1.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性(1)2

1.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力第一章

安培力與洛倫茲力問題：為什么“心”會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)？其中會(huì)有怎么樣的規(guī)律呢？磁場(chǎng)強(qiáng)弱如何描述？在必修課中，我們已經(jīng)知道了磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線有作用力，并從這個(gè)現(xiàn)象入手定義了物理量——磁感應(yīng)強(qiáng)度B。安培在研究磁場(chǎng)與電流的相互作用方面作出了杰出的貢獻(xiàn)，為了紀(jì)念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力稱為安培力（Ampèreforce），把電流的單位定為安培。安培力是矢量，既有大小又有方向，其方向和大小有什么規(guī)律？一、安培力的方向探究：探究安培力的方向與哪些因素有關(guān)問題一：通電后，發(fā)生什么方向問題二：交換磁極位置，改變磁場(chǎng)方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變?問題三：改變導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？實(shí)驗(yàn)結(jié)果：說明安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向有關(guān)。一、安培力的方向我們把安培力的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向、電流

I

的方向畫出來，如圖，我們來分析三者的方向有什么關(guān)系？安培力的方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向、電流的方向垂直。問題四：安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向有怎樣的關(guān)系？一、安培力的方向左手定則：

伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。一、安培力的方向思考1：如果電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直（電流與磁場(chǎng)方向夾角為θ），那么安培力方向與什么有關(guān)系呢？答：安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面，即總有F⊥I和F⊥B,即F垂直于B、I決定的平面。BFB⊥B∥Iθ一、安培力的方向思考2：已知F、I的方向時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向唯一確定嗎？答：不確定。如上圖，θ角可以是不確定的。F垂直于B、I決定的平面，但B與I不一定垂直。一、安培力的方向FBIBIFααBBIFα30°FFIIBB畫出安培力的方向IBF一、安培力的方向

安培定則(右手螺旋定則)左手定則

用

途判斷電流的磁場(chǎng)方向判斷電流在磁場(chǎng)中的受力方向

適用對(duì)象直線電流環(huán)形電流或通電螺線管電流在磁場(chǎng)中

應(yīng)用方法拇指指向電流的方向

四指彎曲的方向表示電流的環(huán)繞方向

磁感線穿過手掌心，四指指向電流的方向

結(jié)

果

四指彎曲的方向表示磁感線的方向

拇指指向軸線上磁感線的方向

拇指指向電流受到的磁場(chǎng)力的方向安培定則、左手定則的比較：例題1：在如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，已經(jīng)標(biāo)出了電流I和磁場(chǎng)B以及磁場(chǎng)對(duì)電流作用力F三者的方向，其中錯(cuò)誤的是(

)A

B

C

D解析：根據(jù)左手定則可知A、B、D正確；C圖中電流和磁場(chǎng)方向平行，不受安培力，故C錯(cuò)誤。答案：CC反向電流相互排斥同向電流相互吸引同向電流反向電流二、安培力的大小在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直和平行的情況下，導(dǎo)線上的電流為I，導(dǎo)線所受安培力F應(yīng)怎樣求？F＝ILB（1）當(dāng)B⊥I時(shí)（2）當(dāng)B∥I時(shí)F＝0（3）當(dāng)B和I夾角為θ時(shí)F＝?二、安培力的大?。?）當(dāng)導(dǎo)線（電流I）與磁場(chǎng)B方向夾θ角時(shí):F=B2IL＝BILsinθ(θ為B與I的正向夾角)B1B2B法一：分解磁感應(yīng)強(qiáng)度B思路：變不垂直成垂直法二.投影導(dǎo)線L1F=BIL1＝BILsinθ(θ為B與I的正向夾角)注意：應(yīng)用F＝IlBsinθ求安培力大小時(shí)不能死記公式，應(yīng)正確理解公式中各物理量的實(shí)質(zhì)，可將Bsinθ理解為有效磁感應(yīng)強(qiáng)度或?qū)sinθ理解為有效長(zhǎng)度，θ為磁場(chǎng)方向與直導(dǎo)線中電流方向之間的夾角。二、安培力的大?。?）對(duì)安培力大小計(jì)算公式的深刻理解①公式F＝ILB中L指的是“有效長(zhǎng)度”．

當(dāng)B與I垂直時(shí)，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝ILB；當(dāng)B與I平行時(shí)，F(xiàn)＝0.②彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直接的長(zhǎng)度(如圖所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端向末端．例題2：如圖所示,長(zhǎng)為2l的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等、夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)在該導(dǎo)線中通以大小為I的電流時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(

