通電導線在磁場中受到的力-完整版獲獎課件

1、4 通電導線在磁場中受到的力1.知道安培力的方向與電流、磁感應強度方向的關系，會用左手定則判斷安培力的方向。2.理解安培力的計算公式，會應用公式計算勻強磁場中安培力的大小。3.知道磁電式電表的基本構造及運用它測量電流大小和方向的基本原理。 重點：1.正確應用左手定則判斷安培力的方向。 2.勻強磁場中安培力大小的計算。難點：安培力、電流、磁感應強度三者方向的空間關系。 一、安培力的方向1安培力_在磁場中受的力。2決定安培力方向的因素(1)_方向。(2)_方向。通電導線電流磁感應強度3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平面內(nèi);讓磁感線從_進入，并使四指指向_，

2、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。垂直掌心電流的方向4安培力的特點與電流方向、磁感應強度的方向都_，即安培力F_于B和I所決定的平面。垂直垂直二、安培力的大小及磁電式儀表1.安培力的大小(1)當通電導線垂直磁場方向放置時所受安培力的大小為：F=_。(2)當磁感應強度B的方向與通電導線平行時，導線所受安培力F=_。(3)當磁感應強度B的方向與通電導線方向成角時，F(xiàn)=_。為B與I的夾角。ILB0ILBsin2.磁電式儀表(1)基本組成部分：磁鐵和放在磁鐵兩極之間的_。(2)工作原理：線圈如圖所示，當電流通過線圈時，線圈在磁場中受到_的作用而偏轉，電流越大，安培力就越大，線圈偏

3、轉角度也就越大，并且與電流大小成_。根據(jù)線圈的偏轉角度大小，就可以判斷通過的電流大小。當線圈中的_改變時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉方向也隨著改變，所以根據(jù)指針的偏轉方向即可判斷被測電流的方向。(3)優(yōu)、缺點：優(yōu)點是_度高，能測出很弱的電流；缺點是線圈的導線很細，允許通過的電流很弱。安培力正比電流方向靈敏【判一判】(1)安培力的方向一定與電流的方向垂直。( )(2)通電導體只要在磁場中就會受到安培力。( )(3)由于線圈偏轉角度與電流大小成正比，所以磁電式儀表的刻度盤的刻度是均勻的。( )提示：(1)根據(jù)左手定則可以判斷，安培力的方向一定與電流的方向垂直，故(1)正確。(2)當磁感應強度

4、方向與電流方向平行時，安培力為零，故(2)錯誤。(3)線圈偏轉角度與通過的電流大小成正比，所以磁電式儀表的刻度盤的刻度是均勻的，從刻度盤上就可以讀出被測電流大小，故(3)正確。 1.演示如圖所示實驗，觀察現(xiàn)象，回答以下問題：(1)上下交換磁極的位置以改變磁場的方向，觀察受力方向是否改變，說明什么問題？提示：改變磁場的方向，受力方向相反，說明安培力的方向與磁場的方向有關。(2)改變導線中電流的方向，觀察受力方向是否改變，說明了什么？提示：改變電流方向，受力方向相反，說明安培力的方向與電流方向有關。(3)你能否根據(jù)實驗現(xiàn)象畫出安培力、電流、磁感應強度三者方向的空間關系？提示：安培力方向與電流方向和

5、磁場方向都垂直，三者的空間關系如圖所示。(4)試根據(jù)安培力、電流、磁感應強度三者方向的空間關系，總結通電導線在磁場中所受安培力方向的判斷方法。提示：安培力、電流、磁感應強度三者方向的空間關系可以用左手定則判斷：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個平面內(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線在磁場中所受安培力的方向。2.安培力垂直于通電導線、磁場方向，那么電流方向也一定與磁場方向垂直嗎?提示：根據(jù)左手定則，通電導線在磁場中所受安培力一定垂直于導線、磁場的方向，但由于導線可以沿任何方向放入磁場，所以電流方向與磁場方向可以成任意角度?！菊`區(qū)警

6、示】對于安培力、電流方向和磁場方向的空間關系，學生常常誤認為三者兩兩垂直，教師要向學生明確安培力的方向一定與電流、磁場方向都垂直，但電流方向與磁場方向可以成任意角度。3.當通電導線與磁場不垂直時，如何判斷安培力方向?【思路分析】當通電導線和磁場不垂直時安培力方向的判斷是一難點，這里教師可以引導學生根據(jù)矢量的分解方法，將磁感應強度分解，從而把通電導線和磁場不垂直的情況分解成垂直和平行兩種情況，再利用安培定則判定通電導線的受力方向。提示：如圖所示，可將磁感應強度B垂直分解為兩個方向，一個是與通電導線垂直的B1，另一個是與通電導線平行的B2，與通電導線平行的磁場B2不會對通電導線產(chǎn)生安培力的作用，所

