《高中物理 第三章 磁場 第4節(jié) 通電導線在磁場中受到的力課件 新人教版選修31》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第三章 磁場 第4節(jié) 通電導線在磁場中受到的力課件 新人教版選修31（35頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、第第 4 節(jié)節(jié) 通電導線在磁場中受到的力通電導線在磁場中受到的力 第三章第三章 磁磁 場場 1.知道安培力的概念知道安培力的概念，會用左手定則判定安培力的方會用左手定則判定安培力的方向向 2.學會用公式學會用公式 FBIL 計算計算 B 與與 I 垂直和平行兩種情況下垂直和平行兩種情況下安培力的大小安培力的大小 3.了解磁電式電流表的基本構造及工作原理了解磁電式電流表的基本構造及工作原理 第三章第三章 磁磁 場場一、安培力的方向一、安培力的方向 1安培力：安培力：_在磁場中受的力在磁場中受的力 2左手定則：左手定則：伸開左手伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直使拇指與其余四個手指垂直，并且都并且
2、都與手掌在同一個平面內；讓磁感線從與手掌在同一個平面內；讓磁感線從_進入進入，并使并使_指向電流的方向指向電流的方向， 這時這時_所指的方向就是通電導線在所指的方向就是通電導線在磁場中磁場中所受安培力的方向所受安培力的方向 通電導線通電導線掌心掌心四指四指拇指拇指 1(1)安培力的方向與磁感應強度的方向垂直安培力的方向與磁感應強度的方向垂直( ) (2)應用左手定則時應用左手定則時，四指指向電流方向四指指向電流方向，拇指指向安培力方拇指指向安培力方向向( ) (3)安培力的方向與導線的方向垂直安培力的方向與導線的方向垂直( ) 提示：提示：(1) (2) (3) ILB0ILBsin 2(1)
3、通電導線在磁場中不一定受安培力通電導線在磁場中不一定受安培力( ) (2)一通電導線放在磁場中某處不受安培力一通電導線放在磁場中某處不受安培力，該處的磁感應強度該處的磁感應強度不一定不一定是零是零( ) (3)若磁場一定若磁場一定，導線的長度和電流也一定的情況下導線的長度和電流也一定的情況下，導線平行導線平行于磁場時于磁場時，安培力最大安培力最大，垂直于磁場時垂直于磁場時，安培力最小安培力最小( ) 提示：提示：(1) (2) (3) 三、磁電式電流表三、磁電式電流表 1磁電式儀表最基本的組成部分是磁電式儀表最基本的組成部分是_和放在磁鐵兩極之間和放在磁鐵兩極之間的的_ 如圖所示 如圖所示，
4、通電線圈在磁場中通電線圈在磁場中受到受到_而偏轉 線而偏轉 線圈偏轉的角度越大圈偏轉的角度越大， 被測電流就被測電流就_ 根據線圈 根據線圈_，可以知道被測電流的方向可以知道被測電流的方向 2磁電式儀表的優(yōu)點是磁電式儀表的優(yōu)點是_，可以測出很弱的電流；缺可以測出很弱的電流；缺點是線圈的導線點是線圈的導線_，允許通過的電流允許通過的電流_(幾十微安到幾幾十微安到幾毫安毫安) 磁鐵磁鐵線圈線圈安培力安培力越大越大偏轉的方向偏轉的方向靈敏度高靈敏度高很細很細很弱很弱 用磁電式電流表測量電流時用磁電式電流表測量電流時， 通電線圈的左右兩邊受到的安培力通電線圈的左右兩邊受到的安培力的大小是否隨著線圈的轉
5、動而變化呢？的大小是否隨著線圈的轉動而變化呢？ 提示：提示： 通電線圈在安培力作用下轉動時通電線圈在安培力作用下轉動時， 安培力總與磁感應強度安培力總與磁感應強度的方向垂直的方向垂直， 磁感應強度的大小又不變磁感應強度的大小又不變， 故線圈左右兩邊受到的故線圈左右兩邊受到的安培力的大小不變安培力的大小不變 知識點一知識點一 安培力方向的判定安培力方向的判定 1不管電流方向與磁場方向是否垂直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于磁場方向和電流方向所決定的平面，即總有即總有 FI 和和 FB.在在判斷安培力方向時首先確定磁場和電流
6、所確定的平面判斷安培力方向時首先確定磁場和電流所確定的平面， 從而判斷從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上出安培力的方向在哪一條直線上， 然后再根據左手定則判斷出安然后再根據左手定則判斷出安培力的具體方向 但應注意培力的具體方向 但應注意， 當電流方向與磁場方向在同一直線當電流方向與磁場方向在同一直線上時上時，電流不再受安培力作用電流不再受安培力作用 左手定則的應用左手定則的應用 畫出圖畫出圖中各磁場對通電導線的安培力的方向中各磁場對通電導線的安培力的方向 解析解析 A、 B、 C、 D、 E、 F、G 中電流方向均與磁場方向垂直中電流方向均與磁場方向垂直，而而 H 中電流方向與磁場方向不垂直
