【优化方案】高二物理 第3章第二节磁场对通电导线的作用安培力课件 教科

第二节磁场对通电导线的作用——安培力课标定位学习目标：1.通过实验探究的方法知道安培力大小的决定因素．2．理解并掌握安培力的计算公式F＝ILB.3．知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向．4．了解电动机、磁电式电流表的构造及原理．重点难点：安培力大小的实验探究及安培力方向的判断．

核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练第二节磁场对通电导线的作用——安培力课前自主学案课前自主学案一、安培力1．探究影响通电导线受力的因素(1)将一根________水平悬挂在磁铁的两极间，导线的方向与磁场的方向______．(2)控制变量法①保持磁场中直导线的长度不变，改变_________，通过观察___________大小来比较磁场力大小．②保持电流不变，改变磁场中______________，通过观察直导线_____大小来比较磁场力大小．直导线垂直电流大小弹簧测力计蹄形磁体个数受力(3)结论：通电直导线与磁场_________时，磁场对通电导线作用力的大小与_________和________都成正比．2．安培力的大小(1)通电导线跟磁场垂直时：安培力最大，F＝____.(2)通电导线跟磁场平行时：安培力最小，F＝__.3．安培力的方向(1)左手定则：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让_______垂直穿过手心，四指指向_____方向，则大拇指所指方向就是_________所受安培力的方向.方向垂直导线长度电流大小ILB0磁感线电流通电导线(2)通电导线在磁场中受到的安培力方向，既与_________垂直，又与_________垂直，即垂直于_________和__________所确定的平面．二、电动机——安培力的重要应用1．构造：由磁场(磁体)、_________、____、____及电源组成．2．原理：(图见教材P87)电流从滑环A流入时，从滑环B流出，滑环起一个_______的作用，当线圈通电后，由于受到_______的作用，线圈在磁场中旋转起来．电流方向磁场方向电流方向磁场方向转动线圈滑环电刷换向器安培力核心要点突破一、安培力大小的计算1．公式F＝ILB中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0.2．弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图3－2－1)；相应的电流沿L由始端流向末端．图3－2－13．若磁场和电流成θ角时，如图3－2－2所示．可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥对电流是没有作用的．F＝ILB⊥＝ILBsinθ，即F＝ILBsinθ.图3－2－2特别提醒：(1)公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析．(2)公式F＝IBLsinθ中的Lsinθ也可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”．(3)用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中．即时应用(即时突破，小试牛刀)1．一根长为0.2m、电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是(

