高中物理 第3章 第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力課件 新人教版選修31

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1、第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力 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理解并掌握安培力的計(jì)算公式FBILsin. 3了解磁電式電表的構(gòu)造及原理要點(diǎn)一安培力的方向 1安培力 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力 2決定安培力方向的因素 磁場(chǎng)方向和電流方向 3左手定則 如圖所示，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)；讓磁感線從掌心進(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 4對(duì)安培力方向的理解 (1)安培力方向的特點(diǎn)： FB，F(xiàn)I，即F垂直于B、I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

2、場(chǎng)所決定的平面，所以仍可用左手定則來(lái)判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過(guò)手心 (1)安培力總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面，但磁場(chǎng)方向和電流方向不一定垂直 (2)若已知B、I方向，F(xiàn)方向唯一確定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一 (3)判斷電流的磁場(chǎng)方向用安培定則，確定通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向用左手定則 5通電平行直線電流間的作用情況 (1)兩平行電流間同向電流相互吸引，異向電流相互排斥 (2)兩非平行直線電流有轉(zhuǎn)到互相平行且電流方向相同的趨勢(shì) 6安培力方向與電場(chǎng)力方向的比較力力內(nèi)容內(nèi)容項(xiàng)目項(xiàng)目電場(chǎng)力電場(chǎng)力安培力安培力研究對(duì)象研究對(duì)象點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷電流元電流元受力特

3、點(diǎn)受力特點(diǎn)正電荷受力方向，與正電荷受力方向，與電場(chǎng)方向相同，沿電電場(chǎng)方向相同，沿電場(chǎng)線切線方向，與負(fù)場(chǎng)線切線方向，與負(fù)電荷受力方向相反電荷受力方向相反安培力方向與磁安培力方向與磁場(chǎng)方向和電流方場(chǎng)方向和電流方向都垂直向都垂直判斷方法判斷方法結(jié)合電場(chǎng)方向和電荷結(jié)合電場(chǎng)方向和電荷的正、負(fù)判斷的正、負(fù)判斷用左手定則判斷用左手定則判斷要點(diǎn)二安培力的大小 1當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時(shí)，即電流方向與磁感線垂直時(shí)，所受的安培力最大：FBIL. 2當(dāng)B與I成角時(shí)，安培力的大小FILBsin，是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向的夾角 3當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時(shí)，所受安培力為零 導(dǎo)線L所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)安培力表達(dá)式F

4、ILB(或FILBsin)一般適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，若通電導(dǎo)線所在區(qū)域的B的大小和方向不相同，應(yīng)將導(dǎo)體分成若干段，使每段導(dǎo)線所處范圍B的大小和方向近似相等，求出各段導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力，然后再求合力 4磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度 (1)公式FIBL中的L對(duì)彎曲長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)指的是“等效長(zhǎng)度” 彎曲通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于連接曲線兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度，相應(yīng)的電流沿L的始端流向末端，如圖甲所示 (2)任意閉合通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為零，所受安培力(即各電流元所受安培力的合力)為零，如圖乙所示 (1)公式FILBsin中是B和I方向的夾角，不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析 (2)公式FILBsin中的Ls

5、in也可以理解為L(zhǎng)在垂直于磁場(chǎng)方向上的“有效長(zhǎng)度”要點(diǎn)三磁電式電流表 1原理：安培力與電流的關(guān)系 2構(gòu)造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、軟鐵、極靴如圖所示 3特點(diǎn)：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(chǎng)都沿半徑方向，使線圈平面都與磁場(chǎng)方向平行，從而使表盤(pán)刻度均勻 4工作原理：如圖所示是線圈在磁場(chǎng)中受力的示意圖當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，導(dǎo)線受到安培力的作用，由左手定則知，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是架在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸收緊螺旋彈簧使其變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過(guò)電流的大小線圈中的電流方向改變

6、時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向 5優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱如果希望它測(cè)量較大的電流值，就要擴(kuò)大其量程 有的同學(xué)誤認(rèn)為線圈處的磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng) 一段通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)線中的電流方向自上而下，如圖所示在導(dǎo)線以其中心點(diǎn)為軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180的過(guò)程中，導(dǎo)線受到的安培力()題題 型型 1 1對(duì)安培力大小和方向的理解對(duì)安培力大小和方向的理解 A大小不變，方向不變 B大小由最大減小到零再增至最大，方向時(shí)刻改變 C大小由最大減小到零再增至最大，方向不變 D大小由最大

