2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 4 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、4通電導(dǎo)線在磁場中受到的力,,1知道什么是安培力知道通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向與電流、磁場方向都垂直，它的方向由左手定則判斷知道左手定則的內(nèi)容，會用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關(guān)問題 2會用安培力公式FBIL解答有關(guān)問題. 知道電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL. 3了解磁電式電流表的內(nèi)部構(gòu)造的原理,教學(xué)目標(biāo),,,【重點】 安培力的方向確定和安培力大小的計算 【難點】 左手定則的運用(尤其是當(dāng)電流和磁場不垂直時，左手定則如何變通使用),重點難點,,,安培力的方向和大小是重點，弄清安培力、電流、磁

2、感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系是難點安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強度方向垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強度的方向可以成任意角度；當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直時，安培力最大，對此學(xué)生常?；煜臻g想象能力對本節(jié)學(xué)習(xí)至關(guān)重要，要使學(xué)生能夠看懂立體圖，熟悉各種角度的側(cè)視圖、俯視圖和剖面圖，需要一定的鞏固訓(xùn)練 建議用實驗觀察法、邏輯推理法、講解法等教學(xué)方法.,教學(xué)建議,,,【導(dǎo)入一】 復(fù)習(xí)引入 讓學(xué)生回憶在第二節(jié)中講到的通電導(dǎo)線在磁場中受力大小與什么因素有關(guān) 教師講述：我們已經(jīng)初步了解磁場對通電導(dǎo)線的作用力安培在這方面的研究做出了杰出的貢獻，為了紀念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場中所受的作用力叫作安培力這節(jié)課我們

3、對安培力作進一步的討論,新課導(dǎo)入,,,【導(dǎo)入二】 復(fù)習(xí)提問： 1磁感應(yīng)強度是由什么決定的？ 答：磁感應(yīng)強度是由產(chǎn)生磁場的電流的大小、分布和空間位置確定的 2磁感應(yīng)強度的定義式是什么？ 答： . 3磁感應(yīng)強度的定義式在什么條件下才成立？ 答：只有在通電直導(dǎo)線垂直磁場方向放入勻強磁場中，公式 才成立,新課導(dǎo)入,,,新課導(dǎo)入,,4垂直磁場方向放入勻強磁場的通電導(dǎo)線長L1 cm，通電電流I10 A，若它所受的磁場力F5 N，則該磁場的磁感應(yīng)強度B是多少？ 答：因為通電導(dǎo)線垂直磁場方向放入勻強磁場，所以根據(jù)磁感應(yīng)強度的定義式有 T50 T. 5若上題中通電導(dǎo)線平行磁場方向放入該磁場中，那么磁場

4、的磁感應(yīng)強度是多大？通電導(dǎo)線受到的磁場力是多少？ 答：當(dāng)電流仍為I10 A，LB 時，該處磁感應(yīng)強度不變，仍為B50 T，而通電導(dǎo)線所受磁場力F0.,1.定義:人們把 在磁場中受到的力稱為安培力. 2.單位:牛頓,符號為N. 3.大小:F=. 4.左手定則: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),讓磁感線從掌心進入,并使四指指向電流的方向,這時所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向.,安培力,,知識必備,知識點一,通電導(dǎo)線,BILsin ,拇指,1.磁電式電流表的構(gòu)造和特點 (1)構(gòu)造:磁鐵、軟鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴. (2)特點:兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱使極

5、靴與圓柱間的磁場都沿 方向均勻分布,使線圈平面始終與磁感線,使表盤刻度.,磁電式電流表,,知識必備,知識點二,半徑,平行,均勻,2.工作原理:如圖3-4-1所示.當(dāng)電流通過線圈時,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,通過轉(zhuǎn)軸收緊螺旋彈簧使其變形,反抗線圈的轉(zhuǎn)動,從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過的大小.根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向,可以知道被測的方向.,,知識必備,圖3-4-1,電流,電流,想一想 靜電力與電場強度的方向在同一直線上,安培力和磁感應(yīng)強度的方向也在同一直線上嗎?怎樣判定安培力的方向?,,學(xué)習(xí)互動,安培力方向的判定,考點一,要點總結(jié) 電流所受的安培力的方向既跟

6、磁場的方向垂直,又跟電流的方向垂直,所以安培力總是垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所確定的平面. FB,FL,但L與B不一定垂直.,,學(xué)習(xí)互動,,學(xué)習(xí)互動,例1畫出圖3-4-2中通電直導(dǎo)線A受到的安培力的方向.,圖3-4-2,,學(xué)習(xí)互動,,如圖所示 解析 (1)中電流與磁場垂直,由左手定則可判斷出A所受安培力方向如圖甲所示. (2)中條形磁鐵在A處的磁場分布如圖乙所示,由左手定則可判斷A受到的安培力的方向如圖乙所示.,甲,乙,,學(xué)習(xí)互動,,(3)中由安培定則可判斷出電流A處磁場方向如圖丙所示,由左手定則可判斷出A受到的安培力方向如圖丙所示. (4)中由安培定則可判斷出電流A處磁場如圖丁所示,由左手定則可

