高中物理 第3章 第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課件 新人教版選修31

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1、第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中受到的力 1知道安培力的概念，會用左手定則判定安培力的方向 2理解并掌握安培力的計算公式FBILsin. 3了解磁電式電表的構(gòu)造及原理要點一安培力的方向 1安培力 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力稱為安培力 2決定安培力方向的因素 磁場方向和電流方向 3左手定則 如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向 4對安培力方向的理解 (1)安培力方向的特點： FB，F(xiàn)I，即F垂直于B、I決定的平面 (2)當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直電流與磁

2、場所決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心 (1)安培力總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面，但磁場方向和電流方向不一定垂直 (2)若已知B、I方向，F(xiàn)方向唯一確定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一 (3)判斷電流的磁場方向用安培定則，確定通電導(dǎo)體在磁場中的受力方向用左手定則 5通電平行直線電流間的作用情況 (1)兩平行電流間同向電流相互吸引，異向電流相互排斥 (2)兩非平行直線電流有轉(zhuǎn)到互相平行且電流方向相同的趨勢 6安培力方向與電場力方向的比較力力內(nèi)容內(nèi)容項目項目電場力電場力安培力安培力研究對象研究對象點電荷點電荷電流元電流元受力特

3、點受力特點正電荷受力方向，與正電荷受力方向，與電場方向相同，沿電電場方向相同，沿電場線切線方向，與負場線切線方向，與負電荷受力方向相反電荷受力方向相反安培力方向與磁安培力方向與磁場方向和電流方場方向和電流方向都垂直向都垂直判斷方法判斷方法結(jié)合電場方向和電荷結(jié)合電場方向和電荷的正、負判斷的正、負判斷用左手定則判斷用左手定則判斷要點二安培力的大小 1當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時，即電流方向與磁感線垂直時，所受的安培力最大：FBIL. 2當(dāng)B與I成角時，安培力的大小FILBsin，是磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向的夾角 3當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時，所受安培力為零 導(dǎo)線L所處的磁場應(yīng)為勻強磁場安培力表達式F

4、ILB(或FILBsin)一般適用于勻強磁場，若通電導(dǎo)線所在區(qū)域的B的大小和方向不相同，應(yīng)將導(dǎo)體分成若干段，使每段導(dǎo)線所處范圍B的大小和方向近似相等，求出各段導(dǎo)線所受的磁場力，然后再求合力 4磁場中通電導(dǎo)線的等效長度 (1)公式FIBL中的L對彎曲長度來說指的是“等效長度” 彎曲通電導(dǎo)線的有效長度L等于連接曲線兩端點直線的長度，相應(yīng)的電流沿L的始端流向末端，如圖甲所示 (2)任意閉合通電導(dǎo)線的有效長度為零，所受安培力(即各電流元所受安培力的合力)為零，如圖乙所示 (1)公式FILBsin中是B和I方向的夾角，不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角，要根據(jù)具體情況進行分析 (2)公式FILBsin中的Ls

5、in也可以理解為L在垂直于磁場方向上的“有效長度”要點三磁電式電流表 1原理：安培力與電流的關(guān)系 2構(gòu)造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、軟鐵、極靴如圖所示 3特點：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，使線圈平面都與磁場方向平行，從而使表盤刻度均勻 4工作原理：如圖所示是線圈在磁場中受力的示意圖當(dāng)電流通過線圈時，導(dǎo)線受到安培力的作用，由左手定則知，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是架在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)軸收緊螺旋彈簧使其變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動，電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小線圈中的電流方向改變

6、時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向 5優(yōu)缺點：優(yōu)點是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點是線圈的導(dǎo)線很細，允許通過的電流很弱如果希望它測量較大的電流值，就要擴大其量程 有的同學(xué)誤認為線圈處的磁場是勻強磁場 一段通電導(dǎo)線垂直于磁場方向放入勻強磁場中，導(dǎo)線中的電流方向自上而下，如圖所示在導(dǎo)線以其中心點為軸逆時針轉(zhuǎn)動180的過程中，導(dǎo)線受到的安培力()題題 型型 1 1對安培力大小和方向的理解對安培力大小和方向的理解 A大小不變，方向不變 B大小由最大減小到零再增至最大，方向時刻改變 C大小由最大減小到零再增至最大，方向不變 D大小由最大

