《磁場對通電導(dǎo)線的作用力》 教學(xué)課件2

1.磁場對通電導(dǎo)線的作用力內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.通過實驗,認(rèn)識安培力。(科學(xué)探究)2.能判斷安培力的方向,會計算安培力的大小。(科學(xué)思維)3.了解安培力在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。(科學(xué)思維)課前篇自主預(yù)習(xí)必備知識一、安培力的方向1.安培力通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力。2.影響因素安培力的方向與磁場方向、電流方向有關(guān)。3.左手定則用左手定則判斷安培力的方向:伸開左手,使拇指與其余四指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入,并使四指指向電流的方向,這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。想一想安培力的方向與電流和磁場決定的平面有什么關(guān)系?提示

垂直。二、安培力的大小如圖甲、乙所示,導(dǎo)線電流為I,長度為l,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。1.如圖甲,通電導(dǎo)線與磁場方向垂直,此時安培力F=IlB。2.如圖乙,通電導(dǎo)線與磁場方向平行,此時安培力F=0。想一想當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場不垂直時,通電導(dǎo)線受到的安培力F還等于IlB嗎?提示

不等于。

三、磁電式電流表1.寫出圖中磁電式電流表各部件的名稱①永磁鐵,②極靴,③軟鐵,④螺旋彈簧,⑤線圈,⑥指針。

2.原理:通電線圈受安培力轉(zhuǎn)動。3.特點兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,使線圈無論轉(zhuǎn)到什么位置,它的平面都與磁感線平行,線圈左右兩邊所在之處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都相等,從而使刻度盤刻度均勻。自我檢測1.判斷正誤,判斷結(jié)果為錯誤的小題請說明原因。(1)安培力的方向一定與電流方向垂直。(

)解析

根據(jù)左手定則可判定,安培力的方向一定與電流方向垂直。答案

√(2)通電導(dǎo)線只要放在磁場中就會受到安培力。(

)解析

當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電流方向平行時,安培力為零。答案

×(3)只有通電導(dǎo)線與磁場垂直時,導(dǎo)線才受到安培力的作用。(

)解析

通電導(dǎo)線與磁場平行時不受安培力,有夾角時受安培力,垂直時安培力最大。答案

×(4)兩根通電導(dǎo)線在同一勻強(qiáng)磁場中,若導(dǎo)線長度相同,電流大小相等,則所受安培力大小相等,方向相同。(

)解析

安培力的大小、方向與導(dǎo)線在磁場中的放置方向有關(guān)。答案

×(5)通以10A電流的直導(dǎo)線,長為0.1m,處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1T的勻強(qiáng)磁場中,所受安培力可能為0.02N。(

)解析

當(dāng)導(dǎo)線與磁場垂直放置時,所受安培力最大,為F=IlB=0.1

N;當(dāng)導(dǎo)線與磁場平行放置時,所受安培力最小,為0;即0≤F≤0.1

N,所以安培力可能為0.02

N。答案

√(6)將通電導(dǎo)線放入磁場中某處,若通電導(dǎo)線不受安培力,說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。(

)解析

若通電導(dǎo)線與磁場方向平行,通電導(dǎo)線不受安培力,但磁感應(yīng)強(qiáng)度不為0。答案

×2.如圖是探究影響通電導(dǎo)體在磁場中受力的因素的實驗示意圖。三塊相同蹄形磁鐵并列放置在水平桌面上,導(dǎo)體棒用圖中輕而柔軟的細(xì)導(dǎo)線1、2、3、4懸掛起來,它們之中的任意兩根與導(dǎo)體棒和電源構(gòu)成回路。認(rèn)為導(dǎo)體棒所在位置附近為勻強(qiáng)磁場,最初導(dǎo)線1、4接在直流電源上(電源沒有在圖中畫出)。關(guān)于接通電源時可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象,下列敘述正確的是(

)A.改變電流方向同時改變磁場方向,導(dǎo)體棒擺動方向?qū)淖傿.僅改變電流方向或者僅改變磁場方向,導(dǎo)體棒擺動方向一定改變C.增大電流的同時改變接入細(xì)導(dǎo)線之間導(dǎo)體棒的長度,接通電源時,導(dǎo)體棒擺動幅度一定增大D.僅拿掉中間的磁鐵,導(dǎo)體棒擺動幅度不變解析

由F=IlB和左手定則可知,僅改變電流方向或者僅改變磁場方向,F的方向一定改變,即導(dǎo)體棒擺動方向一定改變,而兩者同時改變時,F方向不變,則導(dǎo)體棒擺動方向不變,故B正確,A錯誤;當(dāng)I增大,但l減小時,F大小不一定改變,C錯誤;僅拿掉中間的磁鐵,意味著導(dǎo)體棒受力長度減小,則F減小,則導(dǎo)體棒擺動幅度一定改變,D錯誤。答案

