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1、第 三 章 磁場4通電導線在磁場中受到的力 掌握用左手定則確定安培力的方向掌握安培力的計算公式及求解方法了解磁電式電表的結構和工作原理 根據磁場對電流會產生作用力的原理，人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置電磁炮。電磁炮的炮彈動力摒棄傳統(tǒng)的火藥，采用電磁力。它由兩條平行的長直導軌組成，導軌間放置一質量較小的滑塊作為彈丸，當兩軌接入電源時，強大的電流從一導軌流入，經滑塊從另一導軌流回時，在兩導軌平面間產生強磁場，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會以很大的速度射出，彈丸體積雖小，但由于初速度特別大，所以具有很大的動能，足以穿透厚鋼板。通電導體在磁場中受力與哪些因素有關呢？ 1 知 識 自 主 梳
2、理2 重 點 難 點 突 破3 考 點 題 型 設 計4 易 錯 案 例 剖 析5 課 堂 知 識 結 構6 隨 堂 鞏 固 提 升7 課 時 作 業(yè) 知 識 自 主 梳 理 1概 念把通電導線在磁場中受的力稱為安培力。2安 培 力 的 方 向左手定則：如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個手指_，并且都與手掌在同一個_內。讓磁感線從_進入，并使四指指向_的方向，這時_所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。安 培 力知 識 點 1垂直平面掌心電流拇指 3安 培 力 的 大 小(1)公式：F_。為磁感應強度與通電導線之間的夾角。(2)說明：A當通電導線與磁感線垂直時，即電流方向與磁感線垂
3、直時，所受的安培力最大：F_。B當通電導線與磁感線平行時，所受安培力_。BILsin BIL為零 1構 造磁鐵、_、螺旋彈簧、指針、極靴。2原 理通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉。(1)線圈_越大，被測電流就越大。(2)根據_的方向，可以知道被測電流的方向。知 識 點 2 磁 電 式 電 流 表線圈偏轉的角度線圈偏轉 3特 點兩極間的極靴和極靴中間的鐵質圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿_方向，保持線圈轉動時，安培力的大小不受磁場影響，線圈所受安培力的方向始終與線圈平面垂直，線圈平面都與磁場方向_，表盤刻度均勻，如圖所示。4優(yōu) 、 缺 點優(yōu)點是_高，能測出很弱的電流；缺點是線圈的_，允許通過的電流
4、很弱。半徑平行靈敏度導線很細 重 點 難 點 突 破 1安培力的方向不僅跟磁場方向垂直，還跟電流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁場方向與電流方向所構成的平面。在判斷安培力方向時，應首先判定這個平面，然后再應用左手定則。2當電流方向與磁場方向不垂直時，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，只是磁感線不是垂直進入掌心。3注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與磁場、電場的方向的關系，安培力的方向總是與磁場的方向垂直，而電場力的方向與電場的方向平行。一 、 安 培 力 方 向 的 判 斷 特 別 提 醒 (1)FI，FB，但B與I不一定垂直。(2)若已知B、I
5、方向，F方向惟一確定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不惟一。 1對 安 培 力 F ILBsin的 理 解(1)當B與I垂直時，即sin901，則FILB；當B與I成角時，FILBsin，是B與I的夾角。(2)L是有效長度，勻強磁場中彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如圖)；相應的等效電流沿L由始端流向末端。二 、 安 培 力 大 小 的 計 算 2F ILBsin的 適 用 條 件導線所處的磁場應為勻強磁場；在非勻強磁場中，公式僅適用于很短的通電導線。3電 流 在 磁 場 中 的 受 力 特 點電荷在電場中一定會受到電場力作用，但是電流在磁場中不一定受安培力作用。當
6、電流方向與磁場方向平行時，電流不受安培力作用。特 別 提 醒 (1)公式FILBsin中是B和I方向的夾角，不能盲目應用題目中所給的夾角，要根據具體情況進行分析。(2)公式FIBLsin中的Lsin也可以理解為垂直于磁場方向的“有效長度”。 1如圖甲，通電導線與磁場方向垂直，此時安培力最大，F_。2如圖乙，通電導線與磁場方向平行，此時安培力最小，F_。3如圖丙，通電導線與磁場方向成角，此時安培力F_，這是一般情況下安培力的表達式。ILB0ILBsin 三 、 安 培 定 則 與 左 手 定 則 的 區(qū) 別安培定則(右手螺旋定則)左手定則應用判斷電流的磁場方向判斷電流在磁場中的受力方向內容具體情
7、況直線電流環(huán)形電流或通電螺線管電流在磁場中條件大拇指指向電流的方向四指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向磁感線穿過手掌心，四指指向電流方向結果四指彎曲方向表示磁感線的方向大拇指指向軸線上的磁感線方向大拇指指向電流受到的磁場力的方向 四 、 分 析 導 體 在 磁 場 中 運 動 情 況 的 幾 種 常 用 方 法電流元法把整段彎曲導線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導線所受合力的方向，從而確定導線運動方向特殊位置法通電導線轉動到某個便于分析的特殊位置時，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形
8、電流，反過來等效也成立。等效后再確定相互作用情況 特 別 提 醒 (1)導體處于非勻強磁場中時，通常用電流元法判斷其受力情況。(2)判斷條形磁鐵(或小磁針)與環(huán)形電流間的相互作用時，通常選擇等效法。結論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉動趨勢，同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉到平行且電流方向相同的趨勢轉換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向。 答 案 ：這些電器工作時的共同特點是都要使用電動機。而電動機的原理
9、是通電線圈在磁場中受安培力作用而旋轉，從而將電能轉化為機械能。 考 點 題 型 設 計 題 型 1 安 培 力 方 向 的 判 斷 解 析 ： A、B、C、D、E、F、G中電流方向均與磁場方向垂直，而H中電流方向與磁場方向不垂直，由左手定則判斷如圖：答 案 ：見解析 點 評 ：解答此類題目時應注意以下兩點：(1)安培力總是垂直于磁場方向和電流方向所確定的平面。(2)I、B方向不垂直時，讓磁感線斜著穿過掌心。 答 案 ： 題 型 2 安 培 力 作 用 下 導 體 的 平 衡 B 解 析 ：設圓環(huán)的半徑為r，則圓環(huán)的質量為：m環(huán)2r2.5103kg，磁場的水平分量為Bsin30，環(huán)受到的安培力為
10、：FBsin30I2r，由于環(huán)所受向上的安培力等于環(huán)的重力，則有：2r2.510310Bsin30I2r，解得：I0.1A，故選A。 題 型 3 安 培 力 作 用 下 導 體 的 運 動 問 題 B 解 析 ：由安培定則可知直線電流產生的磁場是以直線電流為圓心的同心圓，AB中電流所產生的磁場在CD導線所在平面內的磁感線如圖甲所示(俯視圖甲)。由左手定則可知，CD通電導線在M點受到的磁場力垂直于紙面向里，在N點受到的磁場力垂直于紙面向外。由于磁場的對稱性，M、N兩點的磁場力大小相等、方向相反，使得CD通電導線轉動起來，即CD電流將會轉到與AB同向的位置。在圖乙中，CD中的電流所受到的磁場力由左手定則可知，CD將向AB靠近。 易 錯 案 例 剖 析 BCD 易 錯 分 析 ：很多同學只選C，認為合磁感應強度為零導線才不受安培力的作用，漏選B、D。出現錯誤的主要原因是不清楚當合磁場的磁感應強度沿導線方向時導線也不受安培力。 課 堂 知 識 結 構 隨 堂 鞏 固 提 升 課 時 作 業(yè)
高中物理 第3章 磁場 4 通電導線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1