7、以用左手定則判斷與導線垂直的分磁場B1對導線的安培力方向，即為總磁場B對導線的安培力方向。【知識點撥】 1.安培力方向的判斷(1)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(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向。(2)已知I、B的方向，可唯一確定F的方向;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;已知F、I的方向時，磁感應強度B的方向不能唯一確定。(3)平行通電直導線間的安培力的方向：電流方向相同，兩導線相互吸引，電流方向相反,兩導線相互排斥。2.對比分析安培力方向和靜電力方向(1)通電導線在磁場中所受安培力的方向總是與磁場的方向

8、垂直；(2)電荷在電場中所受電場力的方向與電場的方向相同或相反。【探究歸納】1.安培力的方向用左手定則判斷。2.F安I，F(xiàn)安B，但B與I不一定垂直?！镜淅?】(2012濟南高二檢測)如圖所示的勻強磁場中,已經(jīng)標出了電流I和磁場B以及磁場對電流作用力F三者的方向,其中正確的是( )【思路點撥】解答本題要把握以下兩點：(1)把平面圖轉化為立體圖。(2)安培力的方向應用左手定則判斷?！窘馕觥窟xC。根據(jù)左手定則，A中受力方向應該向下，A錯誤；B中電流方向與磁場方向平行，不受力，B錯誤；C正確；D中受力方向應垂直紙面向外，D錯誤?！咀兪接柧殹?2012長春高二檢測)如圖所示，固定長直導線通以圖示方向的電

9、流，導線旁有一導線框，兩者共面，框中通以順時針方向的電流時，框的運動是( )A.繞軸順時針轉動B.離開長直導線向右平動C.靠近長直導線向左平動D.向上或向下平動【解析】選C。線框左邊電流方向與直導線的電流方向相同，二者相互吸引，線框左邊受力方向向左，線框右邊電流方向與直導線的電流方向相反，二者相互排斥，線框右邊受力方向向右，但對線框來說，左邊受的力比右邊受的力大，合力方向向左，所以線框要靠近長直導線向左平動，C正確。 安培力的大小及磁電式儀表1.探究安培力的大小從第2節(jié)的學習中我們已經(jīng)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，它受的安培力FBIL，這時導線受的安培力最大，試

10、討論下面兩種情況下安培力的大小。(1)當磁感應強度B的方向與導線方向平行時。提示：當磁感應強度B的方向與導線方向平行時，導線受的安培力最小，為零。(2)當磁感應強度B的方向與導線方向成角時。提示：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，BBsin,BBcos。其中B不產(chǎn)生安培力，導線受的安培力只由B產(chǎn)生，所以一般情況下的安培力的表達式為FBILsin, 為磁感應強度方向與導線方向的夾角。2.磁電式電流表中磁場分布有何特點呢?這樣分布的原因又是什么?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

11、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圈上，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(jīng)過位置的磁場強弱都相同，從而使表盤的刻度均勻。 【知識點撥】計算安培力應注意的兩個問題(1)公式中L為有效長度。若導線是彎曲的，此時公式中的L并不是導線的總長度，而應是彎曲導線的“有效長度”,它等于在磁場中連接導線兩端點直線的長度。相應的電流方向沿兩端點連線由始端流向末端。(2)安培力公式一般用于勻強磁場。在非勻強磁場中，若導體很短時也可以使用，此時B的大小和方向與導體所在處B的大小和方向相同;若在非勻強磁場中導體很長，可將導體分成若干小段，求出各段受的磁場力

12、，然后求它們的合力。 【探究歸納】 1.安培力公式F=BILsin。(1)當磁感應強度與導線方向垂直時，F(xiàn)=BIL，所受安培力最大。(2)當磁感應強度與導線方向平行時，所受安培力最小，為零。(3)安培力的大小與磁感應強度B、電流強度I、導線長度L以及電流和磁場方向的夾角四個因素有關。2.磁感應強度B是磁場本身屬性和安培力F、IL乘積無關。3.磁電式電流表的工作原理是電流在磁場中受安培力的作用?！镜淅?】(2012常熟高二檢測)如圖所示，兩平行金屬導軌間的距離L0.40 m，金屬導軌所在的平面與水平面夾角=37，在導軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應強度B0.50 T、方向豎直向上的勻強磁場。金屬導軌的

