《通電導線在磁場中受到的力》課件2

高中物理·選修3-1·人教版第三章磁場3.4通電導線在磁場中受到的力1知道安培力的概念，會用左手定則判定安培力的方向2理解并熟練應(yīng)用安培力的計算公式F＝ILBsinθ

3了解磁電式電流表的構(gòu)造及原理目標定位通電導線在磁場中受到的力一、安培力的方向1、磁場

2、磁場

電流

3、掌心

電流的方向

4、B和I

[想一想]：當通電導線與磁感線不垂直時，還可用左手定則判斷安培力的方向嗎？答：當電流方向跟磁感線方向不垂直時，安培力的方向仍垂直與電流和磁場決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心.二、安培力的大小1、ILB2、03、ILBsinθ

[想一想]：通電導線在磁場中一定受到磁場力嗎？若導線不受磁場力作用是否可以判定該處無磁場呢？答：當通電導線與磁場平行時不受磁場力，由此也可知，當導線不受磁場力作用時無法判定該處有無磁場.預(yù)習導學通電導線在磁場中受到的力三、磁電式電流表1、安培力

越大

偏轉(zhuǎn)的方向

2、磁鐵

3、半徑

平行

4、很弱

[想一想]：用磁電式電流表測量電流時，通電線圈的四條邊是否都受到安培力作用？答：與磁感線平行的兩個邊不受安培力作用預(yù)習導學通電導線在磁場中受到的力一、安培力的方向1．判斷安培力方向的方法：左手定則2．判定安培力的方向應(yīng)注意的問題(1)安培力的方向總是既與磁場方向垂直，又與電流方向垂直，也就是說安培力的方向總是垂直于磁場和電流所決定的平面．

(2)當電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直電流與磁場所決定的平面，所以仍用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心，而是斜穿過手心．特別提醒F⊥I，F(xiàn)⊥B，但B與I不一定垂直．課堂講義通電導線在磁場中受到的力【例1】

畫出圖中各磁場對通電導線的安培力的方向．解析FFFFFFFF課堂講義通電導線在磁場中受到的力二、安培力的大小對安培力F＝ILBsinθ的理解1．公式中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應(yīng)強度，不必考慮導線自身產(chǎn)生的磁場對外加磁場的影響2．公式中L指的是導線在磁場中的“有效長度”，彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如圖3-4-4所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端．3.公式中θ是B和I方向的夾角，當θ=90°時sinθ=1，公式變?yōu)镕＝ILB4.公式中Bsinθ可以理解為磁感應(yīng)強度B在垂直L方向的分量，Lsinθ也可以理解為L在垂直于磁場方向的“有效長度”．3-4-4課堂講義通電導線在磁場中受到的力【例2】長度為L、通有電流為I的直導線放入一勻強磁場中，電流方向與磁場方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強度為B，對于下列各圖中，導線所受安培力的大小計算正確的是(

)A.F=BILcosθB.F=BILcosθC.F=BILsinθD.F=BILsinθ課堂講義通電導線在磁場中受到的力解析

A圖中，導線不和磁場垂直，故將導線投影到垂直磁場方向上，B圖中，導線和磁場方向垂直C圖中導線和磁場方向垂直D圖中導線和磁場方向垂直F=BILFF=BILcosθ方向垂直紙面向外BFF=BILF=BILF√×××A根據(jù)左手定則可以確定安培力的方向可算出各段導線的有效長度合力大小為整段導線的等效長度所受的安培力課堂講義通電導線在磁場中受到的力A課堂講義通電導線在磁場中受到的力

不計摩擦力可知電流方向結(jié)合電流方向就可知安培力方向?qū)w棒受力的合力為零，處于平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)換研究對象，先求導軌對棒的支持力課堂講義通電導線在磁場中受到的力【例4】

