高二物理通電導(dǎo)線在磁場中受到的力(習(xí)題課)資料

1、通電導(dǎo)線在磁場中受到的力通電導(dǎo)線在磁場中受到的力習(xí)題課習(xí)題課學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo):1.掌握安培力方向的判斷方法掌握安培力方向的判斷方法左手定則左手定則2掌握安培力大小的計算方法掌握安培力大小的計算方法3了解磁電式電流表的原理了解磁電式電流表的原理 重點難點重點難點:安培力的大小計算和方向判定安培力的大小計算和方向判定2、安培力方向的判定、安培力方向的判定左手定則左手定則伸出左手伸出左手,使拇指與其余四個手指垂直使拇指與其余四個手指垂直,并并且都與手掌在同一個平面內(nèi)且都與手掌在同一個平面內(nèi);讓讓_從掌心進入從掌心進入,并使四指指向并使四指指向_的方向的方向,這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁這時拇指

2、所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受場中所受_的方向的方向(如圖如圖341所示所示)磁感線磁感線電流電流安培力安培力一、安培力的方向一、安培力的方向1 1、安培力、安培力: :通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力圖圖3413方向特點方向特點:安培力的方向一定垂直于安培力的方向一定垂直于B和和I決定決定的平面的平面二、安培力的大小二、安培力的大小1當(dāng)當(dāng)B與與I垂直時垂直時,安培力的大小安培力的大小F_.2當(dāng)當(dāng)B與與I平行時平行時,安培力的大小安培力的大小F_.3當(dāng)當(dāng)B與與I成成角時角時,安培力的大小安培力的大小F_,是是磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向的夾角的方向

3、與導(dǎo)線方向的夾角ILB0ILBsin三、磁電式電流表三、磁電式電流表1構(gòu)造構(gòu)造:_、_、螺旋彈簧、螺旋彈簧(又叫游絲又叫游絲)、指針、極靴、圓柱形鐵芯等指針、極靴、圓柱形鐵芯等2原理原理:當(dāng)被測電流通入線圈時當(dāng)被測電流通入線圈時,線圈受線圈受_作用而轉(zhuǎn)動作用而轉(zhuǎn)動,線圈的轉(zhuǎn)動使螺旋彈簧扭轉(zhuǎn)形變線圈的轉(zhuǎn)動使螺旋彈簧扭轉(zhuǎn)形變,產(chǎn)產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩當(dāng)發(fā)培力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩當(dāng)發(fā)培力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動與螺旋彈簧形變產(chǎn)生的阻礙達(dá)到與螺旋彈簧形變產(chǎn)生的阻礙達(dá)到_時時,指指針停留在某一刻度針停留在某一刻度_越大越大,_就越就越大大,_就越大就越大磁鐵磁鐵線圈線圈安培力安培力平衡平衡電流電流安培力安培

4、力指針偏角指針偏角一、安培力方向的判斷一、安培力方向的判斷左手定則左手定則1安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方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在判斷時首先確定磁場與電流向所決定的平面在判斷時首先確定磁場與電流所確定的平面所確定的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上條直線上,然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向具體方向2 2當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時, ,安培力的方向仍垂直安培力的方向仍垂直電流與磁場所決定的平面電流與磁場所決定的平面, ,所以仍可用左手定則來判斷安所以仍可

5、用左手定則來判斷安培力的方向培力的方向, ,只是磁感線不再垂直穿過手心只是磁感線不再垂直穿過手心( (電流與電流與B B垂垂直時直時, ,一定要讓磁感線垂直穿過手心一定要讓磁感線垂直穿過手心, ,否則可能出現(xiàn)錯誤否則可能出現(xiàn)錯誤) )3 3注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與場的方向的注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與場的方向的關(guān)系關(guān)系, ,安培力的方向總是與磁場的方向垂直安培力的方向總是與磁場的方向垂直, ,而電場力的方而電場力的方向與電場的方向平行向與電場的方向平行特別提醒特別提醒:(1)F安安I,F安安B,但但B與與I不一定垂不一定垂直直(2)判斷通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力時判斷通電導(dǎo)