7、減小到零再增至最大，方向由垂直紙面向外變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶?【解析】安培力公式FILBsin，導(dǎo)線轉(zhuǎn)動前，電流方向與磁場方向垂直，90；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過一個小角度后，電流方向與磁場方向不再垂直，安培力變??；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90時，電流方向與磁場方向平行，安培力為零根據(jù)左手定則判斷知，安培力的方向始終垂直紙面向外；在導(dǎo)線再繼續(xù)轉(zhuǎn)動90過程中，安培力由零變到最大，安培力的方向始終垂直紙面向里選項D正確 【答案】D 【方法總結(jié)】 (1)首先確定磁場方向與電流方向所確定的平面 (2)再依據(jù)左手定則，安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面，判斷出安培力的方向 (3)根據(jù)安培力的公式FBILsin計算安培力

8、的大小，注意該公式只適用于勻強磁場，為電流與磁感線的夾角(2014烏魯木齊模擬)如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直紙面向里長度為L的導(dǎo)體中通有恒定電流，電流大小為I.當(dāng)導(dǎo)體垂直于磁場方向放置時，導(dǎo)體受到的安培力大小為BIL.若將導(dǎo)體在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)過30角，導(dǎo)體受到的安培力大小為()變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 1-1 解析：根據(jù)安培力公式可知，當(dāng)通電導(dǎo)體垂直于磁場放置時，導(dǎo)體受到的安培力大小為BIL，圖中磁感應(yīng)強度垂直于紙面向里，故導(dǎo)體在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)過30角時，受到的安培力仍然為BIL，B選項正確 答案：B 如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且

9、垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈() A向左運動B向右運動 C靜止不動D無法確定 題題 型型 2 2 通電導(dǎo)體運動方向的判斷通電導(dǎo)體運動方向的判斷 【解析】此題可以采用電流元法，也可采用等效法 解法一：等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左運動解法二：電流元法如圖所示，解法二：電流元法如圖所示，取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力的合力水中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運動平向左，故線圈向左運動【答案】【答案】A 【方法總結(jié)】 安培力作

10、用下導(dǎo)體運動方向的判斷方法： 1判斷導(dǎo)體在磁場中運動情況的常規(guī)思路 (1)不管是電流還是磁體，對通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況 (2)結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線所受安培力的方向 (3)由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運動方向 2分析導(dǎo)體在磁場中運動情況的幾種常用方法電流電流元法元法把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定則判把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定則判斷每段電流元所受安培力的方向，然后判斷整斷每段電流元所受安培力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)線運動段導(dǎo)線所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)線運動方向方向等效等效法法環(huán)形電流可等效成小磁

11、針，通電螺線管可以等環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流(反過來等效也成反過來等效也成立立)，然后根據(jù)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷，然后根據(jù)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷特殊特殊位位置法置法通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特殊位通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特殊位置，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運置，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向動方向結(jié)論結(jié)論法法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；不平行的兩直線電

12、流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行不平行的兩直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換研究研究對象對象法法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的反作用力，從而確定磁體所受合力及其磁場的反作用力，從而確定磁體所受合力及其運動方向運動方向 如圖所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運動情況是(從上往

13、下看)() A順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 B順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 C逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 D逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 2-1 解析：根據(jù)如圖所示的導(dǎo)線所處的特殊位置判斷其轉(zhuǎn)動情況將導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩段，AO、BO段所處的磁場方向如圖所示，由左手定則可得AO段受安培力方向垂直于紙面向外，BO段受安培力的方向垂直紙面向里，可見從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點逆時針轉(zhuǎn)動 再根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90時的特殊位置判斷其上下運動情況如圖所示，導(dǎo)線AB此時受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運動 由上述兩個特殊位置的判斷可知，導(dǎo)線所受安培力使AB逆時針轉(zhuǎn)動的同時還要向下運動 答案：C (

14、2014肇慶二模)質(zhì)量為m的通電細桿置于傾角為的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度為d，桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，有電流通過桿，桿恰好靜止于導(dǎo)軌上如圖所示的A、B、C、D四個圖中，桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零的是()題題 型型 3 3 安培力作用下物體的平衡和加速問題安培力作用下物體的平衡和加速問題 【解析】A圖中，導(dǎo)體受到水平向右的安培力，重力和支持力作用，如果重力和安培力的合力與支持力等大反向，則導(dǎo)體桿不受摩擦力，A選項不符合題意；B圖中，導(dǎo)體受到豎直向上的安培力，如果重力和安培力二力平衡，則導(dǎo)體桿不受摩擦力，B選項不符合題意；C圖中，導(dǎo)體受到豎直向下的安培力，桿靜止在導(dǎo)軌上，必須受到摩擦力作用，C選項符

