2019-2020學年高中物理 第三章 磁場 4 通電導線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt

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4通電導線在磁場中受到的力 知識自學 自我檢測 一 安培力的方向閱讀教材第91頁 安培力的方向 部分 了解安培力的方向與哪些因素有關 知道左手定則的內容 1 安培力通電導線在磁場中受的力稱為安培力 2 影響安培力方向的因素安培力的方向與磁場方向 電流方向有關 3 左手定則用左手定則判斷安培力的方向 伸開左手 使拇指與其余四指垂直 并且都與手掌在同一平面內 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線在磁場中所受安培力的方向 知識自學 自我檢測 二 安培力的大小閱讀教材第92頁 安培力的大小 部分 知道安培力大小與導線放置方向有關 知道導線與磁場垂直時的計算公式 如圖甲 乙所示 導線電流為I 長度為L 磁場的磁感應強度為B 則 1 如圖甲 通電導線與磁場方向垂直 此時安培力F BIL 2 如圖乙 通電導線與磁場方向平行 此時安培力F 0 知識自學 自我檢測 三 磁電式電流表閱讀教材第93頁 磁電式電流表 部分 知道基本組成和原理 1 寫出圖中磁電式電流表各部件的名稱 永磁鐵 極靴 軟鐵 螺旋彈簧 線圈 指針 2 原理 安培力與電流的關系 3 特點兩極間的極靴和極靴中間的鐵質圓柱 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 從而使刻度盤刻度均勻 知識自學 自我檢測 1 正誤判斷 1 安培力的方向一定與電流方向垂直 解析 根據左手定則可判定 安培力的方向一定與電流方向垂直 答案 2 通電導線只要放在磁場中就會受到安培力 解析 當磁感應強度方向與電流平行時 安培力為零 答案 3 只有通電導線與磁場垂直時 導線才受到安培力的作用 解析 通電導線與磁場平行時不受安培力 有夾角時受安培力 垂直時安培力最大 答案 知識自學 自我檢測 4 兩根通電導線在同一勻強磁場中 若導線長度相同 電流大小相等 則所受安培力大小相等 方向相同 解析 安培力的大小 方向與導線在磁場中的放置位置有關 答案 5 通以10A電流的直導線 長為0 1m 處在磁感應強度為0 1T的勻強磁場中 所受安培力可能為0 02N 解析 當導線與磁場垂直放置時 所受安培力最大為F BIL 0 1N 當導線與磁場平行放置時 所受安培力最小為0 即0 F 0 1N 所以可能F 0 02N 答案 知識自學 自我檢測 2 在磁場中的同一位置放置一條短直導線 導線的方向和磁場的方向垂直 若給導線通入不同的電流 導線所受的磁場力也會不同 如圖是表示導線所受的力F與通過導線的電流I關系的圖象 其中正確的是 解析 當電流方向與磁場方向垂直時 導線所受的安培力F BIL 由于磁感應強度B和導線長度L不變 因此F與I的關系圖象為過原點的直線 B正確 答案 B 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 安培力的方向如圖所示的實驗裝置 通電導線懸掛放置在蹄形磁鐵之間 改變磁極方向或電流方向 觀察導線擺動的方向 思考并探究下面的問題 1 上下交換磁極的位置以改變磁場方向 導線受力的方向是否改變 2 改變導線中電流的方向 導線受力的方向是否改變 3 仔細分析實驗結果 說明安培力的方向與磁場方向 電流方向有怎樣的關系 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 要點提示 1 受力的方向改變 2 受力的方向改變 3 安培力的方向與磁場方向 電流方向的關系滿足左手定則 如圖所示 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 1 安培力的方向特點 不管電流方向與磁場方向是否垂直 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 即總有F I和F B 即F垂直于B I決定的平面 2 電流I 磁場B和安培力F三個方向的關系 1 已知I B的方向 可唯一確定F的方向 2 已知F B的方向 且導線的位置確定時 可唯一確定I的方向 3 已知F I的方向時 磁感應強度B的方向不能唯一確定 3 安培力方向的判斷 在判斷安培力方向時首先確定磁場和電流所確定的平面 從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上 然后再根據左手定則判斷出安培力的具體方向 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 在具體判斷安培力的方向時 首先要建立立體空間模型 可借助手頭的鉛筆或其他文具擺放一下電流或磁場的方向 直觀地建立三者間的方向關系 這對正確地判斷安培力的方向很有幫助 另外不要受到電場對電荷作用力的干擾而出現錯誤判斷 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 例題1 多選 如圖所示 F是磁場對通電直導線的作用力 其中正確的示意圖是 解析 由左手定則可判斷 選項B中安培力的方向向左 選項C中安培力的方向向下 選項A D中安培力的方向如題圖所示 選項A D是正確的 答案 AD 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 左手定則應用的兩個要點 1 安培力的方向既垂直于電流的方向 又垂直于磁場的方向 所以應用左手定則時 必須使大拇指指向與四指指向和磁場方向均垂直 2 由于電流方向和磁場方向不一定垂直 所以磁場方向不一定垂直穿入手掌 可能與四指方向成某一夾角 但四指一定要指向電流方向 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 安培力的大小從前面的學習中我們已經知道 垂直于磁場B放置長為L的一段導線 當通過的電流為I時 它受到的安培力F BIL 這時導線受到的安培力最大 導線與磁場平行時所受的安培力為0 試討論下面兩種情況下安培力的大小 1 當磁感應強度B的方向與導線方向成 角時 2 導線ABC為垂直折線 其中電流為I AB BC L 導線所在的平面與勻強磁場垂直 導線ABC所受安培力的大小和方向 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 要點提示 1 當磁感應強度B的方向與導線方向成 角時 可以把它分解成與導線垂直的分量B 