6、線在磁場中所受安培力時,注意一注意一定要用左手定要用左手,并注意各方向間的關(guān)系并注意各方向間的關(guān)系(3)若已知若已知B、I方向方向,F安安方向唯一確定方向唯一確定,但若已知但若已知B(或或I)、F安安方向、方向、I(或或B)方向不唯一方向不唯一即時應(yīng)用即時應(yīng)用 1.圖圖342中的通電導(dǎo)線在磁場中受中的通電導(dǎo)線在磁場中受力分析正確的是力分析正確的是()圖圖342解析解析:選選C.注意安培定則與左手定則的區(qū)別注意安培定則與左手定則的區(qū)別,判判斷通電導(dǎo)線在磁場中的受力用左手定則斷通電導(dǎo)線在磁場中的受力用左手定則二、對安培力大小計算公式的深刻理解二、對安培力大小計算公式的深刻理解1公式公式FILB中中

7、L指的是指的是“有效長度有效長度”當(dāng)當(dāng)B與與I垂直時垂直時,F最大最大,FILB;當(dāng)當(dāng)B與與I平行時平行時,F0.2彎曲導(dǎo)線的有效長度彎曲導(dǎo)線的有效長度L,等于連接兩端點直接的長度等于連接兩端點直接的長度(如如圖圖343所示所示);相應(yīng)的電流沿相應(yīng)的電流沿L由始端向末端由始端向末端圖圖3433若磁場和電流成若磁場和電流成角時角時,如圖如圖344所法所法圖圖344可以將磁感應(yīng)強度可以將磁感應(yīng)強度B正交分解成正交分解成BBsin和和BBcos,而而B對電流是沒有作用的對電流是沒有作用的FILBILBsin,即即FILBsin.特別提醒特別提醒:(1)公式公式FILBsin中中是是B和和I方向的方向

8、的夾角夾角,不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角,要根據(jù)具要根據(jù)具體情況進行分析體情況進行分析(2)公式中的公式中的L可以理解為垂直于磁場方向的可以理解為垂直于磁場方向的“有效長度有效長度”即時應(yīng)用即時應(yīng)用2.(2010年高考上海卷年高考上海卷)如圖如圖345所示所示,長為長為2l的的直導(dǎo)線折成邊長相等直導(dǎo)線折成邊長相等,夾角為夾角為60的的V形形,并置于與并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中其所在平面相垂直的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為磁感應(yīng)強度為B.當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強度為當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強度為I的電流時的電流時,該該V形通形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為電導(dǎo)線受到的安培

9、力大小為()圖圖345A0B0.5BIlCBIl D2BIl解析解析:選選C.V形通電導(dǎo)線的等效長度為圖中虛線形通電導(dǎo)線的等效長度為圖中虛線部分部分,所以所以FBIl,故故C對對三、安培力作用下導(dǎo)體運動方向的判斷三、安培力作用下導(dǎo)體運動方向的判斷如果通電導(dǎo)體放置在非勻強磁場中如果通電導(dǎo)體放置在非勻強磁場中, ,則不能夠運用則不能夠運用F FBILBIL進進行定量的計算行定量的計算, ,但可用但可用F FBILBIL和左手定則進行定性的討論和左手定則進行定性的討論, ,常用的方法有以下幾種常用的方法有以下幾種: :1 1電流元分析法電流元分析法把整段電流等效分成很多段直線電流元把整段電流等效分成

10、很多段直線電流元, ,先用左手定則判斷先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向出每小段電流元所受安培力的方向, ,從而判斷出整段電流所從而判斷出整段電流所受合力的方向受合力的方向, ,最后確定運動方向最后確定運動方向, ,注意一般取對稱的兩段注意一般取對稱的兩段電流元分析電流元分析2 2等效分析法等效分析法環(huán)形電流可以等效為小磁針環(huán)形電流可以等效為小磁針( (或條形磁鐵或條形磁鐵) ), ,條形磁鐵也可等效條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流成環(huán)形電流, ,通電螺線管可以等效成很多的環(huán)形電流來分析通電螺線管可以等效成很多的環(huán)形電流來分析3 3特殊位置分析法特殊位置分析法根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安

