【課件】通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力-（人教版選修3-1）

第三章

磁場(chǎng)3.4磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力一安培力二磁電式電流表三安培定則的應(yīng)用四安培力與動(dòng)力學(xué)綜合問題一、安培力

二、磁電式電流表磁電式電流表即為中學(xué)物理常用的測(cè)量閉合回路電流大小的儀器。當(dāng)電流通過線圈時(shí)，導(dǎo)線受到安培力的作用，線圈左右兩邊所受安培力的方向相反，安裝在軸上的線圈就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變。根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向。三、安培定律的應(yīng)用原因（電流方向）結(jié)構(gòu)（磁場(chǎng)方向）直線電流的磁場(chǎng)大拇指四指環(huán)形電流的磁場(chǎng)四指大拇指1.在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”2.磁場(chǎng)的疊加（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，計(jì)算時(shí)與力的計(jì)算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進(jìn)行合成與分解；（2）兩個(gè)電流附近的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是由兩個(gè)電流分別獨(dú)立存在時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加而成的。思維升華：解決磁場(chǎng)的疊加的思路和步驟（1）根據(jù)安培定則確定各導(dǎo)線在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向；（2）判斷各分磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小關(guān)系；（3）根據(jù)矢量合成法則確定合磁場(chǎng)的大小和方向。通電導(dǎo)體在安培力作用下常用的判斷方法四、安培力與動(dòng)力學(xué)綜合問題1.分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中平衡和加速問題的思路（1）確定要研究的導(dǎo)體；（2）按照已知力-重力-安培力-彈力-摩擦力的順序，對(duì)導(dǎo)體受力分析；（3）分析導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況；（4）根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列式求解。2.受力分析的注意事項(xiàng)（1）安培力的方向特點(diǎn)：F?B，F(xiàn)?I，即F垂直于B和I決定的平面；（2）安培力的大?。簯?yīng)用公式F=BILsinθ計(jì)算彎曲導(dǎo)致在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力的大小時(shí)，有效長(zhǎng)度L等于曲線兩端點(diǎn)的直線長(zhǎng)度；（3）視圖轉(zhuǎn)換：對(duì)于安培力作用下的力學(xué)問題，導(dǎo)體棒的受力往往分布在三維空間的不同方向上，這時(shí)應(yīng)利用俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等，變立體圖為二維平面圖。安培力做功的實(shí)質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)化。①.安培力做正功：將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線或轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。②.安培力做負(fù)功：將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后或儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。題點(diǎn)知識(shí)精講通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)1.轉(zhuǎn)動(dòng)情況線圈受到的力使它順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈由于慣性會(huì)越過平衡位置，線圈受到的力使它順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。①.平衡位置是指線圈平面與磁感線垂直的位置，此時(shí)線圈相對(duì)的兩邊電流方向相反，所受的力方向也相反，大小相等。②.上面的線圈會(huì)在平衡位置往返擺動(dòng)，最終停在平衡位置不再轉(zhuǎn)動(dòng)。③.應(yīng)用與實(shí)例a.直流電動(dòng)機(jī)(a)構(gòu)造：由換向器、線圈、蹄形磁鐵、電刷組成。(b)原理：直流電動(dòng)機(jī)是利用通電線圈在磁場(chǎng)里受力轉(zhuǎn)動(dòng)的原理制成的。(c)換向器的作用：每當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過平衡位置時(shí)，換向器自動(dòng)改變線圈中的電流方向。(d)能量轉(zhuǎn)化：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(e)改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的方法：A.改變通電線圈中的電流方向，即把電源的兩極對(duì)調(diào)。B.改變磁感線的方向，即把磁鐵的兩極對(duì)調(diào)。(f)改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：改變線圈中電流的大小。b.磁電式電流表(a)基本組成部分：磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈。(b)工作原理：磁場(chǎng)的方向總沿著經(jīng)線均勻輻射地分布，在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是相等的，保證B的大小不發(fā)生變化，且安培力的方向與線圈垂直。

A、B、C、根據(jù)安培定則判斷知：左側(cè)導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向里，在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向外，右側(cè)導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向里，在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向外，根據(jù)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，可知離直導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱，可知：a處磁感線比c處密，則a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的大．由磁場(chǎng)的疊加可知：a、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反．故A正確，BC錯(cuò)誤；D、由于左右側(cè)導(dǎo)線在b處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，大小相等，所以b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，故D正確．故選：AD．如圖所示，兩根平行放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線a和b載有方向相同的電流，i1大于i2，a受到的磁場(chǎng)力大小為F1，此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力大小為F2，則（）A．F1=F2，為吸引力 B．F1=F2，為排斥力 C．F1＞F2，為吸引力 D．F1＜F2，為排斥力解：兩導(dǎo)線分別在對(duì)方的磁場(chǎng)中受到磁場(chǎng)力的作用；二者為作用力和反作用力；故二力大小相等，兩電流通以同向電流，則二者相吸引，故a受力向右，b受力向左；故A正確；BCD錯(cuò)誤；故選：A．如圖所示，一個(gè)條形磁鐵放在水平放置的臺(tái)秤上，在它正中央的上方固定著一條垂直于紙面的水平導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，如果給導(dǎo)線通以垂直于紙面向外的電流，則（）A．臺(tái)秤的示數(shù)增大B．臺(tái)秤的示數(shù)減小C．臺(tái)秤的示數(shù)不變D．以上說法都不正確B試題分析：轉(zhuǎn)化研究對(duì)象法，對(duì)導(dǎo)線受理分析可知，導(dǎo)線會(huì)受到磁鐵對(duì)其向下的安培力，由牛頓第三定律可知，導(dǎo)線會(huì)對(duì)條形磁鐵豎直向上的反作用力，則臺(tái)秤壓力減小，示數(shù)減小，B正確。如圖所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L(zhǎng)，其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。垂直于導(dǎo)軌水平對(duì)稱放置一根均勻金屬棒。從t=0時(shí)刻起，棒上有如圖所示的持續(xù)交流電流I，周期為T，最大值為Im，圖1中I所示方向?yàn)殡娏髡较颉t金屬棒（）A.一直向右移動(dòng)B.速度隨時(shí)間周期性變化C.受到的安培力隨時(shí)間周期性變化D.受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功ABC試題分析:由圖知在0-T/2時(shí)間內(nèi)根據(jù)左手定則可判斷金屬棒受向右的安培力，且安培力的大小F=BIL保持不變，再根據(jù)牛頓第二定律F=BIL=ma，知金屬棒先向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，在T/2-T時(shí)間內(nèi)，電流變?yōu)榉捶较?，同理安培力方向向左，大小不變，故金屬棒向右做做勻減速運(yùn)動(dòng)，T時(shí)刻速度恰好減為零，然后重復(fù)運(yùn)動(dòng)，其v-t圖如圖所示:故A、B、C正確；受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)先做正功，后做負(fù)功，故D錯(cuò)誤。一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈上L2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通以如圖所示的電流時(shí)，從左向右看，則線圈Ｌ1將().A.不動(dòng)B.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D.向紙面內(nèi)平動(dòng)思路分析：方法一：利用結(jié)論法環(huán)形電流L1、L2之間不平行，則必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)是：從左向右看線圈L1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).方法二：等效分析法把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流L2的中心，通電后，小磁針的N極應(yīng)指向環(huán)形電流L2的磁場(chǎng)方向，由安培定則知L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心豎直向上，而L1等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動(dòng)前N極應(yīng)指向紙內(nèi)，因此應(yīng)由向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈Ｌ1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).方法三：直線電流元分