7、減小到零再增至最大，方向由垂直紙面向外變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶?【解析】安培力公式FILBsin，導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)前，電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，90；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度后，電流方向與磁場(chǎng)方向不再垂直，安培力變小；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)，電流方向與磁場(chǎng)方向平行，安培力為零根據(jù)左手定則判斷知，安培力的方向始終垂直紙面向外；在導(dǎo)線再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)90過(guò)程中，安培力由零變到最大，安培力的方向始終垂直紙面向里選項(xiàng)D正確 【答案】D 【方法總結(jié)】 (1)首先確定磁場(chǎng)方向與電流方向所確定的平面 (2)再依據(jù)左手定則，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，判斷出安培力的方向 (3)根據(jù)安培力的公式FBILsin計(jì)算安培力

8、的大小，注意該公式只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，為電流與磁感線的夾角(2014烏魯木齊模擬)如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)體中通有恒定電流，電流大小為I.當(dāng)導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向放置時(shí)，導(dǎo)體受到的安培力大小為BIL.若將導(dǎo)體在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30角，導(dǎo)體受到的安培力大小為()變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 1-1 解析：根據(jù)安培力公式可知，當(dāng)通電導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)放置時(shí)，導(dǎo)體受到的安培力大小為BIL，圖中磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于紙面向里，故導(dǎo)體在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30角時(shí)，受到的安培力仍然為BIL，B選項(xiàng)正確 答案：B 如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心且

9、垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈() A向左運(yùn)動(dòng)B向右運(yùn)動(dòng) C靜止不動(dòng)D無(wú)法確定 題題 型型 2 2 通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷 【解析】此題可以采用電流元法，也可采用等效法 解法一：等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左運(yùn)動(dòng)解法二：電流元法如圖所示，解法二：電流元法如圖所示，取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對(duì)稱性線圈所受安培力的合力水中心對(duì)稱性線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)【答案】【答案】A 【方法總結(jié)】 安培力作

10、用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法： 1判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的常規(guī)思路 (1)不管是電流還是磁體，對(duì)通電導(dǎo)線的作用都是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)分布情況 (2)結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線所受安培力的方向 (3)由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向 2分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的幾種常用方法電流電流元法元法把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定則判把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定則判斷每段電流元所受安培力的方向，然后判斷整斷每段電流元所受安培力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)段導(dǎo)線所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向方向等效等效法法環(huán)形電流可等效成小磁

11、針，通電螺線管可以等環(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(gè)環(huán)形電流效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流(反過(guò)來(lái)等效也成反過(guò)來(lái)等效也成立立)，然后根據(jù)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷，然后根據(jù)磁體間或電流間的作用規(guī)律判斷特殊特殊位位置法置法通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)置，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向動(dòng)方向結(jié)論結(jié)論法法兩平行直線電流在相互作用過(guò)程中，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨兩平行直線電流在相互作用過(guò)程中，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；不平行的兩直線電

12、流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行不平行的兩直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換研究研究對(duì)象對(duì)象法法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的反作用力，從而確定磁體所受合力及其磁場(chǎng)的反作用力，從而確定磁體所受合力及其運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)方向 如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往

13、下看)() A順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降 B順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升 C逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降 D逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 2-1 解析：根據(jù)如圖所示的導(dǎo)線所處的特殊位置判斷其轉(zhuǎn)動(dòng)情況將導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩段，AO、BO段所處的磁場(chǎng)方向如圖所示，由左手定則可得AO段受安培力方向垂直于紙面向外，BO段受安培力的方向垂直紙面向里，可見(jiàn)從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 再根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)的特殊位置判斷其上下運(yùn)動(dòng)情況如圖所示，導(dǎo)線AB此時(shí)受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運(yùn)動(dòng) 由上述兩個(gè)特殊位置的判斷可知，導(dǎo)線所受安培力使AB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要向下運(yùn)動(dòng) 答案：C (

14、2014肇慶二模)質(zhì)量為m的通電細(xì)桿置于傾角為的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度為d，桿與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，有電流通過(guò)桿，桿恰好靜止于導(dǎo)軌上如圖所示的A、B、C、D四個(gè)圖中，桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零的是()題題 型型 3 3 安培力作用下物體的平衡和加速問(wèn)題安培力作用下物體的平衡和加速問(wèn)題 【解析】A圖中，導(dǎo)體受到水平向右的安培力，重力和支持力作用，如果重力和安培力的合力與支持力等大反向，則導(dǎo)體桿不受摩擦力，A選項(xiàng)不符合題意；B圖中，導(dǎo)體受到豎直向上的安培力，如果重力和安培力二力平衡，則導(dǎo)體桿不受摩擦力，B選項(xiàng)不符合題意；C圖中，導(dǎo)體受到豎直向下的安培力，桿靜止在導(dǎo)軌上，必須受到摩擦力作用，C選項(xiàng)符

