物理人教版（浙江版）選修3-1課件第三章磁場(chǎng)4

第三章

磁場(chǎng)4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力知識(shí)內(nèi)容通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力考試要求必考加試cd課時(shí)要求1.知道安培力的概念，會(huì)用左手定則判定安培力的方向.2.知道安培力公式F＝ILB的適用條件，并會(huì)用公式解決簡(jiǎn)單問(wèn)題.3.會(huì)用矢量分解方法推導(dǎo)導(dǎo)線與磁場(chǎng)不垂直時(shí)的安培力公式.4.了解磁電式電流表的工作原理.內(nèi)容索引知識(shí)探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)知識(shí)探究1一、安培力的方向?qū)W(xué)探究按照如圖1所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．(1)上下交換磁極的位置以改變磁場(chǎng)方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？受力的方向改變；答案圖1(2)改變導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合課本說(shuō)明安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向有怎樣的關(guān)系？受力的方向改變；安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的關(guān)系滿足左手定則．答案知識(shí)梳理1.安培力：通電導(dǎo)線在

中受的力.2.決定安培力方向的因素(1)

方向；(2)

方向.3.左手定則：如圖2所示，伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)：讓磁感線從_______進(jìn)入，并使四指指向

，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.4.安培力的特點(diǎn)：F⊥I，F(xiàn)⊥B，即F垂直于B和I決定的平面.磁場(chǎng)磁場(chǎng)圖2電流掌心電流的方向即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)通電導(dǎo)線所受安培力的方向與磁場(chǎng)的方向垂直.(

)(2)通電導(dǎo)線所受安培力的方向與直線電流的方向垂直.(

)(3)應(yīng)用左手定則時(shí)，四指指向電流方向，拇指指向安培力方向.(

)(4)若電流和磁場(chǎng)方向都變?yōu)榕c原來(lái)反向，則安培力的方向也變?yōu)榕c原來(lái)反向.()√√√×二、安培力的大小導(dǎo)學(xué)探究(1)在圖1所示的實(shí)驗(yàn)中，探究安培力的大小與磁場(chǎng)強(qiáng)弱、電流大小、導(dǎo)線長(zhǎng)度的關(guān)系.①在B、L一定時(shí)，增大電流I，導(dǎo)線受力怎么變化？答案安培力變大②實(shí)驗(yàn)中如何改變導(dǎo)線長(zhǎng)度L？在B、I一定時(shí)，增大導(dǎo)線的長(zhǎng)度L，導(dǎo)線受力怎么變化？答案分別將不同的接點(diǎn)連入電路安培力變大(2)長(zhǎng)為l的一段導(dǎo)線放在磁場(chǎng)B中，通以電流I，當(dāng)導(dǎo)線按以下兩種方式放置時(shí)，所受磁場(chǎng)的作用力分別是多大？①導(dǎo)線和磁場(chǎng)垂直放置；②導(dǎo)線和磁場(chǎng)平行放置.答案F＝IlB答案F＝0(3)當(dāng)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角為θ時(shí)，如何計(jì)算安培力的大??？答案將磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿導(dǎo)線方向和垂直導(dǎo)線方向進(jìn)行分解，分別計(jì)算兩分磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線的作用力.同一通電導(dǎo)線，按不同方式放在同一磁場(chǎng)中，受力情況不同.(1)如圖3甲，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直，此時(shí)安培力最大，F(xiàn)＝

.(2)如圖乙，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行，此時(shí)安培力最小，F(xiàn)＝

.知識(shí)梳理IlB0圖3(3)如圖丙，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向成θ角.可以把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為與導(dǎo)線垂直的分量B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥，如圖丁所示.則有B⊥＝Bsinθ，B∥＝Bcosθ，其中B∥不產(chǎn)生安培力，導(dǎo)線受的安培力只是B⊥產(chǎn)生的，因此又得到F＝

，這是一般情況下安培力的表達(dá)式.IlBsinθ即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中不一定受安培力.()(2)一通電導(dǎo)線放在磁場(chǎng)中某處不受安培力，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定是零.(

)(3)若磁場(chǎng)一定，導(dǎo)線的長(zhǎng)度和電流也一定的情況下，導(dǎo)線平行于磁場(chǎng)時(shí)，安培力最大，垂直于磁場(chǎng)時(shí)，安培力最小.(

)√××三、磁電式電流表的構(gòu)造和原理知識(shí)梳理1.原理：通電線圈在磁場(chǎng)中受到

而偏轉(zhuǎn).線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就

.根據(jù)線圈

，可以知道被測(cè)電流的方向.2.構(gòu)造：

、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴.3.特點(diǎn)：極靴與圓柱間的磁場(chǎng)沿

方向，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安培力的大小不受磁場(chǎng)影響，電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直.線圈平面與磁場(chǎng)方向

，如圖4所示.安培力偏轉(zhuǎn)的方向越大圖4半徑平行磁鐵4.優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，可以測(cè)出

的電流.缺點(diǎn)：線圈導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱.很弱判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)指針?lè)€(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的.(

)(2)通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大.(

)(3)在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng).(

)(4)在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)關(guān).(

)即學(xué)即用√√×√2題型探究一、安培力的方向1.安培力的方向總是既與磁場(chǎng)方向垂直，又與電流方向垂直，也就是說(shuō)安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)和電流所決定的平面.2.當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直電流與磁場(chǎng)所決定的平面，所以仍用左手定則來(lái)判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過(guò)手心，而是斜穿過(guò)手心.例1