B課堂篇探究學(xué)習(xí)探究一安培力的方向情境探究如圖所示的實驗裝置,通電導(dǎo)線懸掛放置在蹄形磁鐵之間,改變磁極方向或電流方向,觀察導(dǎo)線擺動的方向,思考并探究下面的問題:(1)僅上下交換磁極的位置以改變磁場方向,導(dǎo)線受力的方向是否改變?(2)僅改變導(dǎo)線中電流的方向,導(dǎo)線受力的方向是否改變?(3)仔細(xì)分析實驗結(jié)果,說明安培力的方向與磁場方向、電流方向有怎樣的關(guān)系。要點提示

(1)受力的方向改變;(2)受力的方向改變;(3)安培力的方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系滿足左手定則。如圖所示。知識歸納1.安培力方向的特點:不管電流方向與磁場方向是否垂直,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,即總有F⊥I和F⊥B。2.電流I、磁場B和安培力F三個方向的關(guān)系:(1)已知I、B的方向,可唯一確定F的方向;(2)已知F、B的方向,且導(dǎo)線的位置確定時,可唯一確定I的方向;(3)已知F、I的方向時,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能唯一確定。3.安培力方向的判斷: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。當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時,安培力的方向仍垂直于電流與磁場所決定的平面,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。先面后線

實例引導(dǎo)例1(多選)如圖所示,F是磁場對通電直導(dǎo)線的作用力,其中正確的示意圖是(

)解析

由左手定則可判斷,選項B中安培力的方向向左,選項C中安培力的方向向下,選項A、D中安培力的方向如題圖所示,選項A、D是正確的。答案

AD規(guī)律方法

左手定則應(yīng)用的兩個要點(1)安培力的方向既垂直于電流的方向,又垂直于磁場的方向,所以應(yīng)用左手定則時,必須使大拇指指向與四指指向和磁場方向均垂直。(2)由于電流方向和磁場方向不一定垂直,所以磁場方向可能與四指方向成某一夾角,此時要對磁場方向進(jìn)行分解。但四指一定要指向電流方向。變式訓(xùn)練

1將長度為l、通有電流為I的導(dǎo)線放入一個勻強(qiáng)磁場中,電流方向與磁場方向如圖所示,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,下列各圖中,導(dǎo)線所受安培力的方向如何?解析

A圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向為垂直紙面向外;B圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向為垂直于導(dǎo)線斜向左上方;C圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向為垂直于導(dǎo)線斜向左上方;D圖中,由左手定則可判斷出導(dǎo)線所受安培力的方向為水平向右。答案

垂直紙面向外;垂直于導(dǎo)線斜向左上方;垂直于導(dǎo)線斜向左上方;水平向右。探究二安培力的大小情境探究從前面的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道,垂直于磁場B放置長為l的一段導(dǎo)線,當(dāng)通過的電流為I時,它受到的安培力F=IlB,這時導(dǎo)線受到的安培力最大,導(dǎo)線與磁場平行時所受的安培力為0,試討論下面兩種情況下安培力的大小。(1)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流方向成θ角時。(2)導(dǎo)線ABC為垂直折線,其中電流為I,AB=BC=l,導(dǎo)線所在的平面與勻強(qiáng)磁場垂直。要點提示

(1)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流方向成θ角時,可以把它分解成與導(dǎo)線垂直的分量B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥,B⊥=Bsin

θ,B∥=Bcos

θ。其中B∥不產(chǎn)生安培力,導(dǎo)線受到的安培力只由B⊥產(chǎn)生,所以一般情況下的安培力的表達(dá)式為F=IlBsin

θ,θ為磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與電流方向的夾角。(2)AB段所受的安培力大小FAB=IlB,方向向右,BC段所受的安培力大小FBC=IlB,方向向上,所以該導(dǎo)線所受安培力為這兩個力的合力,如圖所示,F=IlB,方向沿∠ABC的角平分線斜向上。知識歸納F=IlBsin

θ的理解與應(yīng)用1.公式F=IlBsinθ中B對放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場對外加磁場的影響。2.公式F=IlBsinθ中l(wèi)指的是導(dǎo)線在磁場中的“有效長度”,彎曲導(dǎo)線的有效長度l,等于連接兩端點線段的長度(如圖所示);相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。3.公式F=IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角,當(dāng)θ=90°時sinθ=1,公式變?yōu)镕=IlB。4.F=IlBsinθ的適用條件:導(dǎo)線所處的磁場應(yīng)為勻強(qiáng)磁場;在非勻強(qiáng)磁場中,公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。要點筆記

電荷在電場中一定會受到靜電力作用,但是通電導(dǎo)線在磁場中不一定受安培力作用。當(dāng)電流方向與磁場方向平行時,通電導(dǎo)線不受安培力作用。實例引導(dǎo)例2

由導(dǎo)線組成的直角三角形框架靜止放在勻強(qiáng)磁場中(如圖所示),若導(dǎo)線框中通以圖示方向的電流時,導(dǎo)線框?qū)?