11、培力的方向根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力的方向, ,判斷其運動方向判斷其運動方向, ,然后推廣到一般位置然后推廣到一般位置4 4結(jié)論法結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中兩平行直線電流在相互作用過程中, ,無轉(zhuǎn)動趨勢無轉(zhuǎn)動趨勢, ,同向電流互同向電流互相吸引相吸引, ,反向電流互相排斥反向電流互相排斥; ;兩不平行的直線電流相互作用時兩不平行的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有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢即時應(yīng)用即時應(yīng)用3.3.如圖如圖3 34 46 6所示所示, ,兩個完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣兩個完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上圓柱上, ,但能自由移動但

12、能自由移動, ,若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流, ,則它們的運動情況是則它們的運動情況是( () )A A都繞圓柱轉(zhuǎn)動都繞圓柱轉(zhuǎn)動B B以不等的加速度相向運動以不等的加速度相向運動C C以相等的加速度相向運動以相等的加速度相向運動D D以相等的加速度背向運動以相等的加速度背向運動圖圖346解析解析: :選選C C. .同向環(huán)形電流間相互吸引同向環(huán)形電流間相互吸引, ,雖然兩電流大小不等雖然兩電流大小不等, ,但但由牛頓第三定律知由牛頓第三定律知, ,兩線圈作用力必大小相等兩線圈作用力必大小相等, ,故故C C正確正確四、安培力作用下的平衡問題四、安培力作用下的

13、平衡問題1安培力作為通電導(dǎo)體所受的外力參與受力分析安培力作為通電導(dǎo)體所受的外力參與受力分析,產(chǎn)生了通電導(dǎo)體在磁場中的平衡、加速及做功問題產(chǎn)生了通電導(dǎo)體在磁場中的平衡、加速及做功問題,這類問題與力學(xué)知識聯(lián)系很緊密這類問題與力學(xué)知識聯(lián)系很緊密,解題時把安培力等解題時把安培力等同于重力、彈力、摩擦力等性質(zhì)力同于重力、彈力、摩擦力等性質(zhì)力;對物體進行受對物體進行受力分析時力分析時,注意安培力大小和方向的確定注意安培力大小和方向的確定;求解時注求解時注意對力學(xué)中靜力學(xué)、動力學(xué)及功和能等有關(guān)知識的意對力學(xué)中靜力學(xué)、動力學(xué)及功和能等有關(guān)知識的綜合應(yīng)用綜合應(yīng)用2在安培力作用下的物體平衡的解決步驟和前面學(xué)在安培

14、力作用下的物體平衡的解決步驟和前面學(xué)習(xí)的共點力平衡相似習(xí)的共點力平衡相似,一般也是先進行受力分析一般也是先進行受力分析,再根再根據(jù)共點力平衡的條件列出平衡方程據(jù)共點力平衡的條件列出平衡方程,其中重要的是在其中重要的是在受力分析過程中不要漏掉了安培力受力分析過程中不要漏掉了安培力3與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的題目與閉合電路歐姆定律相結(jié)合的題目,主要應(yīng)用主要應(yīng)用:(1)閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律;(2)安培力公式安培力公式FILB;(3)物體平衡條件物體平衡條件特別提醒特別提醒:(1)安培力作為一種性質(zhì)力安培力作為一種性質(zhì)力,在受力分析時要單在受力分析時要單獨分析獨分析,不可與其他力混為一談不

15、可與其他力混為一談(2)為方便對問題的分析和便于列方程在受力為方便對問題的分析和便于列方程在受力分析時先將立體圖畫成平面圖分析時先將立體圖畫成平面圖,即面成俯視圖、即面成俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等剖面圖或側(cè)視圖等即時應(yīng)用即時應(yīng)用 4.4.質(zhì)量為質(zhì)量為m m的通電導(dǎo)體棒的通電導(dǎo)體棒abab置于傾角為置于傾角為的導(dǎo)的導(dǎo)軌上軌上, ,如圖如圖3 34 47 7所示已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌所示已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為間的動摩擦因數(shù)為, ,在圖在圖3 34 48 8中所加各中所加各種磁場中種磁場中, ,導(dǎo)體棒均靜止導(dǎo)體棒均靜止, ,則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間摩擦力為零的可能情況是摩擦力為零的可能情況