)A.0 B.0.5BIlC.BIl

D.2BIlC例題3：如圖所示，兩光滑的平行金屬軌道與水平面成θ角，兩軌道間距為L(zhǎng)，一金屬棒垂直兩軌道水平放置。金屬棒質(zhì)量為m，電阻為R，軌道上端的電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r。為使金屬棒能靜止在軌道上，可加一方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)是多大？解析：導(dǎo)體棒受力分析如圖所示，三、安培力的實(shí)際應(yīng)用磁電式電流表現(xiàn)在，你可以解釋為什么電流表通電后其指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)了嗎？磁電式電流表的結(jié)構(gòu)線圈在磁場(chǎng)中受受到安培力使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)三、安培力的實(shí)際應(yīng)用再次仔細(xì)觀察磁電式電流表結(jié)構(gòu)，思考電流表的指針為什么最終能穩(wěn)定的指向某一刻度，且偏轉(zhuǎn)角度大小能反映電流大??？磁電式電流表的結(jié)構(gòu)線圈通電時(shí)，安培力使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)變形產(chǎn)生彈力阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)安培力與彈力平衡，指針停止轉(zhuǎn)動(dòng)電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的角度也越大觀察表盤發(fā)現(xiàn)，電流表表盤刻度是均勻的，這說明了指針偏轉(zhuǎn)角度與電流成正比，如何才能實(shí)現(xiàn)這一要求？磁電式電流表三、安培力的實(shí)際應(yīng)用磁電式電流表電流表表盤的刻度是均勻的，即指針偏轉(zhuǎn)角度與電流大小成正比，你知道這是如何實(shí)現(xiàn)的嗎？極靴和鐵質(zhì)圓柱使磁場(chǎng)沿半徑方向，旋轉(zhuǎn)的線圈在磁場(chǎng)中受到的安培力有什么特點(diǎn)？線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的軌跡圓上B大小處處相等，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)B與I始終互相垂直。F=ILBθ

∝I，表盤的刻度均勻三、安培力的實(shí)際應(yīng)用電動(dòng)機(jī)三、安培力的實(shí)際應(yīng)用揚(yáng)聲器三、安培力的實(shí)際應(yīng)用電磁炮1.(安培力的方向)下列各圖中分別標(biāo)出了一根放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的通電直導(dǎo)線的電流I、磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和通電直導(dǎo)線所受安培力F的方向,其中正確的是(

)解析:A圖中電流與磁場(chǎng)方向平行,不受安培力作用,故A錯(cuò)誤;B圖中安培力的方向應(yīng)垂直于導(dǎo)線向下,故B錯(cuò)誤;C圖中安培力的方向垂直于導(dǎo)線向上,故C正確;D圖中電流方向與磁場(chǎng)方向平行,不受安培力作用,故D錯(cuò)誤。C2.(安培力的大小)如圖所示,一根導(dǎo)線位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,其中l(wèi)AB=lBC=lCD=lDE=l,且∠C=120°,∠B=∠D=150°?，F(xiàn)給這根導(dǎo)線通入由A至E的恒定電流I,則導(dǎo)線受到磁場(chǎng)作用的合力大小為(

)CD解析：選D。該磁場(chǎng)是輻向均勻分布的，不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，A錯(cuò)誤；線圈平面總與磁場(chǎng)方向平行，B錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則可知，線圈a導(dǎo)線受到向上的安培力，b導(dǎo)線受到向下的安培力，線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；a、b導(dǎo)線始終與磁場(chǎng)垂直，受到的安培力大小總為BIl，D正確。4.如圖所示，由均勻的電阻絲組成的等邊三角形導(dǎo)體框，垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)放置。將M、N兩點(diǎn)接入電壓恒定的電源兩端，通電時(shí)，線框受到的安培力為1.2N。若將MON邊移走，則余下線框受到的安培力大小為()A．0.6N B．0.8NC．1.2N D．1.6NB5.(安培力有關(guān)的力學(xué)問題）

(2020山西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)質(zhì)量為m=0.02kg的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ=37°的平行放置的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度d=0.2m,桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下,如圖所示?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,為使桿ab靜止不動(dòng),則通過桿ab的電流范圍為多少?g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。據(jù)甲圖列式如下:F1-mgsinθ-Ff1=0，F(xiàn)N-mgcosθ=0，F(xiàn)f1=μFN,F1=BImaxd解上述方程得Imax=0.46A5.(安培力有關(guān)的力學(xué)問題）

(2020山西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)質(zhì)量為m=0.02kg的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ=37°的平行放置的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度d=0.2m,桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.4,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下,如圖所示?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,為使桿