2019-2020学年高中物理 第三章 磁场 4 通电导线在磁场中受到的力课件 新人教版选修3-1.ppt

4通电导线在磁场中受到的力 知识自学 自我检测 一 安培力的方向阅读教材第91页 安培力的方向 部分 了解安培力的方向与哪些因素有关 知道左手定则的内容 1 安培力通电导线在磁场中受的力称为安培力 2 影响安培力方向的因素安培力的方向与磁场方向 电流方向有关 3 左手定则用左手定则判断安培力的方向 伸开左手 使拇指与其余四指垂直 并且都与手掌在同一平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向电流的方向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 知识自学 自我检测 二 安培力的大小阅读教材第92页 安培力的大小 部分 知道安培力大小与导线放置方向有关 知道导线与磁场垂直时的计算公式 如图甲 乙所示 导线电流为I 长度为L 磁场的磁感应强度为B 则 1 如图甲 通电导线与磁场方向垂直 此时安培力F BIL 2 如图乙 通电导线与磁场方向平行 此时安培力F 0 知识自学 自我检测 三 磁电式电流表阅读教材第93页 磁电式电流表 部分 知道基本组成和原理 1 写出图中磁电式电流表各部件的名称 永磁铁 极靴 软铁 螺旋弹簧 线圈 指针 2 原理 安培力与电流的关系 3 特点两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱 使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向 使线圈平面都与磁场方向平行 从而使刻度盘刻度均匀 知识自学 自我检测 1 正误判断 1 安培力的方向一定与电流方向垂直 解析 根据左手定则可判定 安培力的方向一定与电流方向垂直 答案 2 通电导线只要放在磁场中就会受到安培力 解析 当磁感应强度方向与电流平行时 安培力为零 答案 3 只有通电导线与磁场垂直时 导线才受到安培力的作用 解析 通电导线与磁场平行时不受安培力 有夹角时受安培力 垂直时安培力最大 答案 知识自学 自我检测 4 两根通电导线在同一匀强磁场中 若导线长度相同 电流大小相等 则所受安培力大小相等 方向相同 解析 安培力的大小 方向与导线在磁场中的放置位置有关 答案 5 通以10A电流的直导线 长为0 1m 处在磁感应强度为0 1T的匀强磁场中 所受安培力可能为0 02N 解析 当导线与磁场垂直放置时 所受安培力最大为F BIL 0 1N 当导线与磁场平行放置时 所受安培力最小为0 即0 F 0 1N 所以可能F 0 02N 答案 知识自学 自我检测 2 在磁场中的同一位置放置一条短直导线 导线的方向和磁场的方向垂直 若给导线通入不同的电流 导线所受的磁场力也会不同 如图是表示导线所受的力F与通过导线的电流I关系的图象 其中正确的是 解析 当电流方向与磁场方向垂直时 导线所受的安培力F BIL 由于磁感应强度B和导线长度L不变 因此F与I的关系图象为过原点的直线 B正确 答案 B 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 安培力的方向如图所示的实验装置 通电导线悬挂放置在蹄形磁铁之间 改变磁极方向或电流方向 观察导线摆动的方向 思考并探究下面的问题 1 上下交换磁极的位置以改变磁场方向 导线受力的方向是否改变 2 改变导线中电流的方向 导线受力的方向是否改变 3 仔细分析实验结果 说明安培力的方向与磁场方向 电流方向有怎样的关系 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 要点提示 1 受力的方向改变 2 受力的方向改变 3 安培力的方向与磁场方向 电流方向的关系满足左手定则 如图所示 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 1 安培力的方向特点 不管电流方向与磁场方向是否垂直 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 即总有F I和F B 即F垂直于B I决定的平面 2 电流I 磁场B和安培力F三个方向的关系 1 已知I B的方向 可唯一确定F的方向 2 已知F B的方向 且导线的位置确定时 可唯一确定I的方向 3 已知F I的方向时 磁感应强度B的方向不能唯一确定 3 安培力方向的判断 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 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 在具体判断安培力的方向时 首先要建立立体空间模型 可借助手头的铅笔或其他文具摆放一下电流或磁场的方向 直观地建立三者间的方向关系 这对正确地判断安培力的方向很有帮助 另外不要受到电场对电荷作用力的干扰而出现错误判断 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 例题1 多选 如图所示 F是磁场对通电直导线的作用力 其中正确的示意图是 解析 由左手定则可判断 选项B中安培力的方向向左 选项C中安培力的方向向下 选项A D中安培力的方向如题图所示 选项A D是正确的 答案 AD 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 左手定则应用的两个要点 1 安培力的方向既垂直于电流的方向 又垂直于磁场的方向 所以应用左手定则时 必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直 2 由于电流方向和磁场方向不一定垂直 所以磁场方向不一定垂直穿入手掌 可能与四指方向成某一夹角 但四指一定要指向电流方向 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 安培力的大小从前面的学习中我们已经知道 垂直于磁场B放置长为L的一段导线 当通过的电流为I时 它受到的安培力F BIL 这时导线受到的安培力最大 导线与磁场平行时所受的安培力为0 试讨论下面两种情况下安培力的大小 1 当磁感应强度B的方向与导线方向成 角时 2 导线ABC为垂直折线 其中电流为I AB BC L 导线所在的平面与匀强磁场垂直 导线ABC所受安培力的大小和方向 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 要点提示 1 当磁感应强度B的方向与导线方向成 角时 可以把它分解成与导线垂直的分量B 和与导线平行的分量B B Bsin B Bcos 其中B 不产生安培力 导线受到的安培力只由B 产生 