2019-2020學(xué)年高中物理 第三章 磁場(chǎng) 4 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt

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4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 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(guān) 知道左手定則的內(nèi)容 1 安培力通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(chǎng)方向 電流方向有關(guān) 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(nèi) 讓磁感線從掌心進(jìn)入 并使四指指向電流的方向 這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 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(dǎo)線放置方向有關(guān) 知道導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí)的計(jì)算公式 如圖甲 乙所示 導(dǎo)線電流為I 長(zhǎng)度為L(zhǎng) 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 則 1 如圖甲 通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直 此時(shí)安培力F BIL 2 如圖乙 通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行 此時(shí)安培力F 0 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 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(guān)系 3 特點(diǎn)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(chǎng)都沿半徑方向 使線圈平面都與磁場(chǎng)方向平行 從而使刻度盤刻度均勻 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 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(jù)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(dǎo)線只要放在磁場(chǎng)中就會(huì)受到安培力 解析 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電流平行時(shí) 安培力為零 答案 3 只有通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí) 導(dǎo)線才受到安培力的作用 解析 通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行時(shí)不受安培力 有夾角時(shí)受安培力 垂直時(shí)安培力最大 答案 知識(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 4 兩根通電導(dǎo)線在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 若導(dǎo)線長(zhǎng)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(dǎo)線在磁場(chǎng)中的放置位置有關(guān) 答案 5 通以10A電流的直導(dǎo)線 長(zhǎng)為0 1m 處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0 1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 所受安培力可能為0 02N 解析 當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直放置時(shí) 所受安培力最大為F BIL 0 1N 當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行放置時(shí) 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(shí)自學(xué) 自我檢測(cè) 2 在磁場(chǎng)中的同一位置放置一條短直導(dǎo)線 導(dǎo)線的方向和磁場(chǎng)的方向垂直 若給導(dǎo)線通入不同的電流 導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力也會(huì)不同 如圖是表示導(dǎo)線所受的力F與通過導(dǎo)線的電流I關(guān)系的圖象 其中正確的是 解析 當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí) 導(dǎo)線所受的安培力F BIL 由于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和導(dǎo)線長(zhǎng)度L不變 因此F與I的關(guān)系圖象為過原點(diǎn)的直線 B正確 答案 B 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 安培力的方向如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置 通電導(dǎo)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(dǎo)線擺動(dòng)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(chǎng)方向 導(dǎo)線受力的方向是否改變 2 改變導(dǎo)線中電流的方向 導(dǎo)線受力的方向是否改變 3 仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果 說明安培力的方向與磁場(chǎng)方向 電流方向有怎樣的關(guān)系 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 要點(diǎn)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(chǎng)方向 電流方向的關(guān)系滿足左手定則 如圖所示 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 1 安培力的方向特點(diǎn) 不管電流方向與磁場(chǎng)方向是否垂直 安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)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(chǎng)B和安培力F三個(gè)方向的關(guān)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(dǎo)線的位置確定時(shí) 可唯一確定I的方向 3 已知F I的方向時(shí) 磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)首先確定磁場(chǎng)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(jù)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(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 在具體判斷安培力的方向時(shí) 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(chǎng)的方向 直觀地建立三者間的方向關(guān)系 這對(duì)正確地判斷安培力的方向很有幫助 另外不要受到電場(chǎng)對(duì)電荷作用力的干擾而出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 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(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)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(xiàng)B中安培力的方向向左 選項(xiàng)C中安培力的方向向下 選項(xiàng)A D中安培力的方向如題圖所示 選項(xiàng)A D是正確的 答案 AD 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 左手定則應(yīng)用的兩個(gè)要點(diǎn) 1 安培力的方向既垂直于電流的方向 又垂直于磁場(chǎng)的方向 所以應(yīng)用左手定則時(shí) 必須使大拇指指向與四指指向和磁場(chǎng)方向均垂直 2 由于電流方向和磁場(chǎng)方向不一定垂直 所以磁場(chǎng)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(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 安培力的大小從前面的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道 垂直于磁場(chǎng)B放置長(zhǎng)為L(zhǎng)的一段導(dǎo)線 當(dāng)通過的電流為I時(shí) 它受到的安培力F BIL 這時(shí)導(dǎo)線受到的安培力最大 導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行時(shí)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(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成 角時(shí) 2 導(dǎo)線ABC為垂直折線 