13、一端接有電動勢E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源?，F(xiàn)把一個質量m0.06 kg的導體棒ab放在金屬導軌上，導體棒恰好靜止。導體棒與金屬導軌垂直、且接觸良好，導體棒與金屬導軌接觸的兩點間的電阻R0=2.5 ，金屬導軌電阻不計，g取10 m/s2。已知sin37=0.60，cos370.80，求：(1)比較棒兩端a、b電勢高低，并求出兩端電勢差。(2)導體棒受到的安培力和摩擦力。(3)若斜面光滑，欲使導體棒靜止在斜面上，求所加勻強磁場的最小值及方向?！舅悸伏c撥】解答本題需要把握以下三點：(1)應用閉合電路歐姆定律求導體棒中電流，進而求電勢差。(2)由安培力公式F=BIL求安培力大小。(3)對

14、導體棒受力分析，根據(jù)平衡條件，列方程求摩擦力。【解析】(1)b端電勢高(或a端電勢低)導體棒、金屬導軌和直流電源構成閉合電路，根據(jù)閉合電路歐姆定律有： 代入數(shù)據(jù)有I=1.5 A，棒兩端的電勢差U=IR0=1.52.5 V=3.75 V(2)導體棒受到的安培力大小F安=BIL=0.501.50.40 N=0.3 N方向：水平向右對導體棒受力分析，導體棒沿斜面的方程：mgsin37=F安cos37+Ff代入數(shù)據(jù)得：Ff=0.12 N方向：沿斜面向上(3)對導體棒受力分析知，當安培力跟重力沿斜面的分力平衡時，安培力最小mgsin37=F安F安=BIL代入數(shù)據(jù)得磁感應強度的最小值B=0.6 T由左手定

15、則知：B的方向垂直斜面向上。答案：(1)b端電勢高 3.75 V(2)0.3 N 水平向右 0.12 N 沿斜面向上(3)0.6 T 垂直斜面向上【規(guī)律方法】與安培力相關的平衡問題的處理技巧正確解決安培力參與下的平衡問題，應掌握以下技巧:(1)正確理解有安培力參與的物體平衡問題。此平衡與前面所學的物體平衡一樣，也是利用物體的平衡條件求解，其中的安培力是眾多受力中的一個。(2)明確解決此類問題所需的相關知識。閉合電路歐姆定律;安培力公式F=BILsin和左手定則;物體平衡條件。(3)建立正確的解題思路。解決此類平衡問題與前面學習的共點力平衡的解題步驟相似，一般也是先進行受力分析，再根據(jù)共點力平衡

16、的條件列出平衡方程求解，其中重要的是正確判斷安培力的方向。 【變式訓練】如圖所示，一段導線abcd位于磁感應強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L，且abcbcd135。流經(jīng)導線的電流為I，方向如圖中箭頭所示。導線段abcd所受到的磁場的作用力的合力( )A方向沿紙面向上，大小為B方向沿紙面向上，大小為C方向沿紙面向下，大小為D方向沿紙面向下，大小為【解析】選A。ab段所受安培力大小為BIL，方向斜向上；bc段所受安培力大小為BIL，方向向上；cd段所受安培力大小也為BIL，方向斜向上，根據(jù)矢量的合成法則可知導線所受合力為FBIL2BIL

17、sin45 方向沿紙面向上，所以A正確?！緶剀疤崾尽堪才嗔κ且恍再|力，在對物體受力分析時要分析安培力，當物體受到安培力處于平衡狀態(tài)時，也滿足力的平衡條件?！镜淅咳鐖D所示，兩傾斜放置的光滑平行金屬導軌間距為L，電阻不計，導軌平面與水平方向的夾角為，導軌上端接入一內(nèi)阻可忽略的電源，電動勢為E。一粗細均勻的金屬棒電阻為R，金屬棒水平放在導軌上且與導軌接觸良好。欲使金屬棒靜止在導軌上不動，則以下說法正確的是( )考查內(nèi)容安培力作用下的平衡A可加豎直向下的勻強磁場，磁感應強度為B可加豎直向上的勻強磁場，磁感應強度為C所加勻強磁場磁感應強度的最小值為D如果在所加豎直向下磁場下處于靜止狀態(tài)的金屬棒的直徑變?yōu)樵瓉淼?倍，金屬棒將沿導軌向下滑動【思路點撥】解答本題要把握以下四點：(1)安培力方向的