高中物理 第3章 磁場(chǎng) 4 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力課件 新人教版選修3-1

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1、第 三 章 磁場(chǎng)4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(jì)算公式及求解方法了解磁電式電表的結(jié)構(gòu)和工作原理 根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流會(huì)產(chǎn)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(dòng)力摒棄傳統(tǒng)的火藥，采用電磁力。它由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸，當(dāng)兩軌接入電源時(shí)，強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會(huì)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(dòng)能，足以穿透厚鋼板。通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力與哪些因素有關(guān)呢？ 1 知 識(shí) 自 主 梳

2、理2 重 點(diǎn) 難 點(diǎn) 突 破3 考 點(diǎn) 題 型 設(shè) 計(jì)4 易 錯(cuò) 案 例 剖 析5 課 堂 知 識(shí) 結(jié) 構(gòu)6 隨 堂 鞏 固 提 升7 課 時(shí) 作 業(yè) 知 識(shí) 自 主 梳 理 1概 念把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指_，并且都與手掌在同一個(gè)_內(nèi)。讓磁感線從_進(jìn)入，并使四指指向_的方向，這時(shí)_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。安 培 力知 識(shí) 點(diǎn) 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(yīng)強(qiáng)度與通電導(dǎo)線之間的夾角。(2)說(shuō)明：A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

3、直時(shí)，所受的安培力最大：F_。B當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時(shí)，所受安培力_。BILsin BIL為零 1構(gòu) 造磁鐵、_、螺旋彈簧、指針、極靴。2原 理通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力而偏轉(zhuǎn)。(1)線圈_越大，被測(cè)電流就越大。(2)根據(jù)_的方向，可以知道被測(cè)電流的方向。知 識(shí) 點(diǎn) 2 磁 電 式 電 流 表線圈偏轉(zhuǎn)的角度線圈偏轉(zhuǎn) 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_方向，保持線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安培力的大小不受磁場(chǎng)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(chǎng)方向_，表盤(pán)刻度均勻，如圖所示。4優(yōu) 、 缺 點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是_高，能測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的_，允許通過(guò)的電流

4、很弱。半徑平行靈敏度導(dǎo)線很細(xì) 重 點(diǎn) 難 點(diǎn) 突 破 1安培力的方向不僅跟磁場(chǎng)方向垂直，還跟電流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁場(chǎng)方向與電流方向所構(gòu)成的平面。在判斷安培力方向時(shí)，應(yīng)首先判定這個(gè)平面，然后再應(yīng)用左手定則。2當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流與磁場(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，只是磁感線不是垂直進(jìn)入掌心。3注意區(qū)別安培力的方向和電場(chǎng)力的方向與磁場(chǎng)、電場(chǎng)的方向的關(guān)系，安培力的方向總是與磁場(chǎng)的方向垂直，而電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向平行。一 、 安 培 力 方 向 的 判 斷 特 別 提 醒 (1)FI，F(xiàn)B，但B與I不一定垂直。(2)若已知B、I

5、方向，F(xiàn)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(duì) 安 培 力 F ILBsin的 理 解(1)當(dāng)B與I垂直時(shí)，即sin901，則FILB；當(dāng)B與I成角時(shí)，F(xiàn)ILBsin，是B與I的夾角。(2)L是有效長(zhǎng)度，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中彎曲導(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)；相應(yīng)的等效電流沿L由始端流向末端。二 、 安 培 力 大 小 的 計(jì) 算 2F ILBsin的 適 用 條 件導(dǎo)線所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。3電 流 在 磁 場(chǎng) 中 的 受 力 特 點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中一定會(huì)受到電場(chǎng)力作用，但是電流在磁場(chǎng)中不一定受安培力作用。當(dāng)

6、電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，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(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FIBLsin中的Lsin也可以理解為垂直于磁場(chǎng)方向的“有效長(zhǎng)度”。 1如圖甲，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)_。3如圖丙，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向成角，此時(shí)安培力F_，這是一般情況下安培力的表達(dá)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(yīng)用判斷電流的磁場(chǎng)方向判斷電流在磁場(chǎng)中的受力方向內(nèi)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(chǎng)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(guò)手掌心，四指指向電流方向結(jié)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(chǎng)力的方向 四 、 分 析 導(dǎo) 體 在 磁 場(chǎng) 中 運(yùn) 動(dòng) 情 況 的 幾 種 常 用 方 法電流元法把整段彎曲導(dǎo)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(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)便于分析的特殊位置時(shí)，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)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(gè)環(huán)形

8、電流，反過(guò)來(lái)等效也成立。等效后再確定相互作用情況 特 別 提 醒 (1)導(dǎo)體處于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，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(shí)，通常選擇等效法。結(jié)論法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，異向電流互相排斥；兩不平行的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)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問(wèn)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，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向。 答 案 ：這些電器工作時(shí)的共同特點(diǎn)是都要使用電動(dòng)機(jī)。而電動(dòng)機(jī)的原理

9、是通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力作用而旋轉(zhuǎn)，從而將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 考 點(diǎn) 題 型 設(shè) 計(jì) 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(chǎng)方向垂直，而H中電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直，由左手定則判斷如圖：答 案 ：見(jiàn)解析 點(diǎn) 評(píng) ：解答此類題目時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)安培力總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所確定的平面。(2)I、B方向不垂直時(shí)，讓磁感線斜著穿過(guò)掌心。 答 案 ： 題 型 2 安 培 力 作 用 下 導(dǎo) 體 的 平 衡 B 解 析 ：設(shè)圓環(huán)的半徑為r，則圓環(huán)的質(zhì)量為：m環(huán)2r2.5103kg，磁場(chǎng)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(dǎo) 體 的 運(yùn) 動(dòng) 問(wèn) 題 B 解 析 ：由安培定則可知直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是以直線電流為圓心的同心圓，AB中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在CD導(dǎo)線所在平面內(nèi)的磁感線如圖甲所示(俯視圖甲)。由左手定則可知，CD通電導(dǎo)線在M點(diǎn)受到的磁場(chǎng)力垂直于紙面向里，在N點(diǎn)受到的磁場(chǎng)力垂直于紙面向外。由于磁場(chǎng)的對(duì)稱性，M、N兩點(diǎn)的磁場(chǎng)力大小相等、方向相反，使得CD通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，即CD電流將會(huì)轉(zhuǎn)到與AB同向的位置。在圖乙中，CD中的電流所受到的磁場(chǎng)力由左手定則可知，CD將向AB靠近。 易 錯(cuò) 案 例 剖 析 BCD 易 錯(cuò) 分 析 ：很多同學(xué)只選C，認(rèn)為合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零導(dǎo)線才不受安培力的作用，漏選B、D。出現(xiàn)錯(cuò)誤的主要原因是不清楚當(dāng)合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿導(dǎo)線方向時(shí)導(dǎo)線也不受安培力。 課 堂 知 識(shí) 結(jié) 構(gòu) 隨 堂 鞏 固 提 升 課 時(shí) 作 業(yè)