2019春高中物理 第3章 磁場(chǎng) 4 通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt

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第三章 磁場(chǎng) 4通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受到的力 課前預(yù)習(xí) 1 概念把通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受的力稱(chēng)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(xiàn)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(xiàn)在磁場(chǎng)中所受安培力的方向 安培力 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(xiàn)之間的夾角 2 說(shuō)明 A 當(dāng)通電導(dǎo)線(xiàn)與磁感線(xiàn)垂直時(shí) 即電流方向與磁感線(xiàn)垂直時(shí) 所受的安培力最大 F B 當(dāng)通電導(dǎo)線(xiàn)與磁感線(xiàn)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(xiàn)圈在磁場(chǎng)中受到安培力而偏轉(zhuǎn) 1 線(xiàn)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 磁電式電流表 線(xiàn)圈 偏轉(zhuǎn)的角度 線(xiàn)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(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 安培力的大小不受磁場(chǎng)影響 線(xiàn)圈所受安培力的方向始終與線(xiàn)圈平面垂直 線(xiàn)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(xiàn)圈的 允許通過(guò)的電流很弱 半徑 平行 靈敏度 導(dǎo)線(xiàn)很細(xì) 判一判 1 通電導(dǎo)線(xiàn)所受安培力的方向與磁場(chǎng)的方向相同 2 通電導(dǎo)線(xiàn)所受安培力的方向與磁場(chǎng)的方向垂直 3 通電導(dǎo)線(xiàn)所受安培力的方向與直線(xiàn)電流的方向垂直 4 不通電的導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中一定不受安培力 5 通電的導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中一定受安培力 6 對(duì)處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的某段導(dǎo)線(xiàn)而言 所通電流越大 所受安培力越大 選一選 2018 山東濟(jì)南外國(guó)語(yǔ)學(xué)校 濟(jì)南一中等四校高二上學(xué)期期末 2017年1月25日 在中央電視臺(tái)CCTV10頻道播出的節(jié)目中 海軍電力工程專(zhuān)家馬偉明院士表示 正在研制設(shè)計(jì)中的國(guó)產(chǎn)003型航母采用電磁彈射已成定局 電磁彈射就是采用電磁的能量來(lái)推動(dòng)被彈射的物體向外運(yùn)動(dòng) 電磁炮就是利用電磁彈射工作的 電磁炮的原理如圖所示 則炮彈導(dǎo)體滑塊受到的安培力的方向是 A 豎直向上B 豎直向下C 水平向左D 水平向右解析 由左手定則可知 炮彈導(dǎo)體滑塊受到的安培力的方向是水平向左 故選C C 想一想 把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來(lái) 使它下端剛好跟杯中的水銀面接觸 并使它組成如圖所示的電路 當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通后將會(huì)看到什么現(xiàn)象 答案 彈簧上下跳動(dòng) 解析 通電后 彈簧的每一個(gè)圈都相當(dāng)一個(gè)環(huán)形電流 且各線(xiàn)圈都通以相同方向的電流 根據(jù)同向電流相互吸引 彈簧收縮 下端脫離水銀面 使電路斷開(kāi) 電路斷開(kāi)后 彈簧中的電流消失 磁場(chǎng)作用失去 彈簧在彈力和自身重力作用下下落 于是電路又接通 彈簧又收縮 如此周而復(fù)始 形成彈簧上下跳動(dòng) 課內(nèi)探究 如圖所示 我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫恼彰麟娏魇穷l率為50Hz 電壓為220V的交變電流 其大小和方向都在周期性變化 用一蹄形磁鐵慢慢地接近發(fā)光的白熾燈泡 可以看到燈絲顫抖起來(lái) 燈絲的 顫抖 說(shuō)明什么道理呢 提示 電流方向變化時(shí) 安培力的方向隨著變化 所以燈絲發(fā)生 顫抖 探究一安培力的方向 1 安培力方向的判斷 1 F B F I 即F垂直于B I決定的平面 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(xiàn)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 特別提醒 1 F I F B 但B與I不一定垂直 2 若已知B I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 解題指導(dǎo) 解答此類(lèi)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(xiàn)斜著穿過(guò)掌心 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 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1 畫(huà)出圖中通電直導(dǎo)線(xiàn)A受到的安培力的方向 答案 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 探究二安培力的大小 2 提示 與磁感應(yīng)強(qiáng)度B 導(dǎo)線(xiàn)中的電流I 導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度L等有關(guān) 1 對(duì)安培力F ILBsin 的理解 1 當(dāng)B與I垂直時(shí) 即sin90 1 則F ILB 當(dāng)B與I成 角時(shí) F 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(xiàn)的有效長(zhǎng)度L 等于連接兩端點(diǎn)直線(xiàn)的長(zhǎng)度 如圖 相應(yīng)的等效電流沿L由始端流向末端 2 F ILBsin 的適用條件導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn) 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)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F ILBsin 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F IBLsin 中的Lsin 也可以理解為垂直于磁場(chǎng)方向的 有效長(zhǎng)度 解題指導(dǎo) 解該類(lèi)問(wèn)題的基本思路是 1 選定研究對(duì)象 2 變?nèi)S為二維 如側(cè)視圖 剖面圖或俯視圖等 并畫(huà)出平面受力分析圖 其中安培力的方向要注意F安 B F安 I 3 