7、判斷出A受到的安培力方向如圖丁所示.,丙,丁,想一想你知道電流天平和電流表的工作原理嗎?電流在磁場里的受力與哪些因素有關(guān)?,,學(xué)習(xí)互動,安培力的計算,考點二,要點總結(jié) 1.在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,長為L的導(dǎo)線通入電流I: (1)若磁場和電流垂直,則F=BIL; (2)若磁場和電流平行,則F=0; 2.公式中L指的是“有效長度”.彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于連接兩端點的線段的長度(如圖3-4-3所示);相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端.,,學(xué)習(xí)互動,圖3-4-3,,學(xué)習(xí)互動,例2長度為L、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強磁場中,電流方向與磁場方向如圖3-4-4所示,已知磁感應(yīng)強度為B,對于各圖中導(dǎo)線

8、所受安培力的大小計算正確的是(),圖3-4-4,,學(xué)習(xí)互動,,答案 A 解析 A圖中,導(dǎo)線不和磁場垂直,將導(dǎo)線投影到垂直磁場方向上,故F=BILcos ,A正確;B圖中,導(dǎo)線和磁場方向垂直,故F=BIL,B錯誤;C圖中,導(dǎo)線和磁場方向垂直,故F=BIL,C錯誤;D圖中,導(dǎo)線和磁場方向垂直,故F=BIL,D錯誤.,,學(xué)習(xí)互動,例3半徑為R的半圓形導(dǎo)線框放在如圖3-4-5所示的勻強磁場中,電流大小為I,磁感應(yīng)強度為B,則導(dǎo)線框所受的安培力為多大?,圖3-4-5,,學(xué)習(xí)互動,,答案 2BIRsin 解析 由于導(dǎo)線框的首尾相連的有向線段的長度為2R,且有向線段沿垂直于磁場方向上的投影為2Rsin ,所

9、以導(dǎo)線框所受的安培力為F=2BIRsin .,想一想通電導(dǎo)體在安培力作用下怎樣運動?有哪些方法可用來判斷導(dǎo)體的運動情況?,,學(xué)習(xí)互動,安培力作用下導(dǎo)體的運動問題,考點三,要點總結(jié) 不管是電流還是磁體,對通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的,因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況,然后結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運動,在實際操作過程中,往往采用以下五種方法:,,學(xué)習(xí)互動,,學(xué)習(xí)互動,,學(xué)習(xí)互動,（續(xù)表）,,學(xué)習(xí)互動,例4如圖3-4-6所示,將通電直導(dǎo)線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方,直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動,則接通開關(guān)S的瞬間() A.A端向上運動,B端向下運動,懸線張力不變 B.A端

10、向下運動,B端向上運動,懸線張力不變 C.A端向紙外運動,B端向紙內(nèi)運動,懸線張力變小 D.A端向紙內(nèi)運動,B端向紙外運動,懸線張力變大,圖3-4-6,,學(xué)習(xí)互動,,答案 D 解析 當(dāng)開關(guān)S接通時,根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如圖所示,由左手定則知此時通電直導(dǎo)線A端受力指向紙內(nèi),B端受力指向紙外,故導(dǎo)線將轉(zhuǎn)動,由特殊位置法知當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)到與磁感線垂直時,整個導(dǎo)線受到的磁場力方向豎直向下,故懸線張力變大,D正確.,,學(xué)習(xí)互動,例5 2018石家莊一中期中 如圖3-4-7所示,在磁感應(yīng)強度B=1.0 T、方向豎直向下的勻強磁場中有一個與水平面成=37角的平行導(dǎo)電滑軌,滑軌上垂直放置一個可以自由

11、滑動的金屬桿ab.已知接在滑軌中的電源電動勢E=12 V,內(nèi)阻不計,滑軌間距L=0.5 m,金屬桿質(zhì)量m=0.2 kg,桿與平行滑軌間的動摩擦因數(shù)=0.5,不計滑軌與ab桿的電阻,g取10 m/s2.當(dāng)接在滑軌上的變阻器R接入電路的阻值在什么范圍內(nèi)變化時,可以使ab桿在滑軌上保持靜止?(sin 37=0.6,cos 37=0.8),圖3-4-7,,學(xué)習(xí)互動,,答案 1.5 R16.5 解析 ab桿剛好不下滑時受力如圖甲所示,設(shè)此時安培力為F1,變阻器接入電路的電阻為R1,根據(jù)平衡條件有 FN1=mgcos +F1sin mgsin =FN1+F1cos 又F1=BI1L,I1=, 解得R1=1

