图中导线和磁场方向垂直,则有F=BIL,选项C错误;D图中导线和磁场方向垂直,则有F=BIL,选项D错误.,4.两条直导线相互垂直,如图所示,但相隔一个小距离,其中一条AB是固定的,另一条CD能自由活动,当恒定电流按图示方向通入两条导线时,导线CD将()A.顺时针方向转动,同时靠近导线ABB.逆时针方向转动,同时离开导线ABC.顺时针方向转动,同时离开导线ABD.逆时针方向转动,同时靠近导线AB,D,解析:如图所示,先分析AB导线中电流产生的磁场方向,再分段找出CD各段所受安培力的方向.由左手定则判断,CO段受力向下,DO段受力向上,所以CD导线沿逆时针方向转动,又由于AB,CD导线电流有同向的趋势,由已知结论可知它们同时还相互吸引,故选项D正确.,核心素养提升,(教师备用),学长经验分享,【错题分析】公式F=BIL中“L”的理解如图所示,一个边长为L、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,若通以如图所示方向的电流(从A点流入,从C点流出),电流大小为I,则关于金属框所受安培力的情况,下列说法正确的是()A.金属框所受安培力大小为0B.金属框所受安培力大小为BIL,方向垂直AC沿纸面向上C.金属框所受安培力大小为BIL,方向垂直AC沿纸面向下D.金属框所受安培力大小为2BIL,方向垂直AC沿纸面向上,B,【错解】错误的认为ABC中的电流为闭合电路中的电流,其有效长度L等于零,所以安培力的大小为零,从而错选A.【正解】根据通电导线在磁场中受安培力的特点,可以把正三角形金属框的AB与BC两根导线所受的安培力等效为导线AC所受的安培力,则整个三角形金属框可以看做两根AC导线并联,且两根导线中的总电流等于I,由公式得到F=BIL,另外根据左手定则,可知整个三角形金属框所受的安培力的方向垂直AC沿纸面向上,所以选项B正确.,【注意】如图(甲)、(乙)、(丙),导线是折线或曲线,计算安培力的等效长度为L,安培力合力的大小为F安=BIL,方向垂直于L,作用点可认为在L中点处.而(丁)图是闭合电流,其等效长度L=0,则F安=0.,【科学技术社会环境】直流电动机,1.基本结构如图所示为直流电动机模型图.它由定子和转子两部分组成.(1)定子:主要部分是磁极.,(2)转动:由电枢绕组(线圈)、换向器(两个铜半环)和转轴组成.,2.工作原理直流电动机是利用线圈在磁场中受力转动的原理制成的.它把电能转化为机械能.给矩形线圈通电后,线圈便在磁力矩作用下绕轴转动.3.直流电动机的起动力矩大,容易调整,广泛应用在电车、电力机车、矿井提升机等起重设备中.,
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