15、合題意；D圖中，導(dǎo)體受到水平向左的安培力，如果重力和安培力的合力沿斜面向下，則導(dǎo)體桿不受摩擦力，D選項不符合題意 【答案】C 【方法總結(jié)】 解決涉及安培力的綜合類問題的分析方法是： (1)首先把立體圖畫成易于分析的平面圖，如側(cè)視圖、剖視圖或俯視圖等 (2)確定導(dǎo)線所在處磁場方向，根據(jù)左手定則確定安培力的方向 (3)結(jié)合通電導(dǎo)體、受力分析、運動情況等，根據(jù)題目要求，列出方程，解決問題 質(zhì)量為m0.02 kg的通電細桿AB置于傾角為37的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d0.2 m，桿AB與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)0.4，磁感應(yīng)強度B2 T的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖所示現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的觸頭，

16、試求出為使桿AB靜止不動，通過AB桿的電流范圍為多少？變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 3-1 解析：桿AB中的電流為A到B，所受的安培力方向平行于導(dǎo)軌向上當(dāng)電流較大時，導(dǎo)體有向上的運動趨勢，所受靜摩擦力向下；當(dāng)靜摩擦力達到最大時，安培力為最大值F1，此時通過AB的電流最大為Imax；同理，當(dāng)電流最小時，應(yīng)該是導(dǎo)體受向上的靜摩擦力，此時的安培力為最小值F2，電流為Imin. 正確地畫出兩種情況下的受力圖，由平衡條件列方程求解 根據(jù)第一幅受力圖列式如下： F1mgsinFf10 FNmgcos0 Ff1FN F1BImaxd 解上述方程得Imax0.46 A 根據(jù)第二幅受力圖，得F2Ff2mgsin0，F(xiàn)Nmg

17、cos0，F(xiàn)f 2FN，F(xiàn)2BImind 解上述方程得Imin0.14 A 答案：0.14 AI0.46 A 1電流為I的通電導(dǎo)線放置于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，導(dǎo)線所受安培力為F，下列說法哪些是正確的() A勻強磁場中通電導(dǎo)線所受安培力F，磁感應(yīng)強度B及電流I，三者在方向上一定互相垂直 B若I、B方向確定，則F方向唯一確定 C若F與B方向確定，則I方向唯一確定 D若F與B方向確定，則I方向不唯一確定，但I一定在與F垂直的平面內(nèi) E若F與I方向確定，則B方向唯一確定 F若F與I方向確定，則B方向不唯一確定，但B一定在與F垂直的平面內(nèi) 解析：安培力F的方向既與磁場方向垂直，又與通電導(dǎo)線垂直，即

18、F跟B、I所在的面垂直但B與I的方向不一定垂直A中說三者在方向上一定互相垂直是不對的已知I、B的方向，可唯一確定F的方向，B是正確的若F與B或I方向確定，則I或B方向不唯一，故C、E錯誤，D、F正確 答案：BDF 2如圖所示四種情況中，勻強磁場磁感應(yīng)強度相同，載流導(dǎo)體長度相同，通過的電流也相同，那么，導(dǎo)體受到的磁場力最大，且方向沿著紙面的是() A甲、乙B甲、丙 C乙、丁D乙、丙 解析：甲圖所示情況，B與I不垂直，且安培力垂直紙面向里，乙圖所示情況中，B與I垂直，安培力在紙面內(nèi)豎直向下，丙圖所示情況中，B與I平行，安培力為0，丁圖所示情況中B與I垂直，安培力在紙面內(nèi)垂直I斜向左上，綜合以上分析

19、可知，符合要求的為乙、丁兩種情況，故C正確 答案：C 3(2014金山區(qū)一模)如圖，通電導(dǎo)線MN與矩形線圈abcd共面，位置靠近cd且相互絕緣當(dāng)線圈中通有abcda方向電流時，線圈所受安培力的合力方向() A向左 B向右 C垂直紙面向外 D垂直紙面向里 解析：同向電流相互吸引，反向電流相互排斥，MN對ab邊產(chǎn)生排斥力，MN對cd邊產(chǎn)生吸引力，故線圈所受安培力的合力方向向左，A選項正確 答案：A 4(2015龍巖市武平一中模擬)如圖所示，方框中有一能產(chǎn)生磁場的裝置，在方框右邊放一通電直導(dǎo)線(電流方向如圖中箭頭方向)，發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線受到向右的作用力，則方框中放置的裝置可能是下圖中的哪個()A通電螺線管通電螺線管 解析：根據(jù)左手定則可知，通電導(dǎo)線受到向右的作用力時，磁場方向垂直紙面向外，A圖中通電螺線管產(chǎn)生的磁場方向向右，A選項錯誤；B圖中產(chǎn)生的磁場方向為順時針，B選項錯誤；C圖中產(chǎn)生的磁場方向向里，C選項錯誤；D圖中產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外，D選項正確 答案：D