2019春高中物理 第3章 磁場 4 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt

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第三章 磁場 4通電導(dǎo)線在磁場中受到的力 課前預(yù)習(xí) 1 概念把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力 2 安培力的方向左手定則 如圖所示 伸開左手 使拇指與其余四個手指 并且都與手掌在同一個 內(nèi) 讓磁感線從 進(jìn)入 并使四指指向 的方向 這時 所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向 安培力 垂直 平面 掌心 電流 拇指 3 安培力的大小 1 公式 F 為磁感應(yīng)強(qiáng)度與通電導(dǎo)線之間的夾角 2 說明 A 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 F B 當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時 所受安培力 BILsin BIL 為零 1 構(gòu)造磁鐵 螺旋彈簧 指針 極靴 2 原理通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉(zhuǎn) 1 線圈 越大 被測電流就越大 2 根據(jù) 的方向 可以知道被測電流的方向 磁電式電流表 線圈 偏轉(zhuǎn)的角度 線圈偏轉(zhuǎn) 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 方向 保持線圈轉(zhuǎn)動時 安培力的大小不受磁場影響 線圈所受安培力的方向始終與線圈平面垂直 線圈平面都與磁場方向 表盤刻度均勻 如圖所示 4 優(yōu) 缺點優(yōu)點是 高 能測出很弱的電流 缺點是線圈的 允許通過的電流很弱 半徑 平行 靈敏度 導(dǎo)線很細(xì) 判一判 1 通電導(dǎo)線所受安培力的方向與磁場的方向相同 2 通電導(dǎo)線所受安培力的方向與磁場的方向垂直 3 通電導(dǎo)線所受安培力的方向與直線電流的方向垂直 4 不通電的導(dǎo)線在磁場中一定不受安培力 5 通電的導(dǎo)線在磁場中一定受安培力 6 對處于勻強(qiáng)磁場中的某段導(dǎo)線而言 所通電流越大 所受安培力越大 選一選 2018 山東濟(jì)南外國語學(xué)校 濟(jì)南一中等四校高二上學(xué)期期末 2017年1月25日 在中央電視臺CCTV10頻道播出的節(jié)目中 海軍電力工程專家馬偉明院士表示 正在研制設(shè)計中的國產(chǎn)003型航母采用電磁彈射已成定局 電磁彈射就是采用電磁的能量來推動被彈射的物體向外運動 電磁炮就是利用電磁彈射工作的 電磁炮的原理如圖所示 則炮彈導(dǎo)體滑塊受到的安培力的方向是 A 豎直向上B 豎直向下C 水平向左D 水平向右解析 由左手定則可知 炮彈導(dǎo)體滑塊受到的安培力的方向是水平向左 故選C C 想一想 把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來 使它下端剛好跟杯中的水銀面接觸 并使它組成如圖所示的電路 當(dāng)開關(guān)S接通后將會看到什么現(xiàn)象 答案 彈簧上下跳動 解析 通電后 彈簧的每一個圈都相當(dāng)一個環(huán)形電流 且各線圈都通以相同方向的電流 根據(jù)同向電流相互吸引 彈簧收縮 下端脫離水銀面 使電路斷開 電路斷開后 彈簧中的電流消失 磁場作用失去 彈簧在彈力和自身重力作用下下落 于是電路又接通 彈簧又收縮 如此周而復(fù)始 形成彈簧上下跳動 課內(nèi)探究 如圖所示 我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫恼彰麟娏魇穷l率為50Hz 電壓為220V的交變電流 其大小和方向都在周期性變化 用一蹄形磁鐵慢慢地接近發(fā)光的白熾燈泡 可以看到燈絲顫抖起來 燈絲的 顫抖 說明什么道理呢 提示 電流方向變化時 安培力的方向隨著變化 所以燈絲發(fā)生 顫抖 探究一安培力的方向 1 安培力方向的判斷 1 F B F I 即F垂直于B I決定的平面 2 當(dāng)電流方向與磁場方向不垂直時 安培力的方向仍垂直于電流與磁場所決定的平面 所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向 只是磁感線不是垂直進(jìn)入掌心 3 注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與磁場 電場的方向的關(guān)系 安培力的方向總是與磁場的方向垂直 而電場力的方向與電場的方向平行 特別提醒 1 F I F B 但B與I不一定垂直 2 若已知B I方向 F方向惟一確定 但若已知B 或I F方向 I 或B 方向不惟一 解題指導(dǎo) 解答此類題目時應(yīng)注意以下兩點 1 安培力總是垂直于磁場方向和電流方向所確定的平面 2 I B方向不垂直時 讓磁感線斜著穿過掌心 解析 A B C D E F G中電流方向均與磁場方向垂直 而H中電流方向與磁場方向不垂直 由左手定則判斷如圖 答案 見解析 對點訓(xùn)練1 畫出圖中通電直導(dǎo)線A受到的安培力的方向 答案 根據(jù)磁場對電流會產(chǎn)生作用力的原理 人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置 電磁炮 電磁炮的炮彈動力摒棄傳統(tǒng)的火藥 采用電磁力 它由兩條平行的長直導(dǎo)軌組成 導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸 當(dāng)兩軌接入電源時 強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入 經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時 在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場 通電流的滑塊在安培力的作用下 彈丸會以很大的速度射出 彈丸體積雖小 但由于初速度特別大 所以具有很大的動能 足以穿透厚鋼板 通電導(dǎo)體在磁場中受力與哪些因素有關(guān)呢 探究二安培力的大小 2 提示 