16、是( () )圖圖347圖圖348解析解析:選選AB.要使靜摩擦力為零要使靜摩擦力為零,如果如果FN0,必有必有Ff0.圖圖B選項中安培力的方向豎直向上選項中安培力的方向豎直向上,與重力的方向相反與重力的方向相反,可能使可能使FN0,B是正確的是正確的;如果如果FN0,則導(dǎo)體除受靜摩則導(dǎo)體除受靜摩擦力擦力Ff以外的其他力的合力只要為零以外的其他力的合力只要為零,那么那么Ff0.在圖在圖A選項中選項中,導(dǎo)體所受到的重力導(dǎo)體所受到的重力G、支持力、支持力FN及安培力及安培力F安安三力合力可能為零三力合力可能為零,則導(dǎo)體所受靜摩擦力可能為零圖則導(dǎo)體所受靜摩擦力可能為零圖C、D選項中選項中,從導(dǎo)體所受

17、到的重力從導(dǎo)體所受到的重力G、支持力、支持力FN及安及安培力培力F安安三力的方向分析三力的方向分析,合力不可能為零合力不可能為零,所以導(dǎo)體所所以導(dǎo)體所受靜摩擦力不可能為零受靜摩擦力不可能為零,故正確的選項應(yīng)為故正確的選項應(yīng)為A、B.課堂互動講練課堂互動講練安培力方向的判斷安培力方向的判斷例例1、如如圖圖349所示所示,a、b為平行放置的兩根長為平行放置的兩根長直導(dǎo)線直導(dǎo)線,當(dāng)當(dāng)a、b中通入方向相同的電流時中通入方向相同的電流時,a、b將發(fā)將發(fā)生怎樣的作用生怎樣的作用?圖圖349【精講精析精講精析】由安培定則可知由安培定則可知a導(dǎo)線中的電流在導(dǎo)線中的電流在a導(dǎo)線的右側(cè)產(chǎn)生從外向里的磁場導(dǎo)線的右側(cè)

18、產(chǎn)生從外向里的磁場,如圖如圖3410所所示示,b導(dǎo)線受力的方向由左手定則可以判斷出是向左的導(dǎo)線受力的方向由左手定則可以判斷出是向左的,同理同理a將受到向右的安培力將受到向右的安培力,可見可見,兩同向的電流發(fā)生兩同向的電流發(fā)生相互吸引的作用相互吸引的作用圖圖3410變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1 1在圖在圖3 34 41111所示的電路中所示的電路中, ,電池均相電池均相同同, ,當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S S分別置于分別置于a a、b b兩處時兩處時, ,導(dǎo)線導(dǎo)線MMMM與與NNNN之之間的安培力的大小分別為間的安培力的大小分別為F Fa a、F Fb b, ,可判斷兩段導(dǎo)線可判斷兩段導(dǎo)線( () )圖圖3411A相

19、互吸引相互吸引,FaFb B相互排斥相互排斥,FaFbC相互吸引相互吸引,FaFb D相互排斥相互排斥,FaFb解析解析:選選D.無論開關(guān)置于無論開關(guān)置于a還是置于還是置于b,兩導(dǎo)線中通過兩導(dǎo)線中通過的都是反向電流的都是反向電流,相互間作用力為斥力相互間作用力為斥力,A、C錯錯誤開關(guān)置于位置誤開關(guān)置于位置b時電路中電流較大時電路中電流較大,導(dǎo)線間相導(dǎo)線間相互作用力也較大互作用力也較大,故故D正確正確通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動問題通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動問題例例2、如圖、如圖3412所示所示,把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵線懸掛在磁鐵N極附近極附近,磁鐵的軸線穿過

20、線圈的圓心磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面且垂直于線圈平面,當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后,則線圈則線圈()A向左運動向左運動 B向右運動向右運動C靜止不動靜止不動 D無法確定無法確定圖圖3412【思路點撥思路點撥】此題可以采用電流元法此題可以采用電流元法,也可采用等也可采用等效法效法【精講精析精講精析】法一法一:等效法把通電線圈等效成小等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則磁針由安培定則,線圈等效成小磁針后線圈等效成小磁針后,左端是左端是S極極,右端是右端是N極極,異名磁極相吸引異名磁極相吸引,線圈向左運動線圈向左運動圖圖3413法二法二:電流元法如圖電流元