和與導線平行的分量B B Bsin B Bcos 其中B 不產生安培力 導線受到的安培力只由B 產生 所以一般情況下的安培力的表達式為F BILsin 為磁感應強度方向與導線方向的夾角 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 所以該導線所受安培力為這兩個力的合力 如圖所示 方向沿 ABC的平分線向上 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 F ILBsin 的理解與應用1 公式F ILBsin 中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應強度 不必考慮導線自身產生的磁場對外加磁場的影響 2 公式F ILBsin 中L指的是導線在磁場中的 有效長度 彎曲導線的有效長度L 等于連接兩端點直線的長度 如圖所示 相應的電流沿L由始端流向末端 3 公式F ILBsin 中 是B和I方向的夾角 當 90 時sin 1 公式變?yōu)镕 ILB 4 F ILBsin 的適用條件 導線所處的磁場應為勻強磁場 在非勻強磁場中 公式僅適用于很短的通電導線 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 電荷在電場中一定會受到靜電力作用 但是電流在磁場中不一定受安培力作用 當電流方向與磁場方向平行時 電流不受安培力作用 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 例題2 由導線組成的直角三角形框架放在勻強磁場中 如圖所示 若導線框中通以如圖方向的電流時 導線框將 A 沿與ab邊垂直的方向加速運動B 仍然靜止C 以c為軸轉動D 以b為軸轉動解析 ab和bc兩段電流可等效為長度等于ac 方向由a到c的一段電流 由左手定則以及安培力公式可知ab和bc兩段電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 線框整體合力為0 仍然靜止 故選B 答案 B 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 磁電式電流表磁電式電流表中磁場分布如圖所示 結合安培力的大小決定因素 思考磁場這樣分布的原因是什么 要點提示 電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻向分布的 不管線圈處于什么位置 線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度 該磁場并非勻強磁場 但在以鐵芯為中心的圓周上 各點的磁感應強度B的大小是相等的 這樣的磁場 可使線圈轉動時 它的兩個邊所經過位置的磁場強弱都相同 使線圈轉過的角度與電流成正比 從而能夠使得表盤的刻度均勻 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 1 磁電式電流表的工作原理通電線圈在磁場中受到安培力作用而發(fā)生偏轉 線圈偏轉的角度越大 被測電流就越大 線圈偏轉的方向不同 被測電流的方向不同 2 磁電式電流表的磁場特點兩磁極間裝有極靴 極靴中間的鐵質圓柱 使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向 保持線圈轉動時 安培力的大小不受磁場影響 電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直 使線圈平面都與磁場方向平行 使表盤刻度均勻 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 3 磁電式電流表的靈敏度與哪些因素有關系 1 電流表的靈敏度 是指在通入相同電流的情況下 指針偏轉角度的大小 偏角越大 靈敏度越高 2 提高靈敏度的方法 如果要提高磁電式電流表的靈敏度 就要使在相同電流下導線所受的安培力增大 可通過增加線圈的匝數 增大永磁鐵的磁感應強度 增加線圈的面積和減小轉軸處摩擦等方法實現 探究一 探究二 探究三 當堂檢測 問題探究 名師精講 典例剖析 例題3 多選 以下說法正確的是 A 指針穩(wěn)定后 線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的B 通電線圈中的電流越大 電流表指針偏轉角度也越大C 在線圈轉動的范圍內 各處的磁場都是勻強磁場D 在線圈轉動的范圍內 線圈所受安培力與電流有關 而與所處位置無關解析 當阻礙線圈轉動的螺旋彈簧的阻力力矩與安培力引起的動力力矩平衡時 線圈停止轉動 故從轉動角度來看二力方向相反 磁電式電流表內磁場是均勻輻射磁場 不管線圈轉到什么角度 它的平面都跟磁感線平行 線圈所在各處的磁場大小相等 方向不同 所以安培力與電流大小有關而與所處位置無關 電流越大 安培力越大 指針轉過的角度越大 正確的選項為A B D 答案 ABD 探究三 當堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 1 畫出下列各圖中磁場對通電導線的安培力的方向 解析 無論B I是否垂直 安培力總是垂直于B與I決定的平面 且滿足左手定則 探究三 當堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 答案 如圖所示 探究三 當堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 2 如圖所示 在勻強磁場中有下列各種形狀的通電導線 電流為I 磁感應強度為B 求各導線所受的安培力的大小 答案 A ILBcos B ILBC 2BIRD 0 探究三 當堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 3 如圖所示的天平可用來測量磁場的磁感應強度 天平的右臂下面掛一個矩形線圈 寬為L 共N匝 線圈的下部懸在勻強磁場中 磁場方向垂直于紙面 當線圈中通有電流I 方向如圖所示 時 在天平兩邊加上質量分別為m1 m2的砝碼時 天平平衡 當電流反向 大小不變 時 右邊再加上質量為m的砝碼后 天平又重新平衡 由此可知 探究三 當堂檢測 探究一 探究二 1 2 3 解析 因為電流反向時 右邊再加砝碼才能重新平衡 所以此時安培力豎直向上 由左手定則判斷磁場方向垂直于紙面向里 電流反向前 有m1g m2g m3g NBIL 其中m3為線圈質量 電流反向后 有m1g m2g m3g mg NBIL 兩式聯立可得 故選B 答案 B