如圖3-4-11所示，在與水平方向夾角為60°的光滑金屬導軌間有一電源，在相距1m的平行導軌上放一質(zhì)量為m＝0.3kg的金屬棒ab，通以從b→a，I＝3A的電流，磁場方向豎直向上，這時金屬棒恰好靜止．求：(1)勻強磁場磁感應(yīng)強度的大??；(2)ab棒對導軌壓力的大?。?g＝10m/s2)【例4】

如圖3-4-11所示，在與水平方向夾角為60°的光滑金屬導軌間有一電源，在相距1m的平行導軌上放一質(zhì)量為m＝0.3kg的金屬棒ab，通以從b→a，I＝3A的電流，磁場方向豎直向上，這時金屬棒恰好靜止．求：(1)勻強磁場磁感應(yīng)強度的大??；(2)ab棒對導軌壓力的大小．(g＝10m/s2)解析(1)ab棒靜止，受力情況如圖所示，沿斜面方向受力平衡，則mgsinθ＝BILcosθ.課堂講義通電導線在磁場中受到的力60°mgFNFB【例4】

如圖3-4-11所示，在與水平方向夾角為60°的光滑金屬導軌間有一電源，在相距1m的平行導軌上放一質(zhì)量為m＝0.3kg的金屬棒ab，通以從b→a，I＝3A的電流，磁場方向豎直向上，這時金屬棒恰好靜止．求：(1)勻強磁場磁感應(yīng)強度的大小；(2)ab棒對導軌壓力的大?。?g＝10m/s2)借題發(fā)揮有些同學在處理此類問題時常常感到比較困難，原因是空間觀念不強，對磁場方向、電流方向、安培力方向的關(guān)系分辨不清，這時可由立體圖畫出正視圖、側(cè)視圖或俯視圖，則三者之間的關(guān)系就一目了然了．例如本題畫出側(cè)視圖，不但磁感應(yīng)強度、電流、安培力三者方向關(guān)系確定了，安培力、重力、支持力的關(guān)系也清楚了．課堂講義通電導線在磁場中受到的力安培力的方向1.如圖6所示，其中A、B圖已知電流方向及其所受磁場力的方向，試判斷并在圖中標出磁場方向．C、D圖已知磁場方向及其對電流作用力的方向，試判斷電流方向并在圖中標出．解析：根據(jù)左手定則A圖磁場方向垂直紙面向外B圖磁場方向在紙面內(nèi)垂直F向下D圖電流方向垂直于紙面向里．C圖電流方向垂直于紙面向里．對點練習通電導線在磁場中受到的力安培力的大小2、如圖3-4-8所示在勻強磁場中有下列各種形狀的通電導線，電流為I，磁感應(yīng)強度為B，求各導線所受的安培力．答案A．ILBcosα

B．ILB

C.ILB

D．2BIR

E．0對點練習通電導線在磁場中受到的力安培力作用下的物體平衡BI1L＝mgsinαI＝mgsinα/BL.根據(jù)左手定則安培力方向沿斜面安培力F必沿斜面向上B垂直軌道面向上mgF安FN對點練習通電導線在磁場中受到的力3．如圖1所示，光滑導軌與水平面成α角，導軌寬L.有大小為B的勻強磁場，方向垂直導軌面，金屬桿長為L，質(zhì)量為m，水平放在導軌上．當回路中通過電流時，金屬桿正好能靜止．求：電流的大小為多大？磁感應(yīng)強度的方向如何？1知道安培力的概念，會用左手定則判定安培力的方向2理解并熟練應(yīng)用安培力的計算公式F＝ILBsinθ

3會用左手定則分析解決通電導體在磁場中的受力及平衡類問題目標定位安培力的綜合應(yīng)用1、安培

右手螺旋

2、磁極

3、(1)①BIL

②0

③ILBsinθ

(2)