7、中電流方向與磁場方向不垂直，由左手定則判斷如圖：由左手定則判斷如圖： 通電導線間的相互作用力通電導線間的相互作用力 在等邊三角形的三個頂點在等邊三角形的三個頂點 A、B、C 處處，各有一條長直導各有一條長直導線垂直穿過紙面線垂直穿過紙面， 導線中通有大小相等的恒定電流導線中通有大小相等的恒定電流， 方向如圖所方向如圖所示過示過 C 點的導線所受安培力的方向點的導線所受安培力的方向( ) A與與 AB 邊平行邊平行，豎直向上豎直向上 B與與 AB 邊平行邊平行，豎直向下豎直向下 C與與 AB 邊垂直邊垂直，指向左邊指向左邊 D與與 AB 邊垂直邊垂直，指向右邊指向右邊 C解析解析 如圖所示如圖所
8、示，根據安培定則根據安培定則，過過 A、B 點的導線在點的導線在 C 點所點所激發(fā)的磁場方向分別為激發(fā)的磁場方向分別為 B、B，應用平行四邊形定則可知過，應用平行四邊形定則可知過 C點的導線所在處的合磁場方向根據左手定則可知安培力點的導線所在處的合磁場方向根據左手定則可知安培力 FC的的方向與方向與 AB 邊垂直邊垂直，指向左邊指向左邊，故選項故選項 C 正確正確 兩平行通電導線的相互作用規(guī)律兩平行通電導線的相互作用規(guī)律 (1)同向電流相互吸引同向電流相互吸引，異向電流相互排斥異向電流相互排斥 (2)其力的方向的判定可由左手定則和安培定則來判定：如圖其力的方向的判定可由左手定則和安培定則來判定
9、：如圖，b導導線中電流產生的磁場可由安培定則確定線中電流產生的磁場可由安培定則確定，a 導線導線中電流處于中電流處于 b導線中電流產生的磁場中導線中電流產生的磁場中， b在在a處的磁場方向為垂直紙面向外處的磁場方向為垂直紙面向外，由左手定則判定由左手定則判定 a 受到的安培力向右受到的安培力向右，同理同理，b 受到的安培力向受到的安培力向左左 長度為長度為 L、通有電流為、通有電流為 I 的直導線放入一勻的直導線放入一勻強磁場中強磁場中，電流方向與磁場方向如圖所示電流方向與磁場方向如圖所示，已知磁感應強度為已知磁感應強度為 B，對于下列對于下列各圖中各圖中，導線所受安培力的大小計算正確的是導線
10、所受安培力的大小計算正確的是( ) A解析解析 A 圖中圖中，導線不和磁場垂直導線不和磁場垂直，故將導線投影到垂直磁場故將導線投影到垂直磁場方向上方向上，故故 FBILcos ，A 正確；正確；B 圖中圖中，導線和磁場方向導線和磁場方向垂直垂直，故故 FBIL，B 錯誤；錯誤；C 圖中導線和磁場方向垂直圖中導線和磁場方向垂直，故故 FBIL，C 錯誤；錯誤；D 圖中導線和磁場方向垂直圖中導線和磁場方向垂直，故故 FBIL，D錯誤錯誤 A解析：解析： 磁場發(fā)生微小變化時磁場發(fā)生微小變化時， 因各選項中載流線圈在磁場的面積因各選項中載流線圈在磁場的面積不同不同，由法拉第電磁感應定律由法拉第電磁感應
11、定律 EntnBSt知載流線圈知載流線圈在磁場中的面積越大在磁場中的面積越大，產生的感應電動勢越大產生的感應電動勢越大，感應電流越大感應電流越大，載流線圈中的電流變化越大載流線圈中的電流變化越大， 所受的安培力變化越大所受的安培力變化越大， 天平越容天平越容易失去平衡易失去平衡，由題圖可知由題圖可知，選項選項 A 符合題意符合題意 對公式對公式 FILBsin 的正確理解是求解安培力大小的關鍵對的正確理解是求解安培力大小的關鍵對于等效長度的問題于等效長度的問題，既可分段求解既可分段求解，然后求合力然后求合力，又可采用等效又可采用等效方法進行計算方法進行計算 知識點三知識點三 安培力作用下導體的
12、運動安培力作用下導體的運動 不管是電流還是磁體不管是電流還是磁體， 對通電導線的作用都是通過磁場來實現的對通電導線的作用都是通過磁場來實現的，因此必須要清楚導線所在位置的磁場分布情況因此必須要清楚導線所在位置的磁場分布情況， 然后結合左手定然后結合左手定則準確判斷導線的受力情況或將要發(fā)生的運動 在實際操作過程則準確判斷導線的受力情況或將要發(fā)生的運動 在實際操作過程中中，往往采用以下幾種方法：往往采用以下幾種方法： 電流元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，然后判斷整段導線則判斷每段電流元受力的方向，然后判