與磁感應(yīng)強(qiáng)度B 導(dǎo)線中的電流I 導(dǎo)線在磁場中的有效長度L等有關(guān) 1 對安培力F ILBsin 的理解 1 當(dāng)B與I垂直時 即sin90 1 則F ILB 當(dāng)B與I成 角時 F ILBsin 是B與I的夾角 2 L是有效長度 勻強(qiáng)磁場中彎曲導(dǎo)線的有效長度L 等于連接兩端點直線的長度 如圖 相應(yīng)的等效電流沿L由始端流向末端 2 F ILBsin 的適用條件導(dǎo)線所處的磁場應(yīng)為勻強(qiáng)磁場 在非勻強(qiáng)磁場中 公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線 3 電流在磁場中的受力特點電荷在電場中一定會受到電場力作用 但是電流在磁場中不一定受安培力作用 當(dāng)電流方向與磁場方向平行時 電流不受安培力作用 特別提醒 1 公式F ILBsin 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(jìn)行分析 2 公式F IBLsin 中的Lsin 也可以理解為垂直于磁場方向的 有效長度 解題指導(dǎo) 解該類問題的基本思路是 1 選定研究對象 2 變?nèi)S為二維 如側(cè)視圖 剖面圖或俯視圖等 并畫出平面受力分析圖 其中安培力的方向要注意F安 B F安 I 3 列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進(jìn)行求解 對點訓(xùn)練2 2018 北京市朝陽區(qū)高二上學(xué)期期末 一種可測量磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的實驗裝置 如圖所示 磁鐵放在水平放置的電子測力計上 兩極之間的磁場可視為水平勻強(qiáng)磁場 其余區(qū)域磁場的影響可忽略不計 此時電子測力計的示數(shù)為G1 將一直銅條AB水平 且垂直于磁場方向靜置于磁場中 兩端通過導(dǎo)線與電源 開關(guān) 滑動變阻器和電流表連成回路 閉合開關(guān) 調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片 當(dāng)電流表示數(shù)為I時 電子測力計的示數(shù)為G2 測得銅條在勻強(qiáng)磁場中的長度為L 銅條始終未與磁鐵接觸 對上述實驗下列說法正確的是 如圖所示 在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極 沿邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極 將兩電極接在電池的兩極上 然后在玻璃皿中放入鹽水 把玻璃皿放入蹄形磁鐵的磁場中 N極在下 S極在上 通電后鹽水就會旋轉(zhuǎn)起來 探究三安培力作用下導(dǎo)體的運動 3 通電后的鹽水為什么會旋轉(zhuǎn)起來呢 這個現(xiàn)象對你有什么啟發(fā) 提示 鹽水受到磁鐵的磁場力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動 鹽水中有指向圓心的電流 根據(jù)左手定則 半徑方向上的電流將受到安培力使得鹽水逆時針轉(zhuǎn)動 可以根據(jù)這個特點設(shè)計出無轉(zhuǎn)子的洗衣機(jī) 衣服越臟 導(dǎo)電能力越強(qiáng) 電流越大 就受到更大的安培力 轉(zhuǎn)速就更快 洗滌效果就更強(qiáng) 1 判斷導(dǎo)體在磁場中運動情況的常規(guī)思路 不管是電流還是磁體 對通電導(dǎo)體的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的 因此 此類問題可按下面步驟進(jìn)行分析 1 確定導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況 2 結(jié)合左手定則判斷導(dǎo)體所受安培力的方向 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 特別提醒 1 導(dǎo)體處于非勻強(qiáng)磁場中時 通常用電流元法判斷其受力情況 2 判斷條形磁鐵 或小磁針 與環(huán)形電流間的相互作用時 通常選擇等效法 C 解析 1 電流元法 將導(dǎo)線AB從N S極的中間分成兩段 對AO OB段所處的磁場方向如圖甲所示 由左手定則可知AO段受安培力的方向垂直于紙面向外 OB段受安培力的方向垂直于紙面向里 可見從上向下看 導(dǎo)線AB將繞O點逆時針轉(zhuǎn)動 2 特殊位置法 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 如圖乙所示 導(dǎo)線AB此時受安培力的方向豎直向下 導(dǎo)線將向下運動 綜合上述由兩個特殊位置的判斷可知 當(dāng)導(dǎo)線不在上述的特殊位置時 所受安培力使導(dǎo)線AB逆時針轉(zhuǎn)動的同時還要向下運動 故選項C正確 對點訓(xùn)練3 2016 江西南昌二中高二上學(xué)期期中 如圖所示 兩個完全相同且相互絕緣 正交的金屬環(huán) 可沿軸線OO 自由轉(zhuǎn)動 現(xiàn)通以圖示方向電流 沿OO 看去會發(fā)現(xiàn) D A A環(huán) B環(huán)均不轉(zhuǎn)動B A環(huán)將逆時針轉(zhuǎn)動 B環(huán)也逆時針轉(zhuǎn)動 兩環(huán)相對不動C A環(huán)將順時針轉(zhuǎn)動 B環(huán)也順時針轉(zhuǎn)動 兩環(huán)相對不動D A環(huán)將順時針轉(zhuǎn)動 B環(huán)將逆時針轉(zhuǎn)動 兩者吸引靠攏至重合為止 解析 利用結(jié)論法求解 由安培定則可得 A環(huán)產(chǎn)生的磁場的方向向下 B環(huán)產(chǎn)生的磁場的方向向左 兩個磁場相互作用后有磁場的方向趨向一致的趨勢 所以A環(huán)順時針轉(zhuǎn)動 B環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動 二者相互靠攏 直至重合 故D正確 素養(yǎng)提升 安培定則與左手定則的比較 C 解析 首先根據(jù)右手螺旋定則判斷通電螺線管產(chǎn)生的磁場的方向向右 所以在A處產(chǎn)生的磁場方向水平向左 再根據(jù)左手定則判斷可知A受到通電螺線管磁場的作用力的方向豎直向上 C正確