左手

B和I

預(yù)習導學安培力的綜合應(yīng)用一、安培力作用下物體運動方向的判斷方法通電導體在磁場中的運動實質(zhì)是在磁場對電流的安培力作用下導體的運動．①.電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運用左手定則判斷出每小段電流元受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向②.特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從而確定運動方向．③.等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵．條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管．通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用④.利用結(jié)論法(1)兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；(2)兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且方向相同的趨勢.⑤.轉(zhuǎn)換研究對象法因為電流之間，電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律。定性分析磁體在電流磁場作用的受力和運動時，可先分析電流在磁體的磁場中受到的安培力，然后有牛頓第三定律，再確定磁體所受電流的作用力課堂講義安培力的綜合應(yīng)用【例1】如圖7所示，兩條導線相互垂直，但相隔一段距離．其中AB固定，CD能自由活動，當直線電流按圖示方向通入兩條導線時，導線CD將(從紙外向紙里看) (

)A．順時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導線ABB．逆時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導線ABC．順時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導線ABD．逆時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導線ABFF圖7FD課堂講義安培力的綜合應(yīng)用【例1】如圖7所示，兩條導線相互垂直，但相隔一段距離．其中AB固定，CD能自由活動，當直線電流按圖示方向通入兩條導線時，導線CD將(從紙外向紙里看) (

)A．順時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導線ABB．逆時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導線ABC．順時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導線ABD．逆時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導線AB借題發(fā)揮電流在非勻強磁場中受力運動的判斷：不管是電流還是磁體，對通電導線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的，因此必須要清楚導線所在位置的磁場分布情況，然后結(jié)合左手定則準確判斷導線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運動．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用D【例2】如圖8所示，把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面．當線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是 (

)A．線圈向左運動 B．線圈向右運動C．從上往下看順時針轉(zhuǎn)動 D．從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動解析解法一：電流元法根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運動．只有選項A正確．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用NSBFBFA【例2】如圖8所示，把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面．當線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是 (

)A．線圈向左運動 B．線圈向右運動C．從上往下看順時針轉(zhuǎn)動 D．從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動解析解法二：等效法將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖乙所示，根據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運動，選A.A課堂講義安培力的綜合應(yīng)用NSNS二、安培力作用下的導線的平衡1．解決安培力作用下的平衡與解一般物體平衡方法類似，只是多畫出一個安培力。一般解題步驟為：(1)明確研究對象；(

2)先把立體圖改畫成平面圖，并將題中的角度、電流的方向、磁場的方向標注在圖上(3)根據(jù)平衡條件：F合＝0列方程求解求解。2．分析求解安培力時注意的問題(1)首先畫出通電導線所在處的磁感線的方向，再根據(jù)左手定則判斷安培力方向；(2)安培力大小與導線放置的角度有關(guān)，但一般情況下只要求導線與磁場垂直的情況，其中L為導線垂直于磁場方向的長度為有效長度．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用圖1【例3】(2012·淮安高二檢測)如圖1所示，質(zhì)量m＝0.1kg的導體棒靜止于傾角為30°的斜面上，導體棒長度L＝0.5m．通入垂直紙面向里的電流，電流大小I＝2A，整個裝置處于磁感應(yīng)強度B＝0.5T，方向豎直向上的勻強磁場中．求：(取g＝10m/s2)(1)導體棒所受安培力的大小和方向；(2)導體棒所受靜摩擦力的大小和方向．(1)安培力F安=ILB=2×0.5×0.5＝0.5N，由左手定則可知安培力的方向水平向右．在x軸方向上有：mgsinθ＋Ff＝F安·cosθ，解得Ff＝－0.067N.負號說明靜摩擦力的方向與假設(shè)的方向相反，即沿斜面向上．F安mgFNFfy解析x(2)建立如圖坐標系，分解重力和安培力．在x軸方向上，設(shè)導體棒受的靜摩擦力大小為Ff，方向沿斜面向下．課堂講義安培力的綜合應(yīng)用三、安培力和牛頓第二定律的結(jié)合解決安培力作用下的力學綜合問題，同樣遵循力學的規(guī)律。做好全面受力分析是前提，無非就是多了一個安培力，其次要根據(jù)題設(shè)條件明確運動狀態(tài)，再恰當