15、合題意；D圖中，導(dǎo)體受到水平向左的安培力，如果重力和安培力的合力沿斜面向下，則導(dǎo)體桿不受摩擦力，D選項(xiàng)不符合題意 【答案】C 【方法總結(jié)】 解決涉及安培力的綜合類問(wèn)題的分析方法是： (1)首先把立體圖畫(huà)成易于分析的平面圖，如側(cè)視圖、剖視圖或俯視圖等 (2)確定導(dǎo)線所在處磁場(chǎng)方向，根據(jù)左手定則確定安培力的方向 (3)結(jié)合通電導(dǎo)體、受力分析、運(yùn)動(dòng)情況等，根據(jù)題目要求，列出方程，解決問(wèn)題 質(zhì)量為m0.02 kg的通電細(xì)桿AB置于傾角為37的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d0.2 m，桿AB與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.4，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖所示現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的觸頭，

16、試求出為使桿AB靜止不動(dòng)，通過(guò)AB桿的電流范圍為多少？變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練 3-1 解析：桿AB中的電流為A到B，所受的安培力方向平行于導(dǎo)軌向上當(dāng)電流較大時(shí)，導(dǎo)體有向上的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所受靜摩擦力向下；當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大時(shí)，安培力為最大值F1，此時(shí)通過(guò)AB的電流最大為Imax；同理，當(dāng)電流最小時(shí)，應(yīng)該是導(dǎo)體受向上的靜摩擦力，此時(shí)的安培力為最小值F2，電流為Imin. 正確地畫(huà)出兩種情況下的受力圖，由平衡條件列方程求解 根據(jù)第一幅受力圖列式如下： F1mgsinFf10 FNmgcos0 Ff1FN F1BImaxd 解上述方程得Imax0.46 A 根據(jù)第二幅受力圖，得F2Ff2mgsin0，F(xiàn)Nmg

17、cos0，F(xiàn)f 2FN，F(xiàn)2BImind 解上述方程得Imin0.14 A 答案：0.14 AI0.46 A 1電流為I的通電導(dǎo)線放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)線所受安培力為F，下列說(shuō)法哪些是正確的() A勻強(qiáng)磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線所受安培力F，磁感應(yīng)強(qiáng)度B及電流I，三者在方向上一定互相垂直 B若I、B方向確定，則F方向唯一確定 C若F與B方向確定，則I方向唯一確定 D若F與B方向確定，則I方向不唯一確定，但I(xiàn)一定在與F垂直的平面內(nèi) E若F與I方向確定，則B方向唯一確定 F若F與I方向確定，則B方向不唯一確定，但B一定在與F垂直的平面內(nèi) 解析：安培力F的方向既與磁場(chǎng)方向垂直，又與通電導(dǎo)線垂直，即

18、F跟B、I所在的面垂直但B與I的方向不一定垂直A中說(shuō)三者在方向上一定互相垂直是不對(duì)的已知I、B的方向，可唯一確定F的方向，B是正確的若F與B或I方向確定，則I或B方向不唯一，故C、E錯(cuò)誤，D、F正確 答案：BDF 2如圖所示四種情況中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，載流導(dǎo)體長(zhǎng)度相同，通過(guò)的電流也相同，那么，導(dǎo)體受到的磁場(chǎng)力最大，且方向沿著紙面的是() A甲、乙B甲、丙 C乙、丁D乙、丙 解析：甲圖所示情況，B與I不垂直，且安培力垂直紙面向里，乙圖所示情況中，B與I垂直，安培力在紙面內(nèi)豎直向下，丙圖所示情況中，B與I平行，安培力為0，丁圖所示情況中B與I垂直，安培力在紙面內(nèi)垂直I斜向左上，綜合以上分析

19、可知，符合要求的為乙、丁兩種情況，故C正確 答案：C 3(2014金山區(qū)一模)如圖，通電導(dǎo)線MN與矩形線圈abcd共面，位置靠近c(diǎn)d且相互絕緣當(dāng)線圈中通有abcda方向電流時(shí)，線圈所受安培力的合力方向() A向左 B向右 C垂直紙面向外 D垂直紙面向里 解析：同向電流相互吸引，反向電流相互排斥，MN對(duì)ab邊產(chǎn)生排斥力，MN對(duì)cd邊產(chǎn)生吸引力，故線圈所受安培力的合力方向向左，A選項(xiàng)正確 答案：A 4(2015龍巖市武平一中模擬)如圖所示，方框中有一能產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，在方框右邊放一通電直導(dǎo)線(電流方向如圖中箭頭方向)，發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線受到向右的作用力，則方框中放置的裝置可能是下圖中的哪個(gè)()A通電螺線管通電螺線管 解析：根據(jù)左手定則可知，通電導(dǎo)線受到向右的作用力時(shí)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，A圖中通電螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向右，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；B圖中產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)轫槙r(shí)針，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；C圖中產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向里，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；D圖中產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，D選項(xiàng)正確 答案：D