其中電流為I AB BC L 導(dǎo)線所在的平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直 導(dǎo)線ABC所受安培力的大小和方向 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 要點(diǎn)提示 1 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成 角時(shí) 可以把它分解成與導(dǎo)線垂直的分量B 和與導(dǎo)線平行的分量B B Bsin B Bcos 其中B 不產(chǎn)生安培力 導(dǎo)線受到的安培力只由B 產(chǎn)生 所以一般情況下的安培力的表達(dá)式為F BILsin 為磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)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(dǎo)線所受安培力為這兩個(gè)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(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 F ILBsin 的理解與應(yīng)用1 公式F ILBsin 中B對(duì)放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)外加磁場(chǎng)的影響 2 公式F ILBsin 中L指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的 有效長(zhǎng)度 彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L 等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度 如圖所示 相應(yīng)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(dāng) 90 時(shí)sin 1 公式變?yōu)镕 ILB 4 F ILBsin 的適用條件 導(dǎo)線所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng) 在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 電荷在電場(chǎng)中一定會(huì)受到靜電力作用 但是電流在磁場(chǎng)中不一定受安培力作用 當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí) 電流不受安培力作用 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 問題探究 名師精講 典例剖析 例題2 由導(dǎo)線組成的直角三角形框架放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 如圖所示 若導(dǎo)線框中通以如圖方向的電流時(shí) 導(dǎo)線框?qū)?A 沿與ab邊垂直的方向加速運(yùn)動(dòng)B 仍然靜止C 以c為軸轉(zhuǎn)動(dòng)D 以b為軸轉(zhuǎn)動(dòng)解析 ab和bc兩段電流可等效為長(zhǎng)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(dāng)堂檢測(cè) 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(chǎng)分布如圖所示 結(jié)合安培力的大小決定因素 思考磁場(chǎng)這樣分布的原因是什么 要點(diǎn)提示 電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場(chǎng)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(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng) 但在以鐵芯為中心的圓周上 各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是相等的 這樣的磁場(chǎng) 可使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 它的兩個(gè)邊所經(jīng)過位置的磁場(chǎng)強(qiáng)弱都相同 使線圈轉(zhuǎn)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(dāng)堂檢測(cè) 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(chǎng)中受到安培力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn) 線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大 被測(cè)電流就越大 線圈偏轉(zhuǎn)的方向不同 被測(cè)電流的方向不同 2 磁電式電流表的磁場(chǎng)特點(diǎn)兩磁極間裝有極靴 極靴中間的鐵質(zhì)圓柱 使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向 保持線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 安培力的大小不受磁場(chǎng)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(chǎng)方向平行 使表盤刻度均勻 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 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(guān)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(zhuǎn)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(dǎo)線所受的安培力增大 可通過增加線圈的匝數(shù) 增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度 增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實(shí)現(xiàn) 探究一 探究二 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 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(zhuǎn)角度也越大C 在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi) 各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)D 在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi) 線圈所受安培力與電流有關(guān) 而與所處位置無關(guān)解析 當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋彈簧的阻力力矩與安培力引起的動(dòng)力力矩平衡時(shí) 線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng) 故從轉(zhuǎn)動(dòng)角度來看二力方向相反 磁電式電流表內(nèi)磁場(chǎng)是均勻輻射磁場(chǎng) 不管線圈轉(zhuǎn)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(chǎng)大小相等 方向不同 所以安培力與電流大小有關(guān)而與所處位置無關(guān) 電流越大 安培力越大 指針轉(zhuǎn)過的角度越大 正確的選項(xiàng)為A B D 答案 ABD 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 1 畫出下列各圖中磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)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(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 答案 如圖所示 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 2 如圖所示 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有下列各種形狀的通電導(dǎo)線 電流為I 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 求各導(dǎo)線所受的安培力的大小 答案 A ILBcos B ILBC 2BIRD 0 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 3 如圖所示的天平可用來測(cè)量磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 天平的右臂下面掛一個(gè)矩形線圈 寬為L(zhǎng) 共N匝 線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)方向垂直于紙面 當(dāng)線圈中通有電流I 方向如圖所示 時(shí) 在天平兩邊加上質(zhì)量分別為m1 m2的砝碼時(shí) 天平平衡 當(dāng)電流反向 大小不變 時(shí) 右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后 天平又重新平衡 由此可知 探究三 當(dāng)堂檢測(cè) 探究一 探究二 1 2 3 解析 因?yàn)殡娏鞣聪驎r(shí) 右邊再加砝碼才能重新平衡 所以此時(shí)安培力豎直向上 由左手定則判斷磁場(chǎng)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(zhì)量 電流反向后 有m1g m2g m3g mg NBIL 兩式聯(lián)立可得 故選B 答案 B