所以一般情况下的安培力的表达式为F BILsin 为磁感应强度方向与导线方向的夹角 2 AB段所受的安培力大小FAB BIL 方向向右 BC段所受的安培力大小FBC BIL 方向向上 所以该导线所受安培力为这两个力的合力 如图所示 方向沿 ABC的平分线向上 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 F ILBsin 的理解与应用1 公式F ILBsin 中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度 不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响 2 公式F ILBsin 中L指的是导线在磁场中的 有效长度 弯曲导线的有效长度L 等于连接两端点直线的长度 如图所示 相应的电流沿L由始端流向末端 3 公式F ILBsin 中 是B和I方向的夹角 当 90 时sin 1 公式变为F ILB 4 F ILBsin 的适用条件 导线所处的磁场应为匀强磁场 在非匀强磁场中 公式仅适用于很短的通电导线 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 电荷在电场中一定会受到静电力作用 但是电流在磁场中不一定受安培力作用 当电流方向与磁场方向平行时 电流不受安培力作用 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 例题2 由导线组成的直角三角形框架放在匀强磁场中 如图所示 若导线框中通以如图方向的电流时 导线框将 A 沿与ab边垂直的方向加速运动B 仍然静止C 以c为轴转动D 以b为轴转动解析 ab和bc两段电流可等效为长度等于ac 方向由a到c的一段电流 由左手定则以及安培力公式可知ab和bc两段电流所受安培力的合力方向和ac受到的安培力方向相反 大小相等 线框整体合力为0 仍然静止 故选B 答案 B 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 磁电式电流表磁电式电流表中磁场分布如图所示 结合安培力的大小决定因素 思考磁场这样分布的原因是什么 要点提示 电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的 不管线圈处于什么位置 线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度 该磁场并非匀强磁场 但在以铁芯为中心的圆周上 各点的磁感应强度B的大小是相等的 这样的磁场 可使线圈转动时 它的两个边所经过位置的磁场强弱都相同 使线圈转过的角度与电流成正比 从而能够使得表盘的刻度均匀 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 1 磁电式电流表的工作原理通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转 线圈偏转的角度越大 被测电流就越大 线圈偏转的方向不同 被测电流的方向不同 2 磁电式电流表的磁场特点两磁极间装有极靴 极靴中间的铁质圆柱 使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向 保持线圈转动时 安培力的大小不受磁场影响 电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直 使线圈平面都与磁场方向平行 使表盘刻度均匀 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 3 磁电式电流表的灵敏度与哪些因素有关系 1 电流表的灵敏度 是指在通入相同电流的情况下 指针偏转角度的大小 偏角越大 灵敏度越高 2 提高灵敏度的方法 如果要提高磁电式电流表的灵敏度 就要使在相同电流下导线所受的安培力增大 可通过增加线圈的匝数 增大永磁铁的磁感应强度 增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现 探究一 探究二 探究三 当堂检测 问题探究 名师精讲 典例剖析 例题3 多选 以下说法正确的是 A 指针稳定后 线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的B 通电线圈中的电流越大 电流表指针偏转角度也越大C 在线圈转动的范围内 各处的磁场都是匀强磁场D 在线圈转动的范围内 线圈所受安培力与电流有关 而与所处位置无关解析 当阻碍线圈转动的螺旋弹簧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 磁电式电流表内磁场是均匀辐射磁场 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 正确的选项为A B D 答案 ABD 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 1 画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向 解析 无论B I是否垂直 安培力总是垂直于B与I决定的平面 且满足左手定则 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 答案 如图所示 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 2 如图所示 在匀强磁场中有下列各种形状的通电导线 电流为I 磁感应强度为B 求各导线所受的安培力的大小 答案 A ILBcos B ILBC 2BIRD 0 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 3 如图所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度 天平的右臂下面挂一个矩形线圈 宽为L 共N匝 线圈的下部悬在匀强磁场中 磁场方向垂直于纸面 当线圈中通有电流I 方向如图所示 时 在天平两边加上质量分别为m1 m2的砝码时 天平平衡 当电流反向 大小不变 时 右边再加上质量为m的砝码后 天平又重新平衡 由此可知 探究三 当堂检测 探究一 探究二 1 2 3 解析 因为电流反向时 右边再加砝码才能重新平衡 所以此时安培力竖直向上 由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里 电流反向前 有m1g m2g m3g NBIL 其中m3为线圈质量 电流反向后 有m1g m2g m3g mg NBIL 两式联立可得 故选B 答案 B