13、斷整段導線所受合力的方向，從而確定導線的運動方向所受合力的方向，從而確定導線的運動方向特殊位特殊位置法置法通電導線轉動到某個便于分析的特殊位置時，判斷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其所受安培力的方向，從而確定其運動方向等效法等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可等環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立等效后再確定相互作用情況也成立等效后再確定相互作用情況結論法結論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉動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
14、吸引，反向電流互相排趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉斥；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到平行且電流方向相同的趨勢轉換研究轉換研究對象法對象法定性分析磁體在電流磁場作用下的運動或運定性分析磁體在電流磁場作用下的運動或運動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中動趨勢的問題，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或運動趨勢所受合力及運動或運動趨勢 如圖所示如圖所示， 把輕質導電線
15、圈用絕緣細線懸掛在磁鐵把輕質導電線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵 N 極極附近附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當線圈當線圈內通入如圖方向的電流后內通入如圖方向的電流后，則線圈則線圈( ) A向左運動向左運動 B向右運動向右運動 C靜止不動靜止不動 D無法確定無法確定 A解析解析 法一：法一：等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則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線圈等效成小磁針后，左端是左端是 S 極極，右端是右端是 N 極極，異名磁極相吸異名磁極相吸引引，線圈線圈向左運動向左運動 法二：法二：電流元法如圖所示電流元法如圖
16、所示，取其中的上、下兩小段分析取其中的上、下兩小段分析，根據根據其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左， 故線圈故線圈向左運動向左運動 2. 如圖兩條導線相互垂直如圖兩條導線相互垂直，但相隔一段距但相隔一段距離其中導線離其中導線 AB 固定固定，導線導線 CD 能自由活動能自由活動，當直流電流按圖當直流電流按圖示方向通入兩條導線時示方向通入兩條導線時，導線導線 CD 將將(從紙外向紙內看從紙外向紙內看)( ) A順時針方向轉動同時靠近導線順時針方向轉動同時靠近導線 AB B逆時針方向轉動同時離開導線逆時針方向轉動同時離開導線 AB C順時針方向轉動同時
17、離開導線順時針方向轉動同時離開導線 AB D逆時針方向轉動同時靠近導線逆時針方向轉動同時靠近導線 AB D解析：解析：法一法一：電流元法分析：電流元法分析，把電流把電流 CD等效成等效成 CO、OD 兩段電流兩段電流，由安培定則由安培定則畫出畫出 CO、OD 所在位置的所在位置的 AB 電流的磁電流的磁場場，由左手定則可判斷由左手定則可判斷 CO、OD 受力如圖甲所示受力如圖甲所示，可見導線可見導線 CD逆時針逆時針轉動；轉動； 由特殊位置法分析由特殊位置法分析，當當 CD 逆時針轉動逆時針轉動 90時時，俯視圖如圖乙所，俯視圖如圖乙所示，并畫出示，并畫出 AB 此時在此時在 CD 導線處的磁
18、感應強度的方向導線處的磁感應強度的方向，據左手據左手定則可判斷定則可判斷 CD 受力指向受力指向 AB，可見可見 CD 靠近靠近 AB，D 正確正確 法二法二：結論法兩不平行的直線電流相互作用時結論法兩不平行的直線電流相互作用時，有轉到平行且有轉到平行且電流方向相同的趨勢電流方向相同的趨勢， 所以所以 CD 逆時針轉動同時靠近逆時針轉動同時靠近 AB， 選項選項 D正確正確 在判斷安培力作用下導體的運動時在判斷安培力作用下導體的運動時， 幾種方法中幾種方法中，等效法和結論法比較簡單等效法和結論法比較簡單 鏈接高考鏈接高考安培力作用下的平衡問題安培力作用下的平衡問題 (12分分)(2015高考全