21、法如圖3413所示所示,取其中的上、取其中的上、下兩小段分析下兩小段分析,根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左的合力水平向左,故線圈向左運動故線圈向左運動【答案答案】A【題后反思題后反思】在用電流元法分析問題時在用電流元法分析問題時,要在對要在對稱的特殊位置選取電流元稱的特殊位置選取電流元變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2 如圖如圖3414所示所示,兩根垂直紙面、平兩根垂直紙面、平行且固定放置的直導(dǎo)線行且固定放置的直導(dǎo)線M和和N,通有同向等值電流通有同向等值電流;沿沿紙面與直導(dǎo)線紙面與直導(dǎo)線M、N等距放置的另一根可自由移動的等距放置的另一根可自由移動的通電導(dǎo)線通電導(dǎo)線ab

22、,則通電導(dǎo)線則通電導(dǎo)線ab在安培力作用下運動的情在安培力作用下運動的情況是況是()圖圖3414A A沿紙面逆時針轉(zhuǎn)動沿紙面逆時針轉(zhuǎn)動B B沿紙面順時針轉(zhuǎn)動沿紙面順時針轉(zhuǎn)動C Ca a端轉(zhuǎn)向紙外端轉(zhuǎn)向紙外, ,b b端轉(zhuǎn)向紙里端轉(zhuǎn)向紙里D Da a端轉(zhuǎn)向紙里端轉(zhuǎn)向紙里, ,b b端轉(zhuǎn)向紙外端轉(zhuǎn)向紙外D D解析解析:選選D.根據(jù)長直導(dǎo)線周圍磁場的分布規(guī)律和矢根據(jù)長直導(dǎo)線周圍磁場的分布規(guī)律和矢量合成法則量合成法則,可以判斷兩電流可以判斷兩電流M、N連線上方處磁場連線上方處磁場方向水平向右方向水平向右,ab上半段所受安培力垂直于紙面向上半段所受安培力垂直于紙面向里里,兩電流兩電流M、N連線下方處磁場方

23、向水平向左連線下方處磁場方向水平向左,ab下半段所受安培力垂直于紙面向外下半段所受安培力垂直于紙面向外,所以所以a端轉(zhuǎn)向紙端轉(zhuǎn)向紙里里,b端轉(zhuǎn)向紙外端轉(zhuǎn)向紙外,選項選項D正確正確例例3 3、 質(zhì)量為質(zhì)量為m m0.02 kg0.02 kg的通電細(xì)桿的通電細(xì)桿abab置于傾角為置于傾角為3737的的平行放置的導(dǎo)軌上平行放置的導(dǎo)軌上, ,導(dǎo)軌的寬度導(dǎo)軌的寬度d d0.2 m0.2 m, ,桿桿abab與導(dǎo)軌間的動摩與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)擦因數(shù)0.40.4, ,磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B B2 T 2 T 的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下直且方向向下, ,如圖如圖3 34 4151

24、5所示現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的觸頭所示現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的觸頭, ,試求出為使桿試求出為使桿abab靜止不動靜止不動, ,通過通過abab桿的電流范圍為多少桿的電流范圍為多少? ?安培力作用下的平衡安培力作用下的平衡圖圖3415【自主解答自主解答】桿桿abab中的電流為中的電流為a a到到b b, ,所受的安培力方向平行于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)軌向上當(dāng)電流較大時, ,導(dǎo)體有向上的運動趨勢導(dǎo)體有向上的運動趨勢, ,所受靜摩擦所受靜摩擦力向下力向下, ,當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大時當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大時, ,磁場力為最大值磁場力為最大值F F1 1, ,此時通過此時通過abab的電流最大為的電流最大為I Imaxmax; ;同理同理, ,當(dāng)電流最小時當(dāng)電流最小時, ,應(yīng)該是導(dǎo)體受向上的最應(yīng)該是導(dǎo)體受向上的最大靜摩擦力大靜摩擦力, ,此時的安培力為此時的安培力為F F2 2, ,電流為電流為I Iminmin. .正確地畫出兩種情況下的受力圖如圖正確地畫出兩種情況下的受力圖如圖3 34 41616所示所示, ,由平衡條件列方程求解由平衡條件列方程求解由平衡條件由平衡條件,根據(jù)第一幅受力圖列式如下根據(jù)第一幅受力圖列式如下: :F F1 1mgmgsinsinF Ff f1 10 0F FN1N1mgmgcoscos0 0F F