畫出圖5中各磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力的方向.圖5答案解析無(wú)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.如圖所示二、安培力的大小1.公式F＝ILBsinθ中B對(duì)放入的通電導(dǎo)線來(lái)說(shuō)是外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)外加磁場(chǎng)的影響.2.公式F＝ILBsinθ中L指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的“有效長(zhǎng)度”，

彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度(如圖6所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端.圖63.公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夾角，當(dāng)θ＝90°時(shí)sinθ＝1，公式變?yōu)镕＝ILB.例2長(zhǎng)度為L(zhǎng)、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流方向與磁場(chǎng)方向分別如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，對(duì)于下列各圖中，導(dǎo)線所受安培力的大小計(jì)算正確的是答案解析√A圖中，導(dǎo)線不和磁場(chǎng)垂直，將導(dǎo)線投影到垂直磁場(chǎng)方向上，故F＝BILcosθ，A正確；B圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIL，B錯(cuò)誤；C圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIL，C錯(cuò)誤；D圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIL，D錯(cuò)誤.例3

(2016·浙江舟山中學(xué)期中)如圖7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)線中通以電流強(qiáng)度為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 BIlC.BIl

D.2BIl答案解析√圖7V形通電導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度為圖中虛線部分，所以F＝BIl，故選C.三、安培力的實(shí)際應(yīng)用例4如圖8所示的天平可用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度.天平的右臂下面掛一個(gè)矩形線圈，寬為L(zhǎng)，共N匝，線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于紙面.當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖所示)時(shí)，在天平兩邊加上質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼時(shí)，天平平衡；當(dāng)電流反向(大小不變)時(shí)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平又重新平衡.由此可知圖8答案解析√因?yàn)殡娏鞣聪驎r(shí)，右邊再加砝碼才能重新平衡，所以此時(shí)安培力豎直向上，由左手定則判斷磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里.電流反向前，有m1g＝m2g＋m3g＋NBIL，其中m3為線圈質(zhì)量.電流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL.兩式聯(lián)立可得B＝

.故選B.技巧點(diǎn)撥天平兩臂平衡時(shí)，對(duì)左、右兩盤向下的壓力(等于重物或砝碼的重力)和拉力的合力相等.針對(duì)訓(xùn)練如圖9所示，一根有質(zhì)量的金屬棒MN，兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸于a、b兩點(diǎn)，棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通有電流，方向從M流向N，此時(shí)懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以A.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.使磁場(chǎng)反向C.適當(dāng)增大電流

D.使電流反向答案解析√首先對(duì)MN進(jìn)行受力分析：受豎直向下的重力G、受兩根軟導(dǎo)線的豎直向上的拉力和安培力.處于平衡時(shí)：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不變，欲使拉力F減小到0，應(yīng)增大安培力BIL，所以可增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或增加通過(guò)金屬棒中的電流I，或二者同時(shí)增大.圖9達(dá)標(biāo)檢測(cè)31.把一小段通電直導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中，導(dǎo)線受到安培力的作用，關(guān)于安培力的方向，下列說(shuō)法中正確的是A.安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同B.安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，但不一定跟電流方向垂直C.安培力的方向一定跟電流方向垂直，但不一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直D.安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，又跟電流方向垂直√答案解析安培力的方向既垂直于磁場(chǎng)方向，又垂直于電流的方向，即垂直于磁場(chǎng)與電流所決定的平面，但電流方向與磁場(chǎng)方向不一定垂直.12342.下面的四個(gè)圖顯示了磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力，其中正確的是答案√12343.如圖10是“探究影響通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力因素”的實(shí)驗(yàn)示意圖.三塊相同馬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(lái)，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(chǎng)，最初導(dǎo)線1、4接在直流電源上，電源沒(méi)有在圖中畫出.關(guān)于接通電源時(shí)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，下列敘述正確的是圖101234A.改變電流方向同時(shí)改變磁場(chǎng)方向，導(dǎo)體棒擺動(dòng)方向?qū)?huì)改變B.僅改變電流方向或者僅改變磁場(chǎng)方向，導(dǎo)體棒擺動(dòng)方向一定改變C.增大電流同時(shí)改變接入導(dǎo)體棒上的細(xì)導(dǎo)線長(zhǎng)度，接通電源時(shí)，導(dǎo)體棒

擺動(dòng)幅度一定增大D.僅拿掉中間的磁鐵，導(dǎo)體棒擺動(dòng)幅度不變√答案解析1234由F＝BIL和左手定則可知，僅改變電流方向或者僅改變磁場(chǎng)方向，F(xiàn)的方向一定改變，即導(dǎo)體棒擺動(dòng)方向一定改變，而兩者同時(shí)改變時(shí)，F(xiàn)方向不變，則導(dǎo)體棒擺動(dòng)方向不變，故B正確，A錯(cuò)誤；當(dāng)I增大，但L減小時(shí)，F(xiàn)大小不一定增大，C錯(cuò)誤；僅拿掉中間的磁鐵，意味著導(dǎo)體棒受力長(zhǎng)度減小，F(xiàn)應(yīng)減小，則導(dǎo)體棒擺動(dòng)幅度一定改變，D錯(cuò)誤.12344.如圖11，兩根絕緣細(xì)線吊著一根銅棒，空間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，棒中通有向右的電流時(shí)兩線上拉力大小均為F1，若棒中電流大小不變方向相反，兩線上的拉力大小均為F2，且F2＞F1，則銅棒所受安培力大小為A.F1＋