19、國卷高考全國卷) 如圖如圖，一長為一長為10 cm的金屬棒的金屬棒ab用兩個完全相同用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中；磁場的中；磁場的磁感應強度大小為磁感應強度大小為 0.1 T， 方向垂直于紙面方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣金屬棒通過開關與一下端與金屬棒絕緣金屬棒通過開關與一電動勢為電動勢為 12 V 的電池相連的電池相連， 電路總電阻為電路總電阻為 2 .已知開關斷開時已知開關斷開時兩彈簧的伸長量為兩彈簧的伸長量為 0.5 cm；閉合開關；閉合開關，系統重新平衡后系統重新平衡后， 兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變
20、了兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了 0.3 cm.重力加速度重力加速度大小取大小取 10 m/s2.判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求并求出金屬棒的質量出金屬棒的質量 審題點睛審題點睛 本題解題的關鍵是導體棒兩次處于平衡狀態(tài)本題解題的關鍵是導體棒兩次處于平衡狀態(tài)，彈簧彈簧彈力的變化量等于安培力彈力的變化量等于安培力 解析解析 依題意依題意，開關閉合后開關閉合后，電流方向從電流方向從 b 到到 a，由左手定則由左手定則可知可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下金屬棒所受的安培力方向豎直向下(1 分分) 開關斷開時開關斷開時， 兩彈簧各自相對于其原長
21、伸長了兩彈簧各自相對于其原長伸長了l10.5 cm.(2 分分) 由胡克定律和力的平衡條件得由胡克定律和力的平衡條件得 2kl1mg (2 分分) 式中式中，m 為金屬棒的質量為金屬棒的質量，k 是彈簧的勁度是彈簧的勁度系數系數，g 是重力加速是重力加速度的大小度的大小 開關閉合后開關閉合后，金屬棒所受安培力的大小為金屬棒所受安培力的大小為 FIBL (2 分分) 式中式中，I 是回路電流是回路電流，L 是金屬棒的長度兩彈簧各自再伸長了是金屬棒的長度兩彈簧各自再伸長了l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡條件得由胡克定律和力的平衡條件得 2k(l1l2)mgF (3 分分) 由歐姆定律有由歐姆
22、定律有 EIR (1 分分) 式中式中，E 是電池的電動勢是電池的電動勢，R 是電路總電阻是電路總電阻 聯立聯立式式，并代入題給數據得并代入題給數據得 m0.01 kg.(1 分分) 答案答案 安培力的方向豎直向下安培力的方向豎直向下 金屬棒的質量為金屬棒的質量為 0.01 kg (2016江蘇揚州中學測試江蘇揚州中學測試)如圖所示如圖所示，兩平行金屬導軌間的距離兩平行金屬導軌間的距離 L0.40 m，金屬導軌所在的平面與水平面夾金屬導軌所在的平面與水平面夾角角 37， 在導軌所在平面內在導軌所在平面內， 分布著磁感應強度分布著磁感應強度 B0.50 T，方向垂直于導軌所在平面的勻強磁場 金屬
23、導軌的一端接有電動方向垂直于導軌所在平面的勻強磁場 金屬導軌的一端接有電動勢勢 E4.5 V、內阻、內阻 r0.50 的直流電源現把一個質量的直流電源現把一個質量 m0.040 kg 的導體棒的導體棒 ab 放在金屬導軌上放在金屬導軌上，導體棒恰好靜止導體棒恰好靜止 導體棒與金屬導軌垂直且接觸良好導體棒與金屬導軌垂直且接觸良好， 導體棒與金屬導軌接觸的兩導體棒與金屬導軌接觸的兩點間的電阻點間的電阻 R02.5 ，金屬導軌電阻不計金屬導軌電阻不計，g 取取 10 m/s2.已知已知sin 370.60，cos 370.80，求：求： (1)通過導體棒的電流；通過導體棒的電流； (2)導體棒受到的
24、安培力大??；導體棒受到的安培力大?。?(3)導體棒受到的摩擦力導體棒受到的摩擦力 解析：解析：(1)根據閉合電路歐姆定律根據閉合電路歐姆定律，得通過導體棒的電流得通過導體棒的電流 IER0r1.5 A. (2)導體棒受到的安培力導體棒受到的安培力 F安安BIL0.30 N. (3)將重力正交分解將重力正交分解， 設導體棒所受重力沿斜面方向的分力為設導體棒所受重力沿斜面方向的分力為 F1，則則 F1mgsin 370.24 N 所以所以 F1F安安，導體棒受力如圖導體棒受力如圖，根據平衡條件根據平衡條件有有 F1FfF安安 解得解得 Ff0.06 N，方向沿斜面向下方向沿斜面向下 答案：答案：(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿斜面向下方向沿斜面向下
高中物理 第三章 磁場 第4節(jié) 通電導線在磁場中受到的力課件 新人教版選修31