12、6.5 ,,學(xué)習(xí)互動,,ab桿剛好不上滑時受力如圖乙所示,設(shè)此時安培力為F2,變阻器接入電路的電阻為R2,根據(jù)平衡條件有 FN2=mgcos +F2sin mgsin +FN2=F2cos 又F2=BI2L,I2= 解得R2=1.5 故1.5 R16.5 .,備用習(xí)題,,1. 如圖3412所示，兩條導(dǎo)線相互垂直，但相隔一段距離其中AB固定，CD能自由運動，當(dāng)直線電流按圖示方向通入兩條導(dǎo)線時，導(dǎo)線CD將(從紙外向紙內(nèi)看)() A順時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導(dǎo)線AB B逆時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導(dǎo)線AB C順時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導(dǎo)線AB D逆時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導(dǎo)線AB,圖3412,,備用習(xí)題,,備用習(xí)題,

13、,2. 如圖3414所示，放在臺秤上的條形磁鐵兩極未知，為了探明磁鐵的極性，在它中央的正上方固定一導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則() A如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵左端是北極 B如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵右端是北極 C無論如何臺秤的示數(shù)都不可能變化 D以上說法都不正確,圖3414,,備用習(xí)題,,答案 B 解析 b帶電后，由于靜電感應(yīng)，a的近端和遠端分別出現(xiàn)等量的負電荷和正電荷，b對a的吸引作用大于排斥作用，故b先吸引a，a、b接觸后帶同種電荷，相互排斥，選項B正確,備用習(xí)題,,3. (多選)已知質(zhì)量為m的通電細桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，有電流時，ab恰好在導(dǎo)軌上靜

14、止，如圖3415所示圖3416是它的四個側(cè)視圖，則圖中四種可能的勻強磁場方向，其中能使桿ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力為零的是(),圖3415,ABCD,圖3416,,,備用習(xí)題,答案 AB 解析 用左手定則判斷各圖中通電細桿所受的安培力的方向，再判斷通電細桿所受的合力可知，選項A、B正確,,,自我檢測,1. (左手定則應(yīng)用)如圖3-4-8所示,表示磁場對直線電流的作用力示意圖中正確的是 (),答案 .A 解析 應(yīng)用左手定則,A中安培力豎直向上,A正確;B中導(dǎo)線不受安培力,C中安培力豎直向上,D中安培力垂直紙面向外,B、C、D錯誤.,圖3-4-8,,,自我檢測,2.(等效長度的理解)如圖3-4-9所示

15、,長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等、夾角為60的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為B.當(dāng)在該導(dǎo)線中通以大小為I的電流時,該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為 (),答案 C 解析 V形導(dǎo)線通入電流I時,每條邊受到的安培力大小均為BIl,方向分別垂直于導(dǎo)線斜向上,再由平行四邊形定則可得其合力F=BIl,選項C正確.,圖3-4-9,A.0B.BIl C.BIlD.2BIl,,自我檢測,3.(安培力作用下的平衡問題)如圖3-4-10所示,金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細線水平懸掛,處于豎直向上的勻強磁場中,棒中通以由M向N的電流,平衡時兩懸線與豎直方向的夾角均為.如果僅改變下列某一個條件,

16、角的相應(yīng)變化情況正確的是() A.棒中的電流變大,則角變大 B.兩懸線等長變短,則角變小 C.金屬棒質(zhì)量變大,則角變大 D.磁感應(yīng)強度變大,則角變小,圖3-4-10,,,自我檢測,答案 A 解析 以MN為研究對象,受力分析如圖所示,根據(jù)平衡條件有tan ==,由該式知,金屬棒中的電流變大,則角變大,A正確;兩懸線變短,不影響平衡狀態(tài),則角不變,B錯誤;金屬棒質(zhì)量變大,則角變小,C錯誤;磁感應(yīng)強度變大,則角變大,D錯誤.,,自我檢測,4.(安培力作用下的運動問題)最近研制出一種可以投入使用的電磁軌道炮,其原理如圖3-4-11所示,炮彈(可視為長方形導(dǎo)體)置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間,并與導(dǎo)軌內(nèi)壁密接

17、,開始時炮彈靜止在導(dǎo)軌的一端,通以電流后炮彈會被磁場力加速,最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出.設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離d=0.10 m,導(dǎo)軌長L=5.0 m,炮彈質(zhì)量m=0.30 kg,導(dǎo)軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示.可認為,炮彈在軌道內(nèi)運動時,它所在處磁場的磁感應(yīng)強度始終為B=2.0 T,方向垂直于紙面向里.若炮彈在出口處的速度為v=2.0103 m/s,忽略摩擦力與重力的 影響以及發(fā)射過程中電流產(chǎn)生的焦耳熱,試求: (1)通過導(dǎo)軌的電流I; (2)發(fā)射過程中電源的最大輸出功率P.,圖3-4-11,,,自我檢測,答案 (1)6.0105 A(2)2.4108 W 解析 (1)炮彈的加速度為a=,炮彈做勻加速運動,有v2=2aL 解得I==6.0105 A. (2)電源的最大輸出功率P=BIdv=2.4108 W.,