列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進(jìn)行求解 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2 2018 北京市朝陽(yáng)區(qū)高二上學(xué)期期末 一種可測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的實(shí)驗(yàn)裝置 如圖所示 磁鐵放在水平放置的電子測(cè)力計(jì)上 兩極之間的磁場(chǎng)可視為水平勻強(qiáng)磁場(chǎng) 其余區(qū)域磁場(chǎng)的影響可忽略不計(jì) 此時(shí)電子測(cè)力計(jì)的示數(shù)為G1 將一直銅條AB水平 且垂直于磁場(chǎng)方向靜置于磁場(chǎng)中 兩端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與電源 開(kāi)關(guān) 滑動(dòng)變阻器和電流表連成回路 閉合開(kāi)關(guān) 調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片 當(dāng)電流表示數(shù)為I時(shí) 電子測(cè)力計(jì)的示數(shù)為G2 測(cè)得銅條在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度為L(zhǎng) 銅條始終未與磁鐵接觸 對(duì)上述實(shí)驗(yàn)下列說(shuō)法正確的是 如圖所示 在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極 沿邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極 將兩電極接在電池的兩極上 然后在玻璃皿中放入鹽水 把玻璃皿放入蹄形磁鐵的磁場(chǎng)中 N極在下 S極在上 通電后鹽水就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái) 探究三安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng) 3 通電后的鹽水為什么會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái)呢 這個(gè)現(xiàn)象對(duì)你有什么啟發(fā) 提示 鹽水受到磁鐵的磁場(chǎng)力作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng) 鹽水中有指向圓心的電流 根據(jù)左手定則 半徑方向上的電流將受到安培力使得鹽水逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 可以根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出無(wú)轉(zhuǎn)子的洗衣機(jī) 衣服越臟 導(dǎo)電能力越強(qiáng) 電流越大 就受到更大的安培力 轉(zhuǎn)速就更快 洗滌效果就更強(qiáng) 1 判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的常規(guī)思路 不管是電流還是磁體 對(duì)通電導(dǎo)體的作用都是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 因此 此類(lèi)問(wèn)題可按下面步驟進(jìn)行分析 1 確定導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)分布情況 2 結(jié)合左手定則判斷導(dǎo)體所受安培力的方向 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 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 C 解析 1 電流元法 將導(dǎo)線(xiàn)AB從N S極的中間分成兩段 對(duì)AO OB段所處的磁場(chǎng)方向如圖甲所示 由左手定則可知AO段受安培力的方向垂直于紙面向外 OB段受安培力的方向垂直于紙面向里 可見(jiàn)從上向下看 導(dǎo)線(xiàn)AB將繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 2 特殊位置法 根據(jù)導(dǎo)線(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)90 時(shí)的特殊位置判斷其上下運(yùn)動(dòng)情況 如圖乙所示 導(dǎo)線(xiàn)AB此時(shí)受安培力的方向豎直向下 導(dǎo)線(xiàn)將向下運(yùn)動(dòng) 綜合上述由兩個(gè)特殊位置的判斷可知 當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)不在上述的特殊位置時(shí) 所受安培力使導(dǎo)線(xiàn)AB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要向下運(yùn)動(dòng) 故選項(xiàng)C正確 對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3 2016 江西南昌二中高二上學(xué)期期中 如圖所示 兩個(gè)完全相同且相互絕緣 正交的金屬環(huán) 可沿軸線(xiàn)OO 自由轉(zhuǎn)動(dòng) 現(xiàn)通以圖示方向電流 沿OO 看去會(huì)發(fā)現(xiàn) D A A環(huán) B環(huán)均不轉(zhuǎn)動(dòng)B A環(huán)將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) B環(huán)也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 兩環(huán)相對(duì)不動(dòng)C A環(huán)將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) B環(huán)也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 兩環(huán)相對(duì)不動(dòng)D A環(huán)將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) B環(huán)將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 兩者吸引靠攏至重合為止 解析 利用結(jié)論法求解 由安培定則可得 A環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向向下 B環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向向左 兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用后有磁場(chǎng)的方向趨向一致的趨勢(shì) 所以A環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) B環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 二者相互靠攏 直至重合 故D正確 素養(yǎng)提升 安培定則與左手定則的比較 C 解析 首先根據(jù)右手螺旋定則判斷通電螺線(xiàn)管產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向向右 所以在A處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向水平向左 再根據(jù)左手定則判斷可知A受到通電螺線(xiàn)管磁場(chǎng)的作用力的方向豎直向上 C正確