)A.沿與ab邊垂直的方向加速運動B.仍然靜止C.以c為軸轉(zhuǎn)動D.以b為軸轉(zhuǎn)動解析

ab和bc兩段電流可等效為長度等于ac,方向由a到c的一段電流,由左手定則以及安培力公式可知ab和bc兩段電流所受安培力的合力和ac受到的安培力方向相反、大小相等,線框整體合力為0,仍然靜止,故選B。答案

B變式訓(xùn)練

2如圖所示,AC是一個用長為L的導(dǎo)線彎成的、以O(shè)為圓心的四分之一圓弧,將其放置在與平面AOC垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)在該導(dǎo)線中通以由C到A、大小為I的恒定電流時,該導(dǎo)線受到的安培力的大小和方向是(

)A.BIL,平行于OC向左答案

C探究三磁電式電流表情境探究磁電式電流表中磁場分布如圖所示,結(jié)合安培力大小的決定因素,思考磁場這樣分布的原因是什么。要點提示

磁電式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夾角都是零度,該磁場并非勻強(qiáng)磁場,但在以鐵芯為中心的圓周上,各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是相等的。這樣的磁場,可使線圈轉(zhuǎn)動時,它的兩個邊所經(jīng)過位置的磁場強(qiáng)弱都相同,使線圈轉(zhuǎn)過的角度與電流成正比,從而使得表盤的刻度均勻。知識歸納磁電式電流表的三要點1.工作原理通電線圈在磁場中受到安培力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大,被測電流就越大;線圈偏轉(zhuǎn)的方向不同,被測電流的方向不同。2.磁場特點兩磁極間裝有極靴,極靴中間有鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,保持線圈轉(zhuǎn)動時,所受安培力的方向總與線圈平面垂直,使表盤刻度均勻。3.靈敏度(1)電流表的靈敏度:是指在通入相同電流的情況下,指針偏轉(zhuǎn)角度的大小,偏角越大,靈敏度越高。(2)提高靈敏度的方法:如果要提高磁電式電流表的靈敏度,就要使在相同電流下導(dǎo)線所受的安培力增大,可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實現(xiàn)。實例引導(dǎo)例3(多選)以下關(guān)于磁電式電流表的說法正確的是(

)A.線圈平面跟磁感線平行B.通電線圈中的電流越大,指針偏轉(zhuǎn)角度也越大C.在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),各處的磁場都是勻強(qiáng)磁場D.在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),線圈所受安培力與電流有關(guān),而與所處位置無關(guān)解析

磁電式電流表內(nèi)磁場是均勻輻射磁場,不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度,它的平面都跟磁感線平行,線圈所在各處的磁場大小相等、方向不同,所以安培力與電流大小有關(guān)而與所處位置無關(guān),電流越大,安培力越大,指針轉(zhuǎn)過的角度越大,正確的選項為A、B、D。答案

ABD變式訓(xùn)練

3圖甲是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)示意圖,蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布,如圖乙所示,邊長為l的正方形線圈中通以電流I,線圈中的a導(dǎo)線電流方向垂直紙面向外,b導(dǎo)線電流方向垂直紙面向里,a、b兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,則(

)A.該磁場是勻強(qiáng)磁場B.該線圈的磁通量為Bl2C.a導(dǎo)線受到的安培力方向向下D.b導(dǎo)線受到的安培力大小為IlB解析

該磁場明顯不是勻強(qiáng)磁場,勻強(qiáng)磁場應(yīng)該是一系列平行的磁感線,方向相同,故A錯誤;線圈與磁感線平行,故磁通量為零,故B錯誤;a導(dǎo)線電流向外,磁場向右,根據(jù)左手定則,安培力向上,故C錯誤;導(dǎo)線b始終與磁感線垂直,故受到的安培力大小一直為IlB,故D正確。答案

D隨堂檢測1.畫出下列各圖中磁場對通電導(dǎo)線的安培力的方向。

解析

無論B、I是否垂直,安培力總是垂直于B與I決定的平面,且滿足左手定則。答案

如圖所示

2.如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有下列各種形狀的通電導(dǎo)線,電流為I,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求各導(dǎo)線所受的安培力的大小。答案

A.IlBcosα

B.IlB

C.2IRB

D.03.如圖所示的天平可用來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的右臂下面掛一個矩形線圈,寬為l,共N匝,線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于紙面。當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖所示),在天平兩邊加上質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼時,天平平衡;當(dāng)電流反向(大小不變)時,右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后,天平又重新平衡。由此可知(

)解析

因為電流反向時,右邊再加砝碼才能重新平衡,所以電流反向時安培力豎直向上,由左手定