)A．0.4N

B．0.2NC．0.1ND．0N解析：选BCD.据安培力的定义，当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时，磁场力有最大值为Fm＝BIL＝0.5×2×0.2N＝0.2N.当两者方向平行时，磁场力有最小值为0N.随着二者方向夹角的不同，磁场力大小可能在0N与0.2N之间取值．二、安安培力力方向向的判判断1．安培培力的的方向向总是是垂直直于磁磁场方方向和和电流流方向向所决决定的的平面面，在在判断断安培培力方方向时时首先先确定定磁场场和电电流所所确定定的平平面，，从而而判断断出安安培力力的方方向在在哪一一条直直线上上，然然后再再根据据左手手定则则判断断出安安培力力的具具体方方向．．2．已知知I、B的方向向，可可惟一一确定定F的方向向；已已知F、B的方向向，且且导线线的位位置确确定时时，可可惟一一确定定I的方向向；已已知F、I的方向向时，，磁感感应强强度B的方向向不能能惟一一确定定．3．由于于B、I、F的方向向关系系在三三维立立体空空间中中，所所以解解决该该类问问题时时，应应具有有较好好的空空间想想象力力．如如果是是在立立体图图中，，还要要善于于把立立体图图转换换成平平面图图．4．判断断通电电导线线或线线圈在在安培培力作作用下下的运运动方方向的的几种种方法法(1)电流元元分析析法：：把整整段电电流分分成很很多小小段直直线电电流，，其中中每一一小段段就是是一个个电流流元．．先用用左手手定则则判断断出每每小段段电流流元受受到的的安培培力的的方向向，再再判断断整段段电流流所受受安培培力的的方向向，从从而确确定导导线的的运动动方向向．(2)特殊位位置分分析法法：根(3)等效分析法：环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等效为条形磁铁，其南、北极由安培定则判定．5．分析析通电电导线线在安安培力力作用用下运运动情情况的的一般般步骤骤(1)画出(2)用左手定则确定各段通电导线所受安培力；(3)据初速度方向结合牛顿运动定律确定导线的运动情况．特别提醒：(1)在F、I、B三个物理量中，F与I、F与B一定垂直，但B与I不一定垂直．(2)判断通电线圈在磁场中的转动情况，应找准具有对称关系的特殊位置的电流元．即时应应用(即时突突破，，小试试牛刀刀)2.通电矩矩形导导线框框abcd与无限限长通通电直直导线线MN在同一一平面面内，，电流流方向向如图图3－2－3所示，，ab与MN平行．．关于于MN的磁场场对线线框的的作用用，下下列叙叙述中中正确确的是是()A．线框框有两两条边边所受受的安安培力力的方方向相相同B．线框框有两两条边边所受受的安安培力力大小小相等等C．线框受安安培力的合合力向左D．cd边所受安培培力对ab边的力矩不不为零图3－2－3解析：选BC.通电矩形线线框abcd在无限长直直通电导线线形成的磁磁场中，受受到磁场力力的作用，，对于ad边和bc边，所在的的磁场相同同，但电流流方向相反反，所以ad和bc边所受磁场场力(安培力)大小相等，，方向相反反，即ad边和bc边所受合力力为零．而而对于ab和cd两条边，由由于在磁场场中，离长长直导线的的位置不同同，ab边近且由左左手定则判判断受力向向左，cd边远且由左左手定则判判断受力向向右，所以以ab边、cd边受合力方方向向左，，故B、C选项正确．．三、安培力力作用下的的物体平衡衡1．有安培力力参与的物物体平衡，，此平衡与与前面所讲讲的物体平平衡一样，，也是利用用物体平衡衡条件解题题．只是多多了一个安安培力而已已．2．与闭合电电路欧姆定定律相结合合的题目，，主要应用用：(1)闭合电路欧欧姆定律；；(2)求安培力用用公式F＝BIL；(3)物体平衡条条件．3．在安培力力作用下的的物体平衡衡的解题步步骤和前面面我们学习习的共点力力平衡相似似，一般也也是先进行行受力分析析，再根据据共点力平平衡的条件件列出平衡衡方程．其其中重要的的是在受力力分析过程程中不要漏漏掉了安培培力．即时应用(即时突破，，小试牛刀刀)3.如图3－2－4所示，在倾倾角为α的光滑斜面面上，垂直直纸面放置置一根长为为L、质量为m的直导体棒棒，在导体体棒中的电电流I垂直纸面向向里时，欲欲使导体棒棒静止在斜斜面上，下下列外加匀匀强磁场的的磁感应强强度B的大小和方方向正确的的是()图3－2－4课堂互动讲练类型一安培力大小的计算例1如图3－2－5所示，导线线abc为垂直折线线，其中电电流为I，ab＝bc＝L，导线所在在的平面与与匀强磁场场垂直，匀匀强磁场的的磁感应强强度为B，求导线abc所受安培力力的大小和和方向．图3－2－5【思路点拨】利用F＝ILB可以计算算安培力力的大小小．【规律总结结】对安培力力公式F＝BILsinθθ的正确理理解是分分析的关关键．本本题中既既可分段段求解，，然后求求合力，，又可采采用等效效方法进进行计算算．变式训练练1将长为1m的导线ac从中点b折成如图图3－2－6所示的形形状，放放入B＝0.08T的匀强磁磁场中，，abc平面与磁磁场垂直直．若在在导线abc中通入25A的直流电电，则整整个导线线所受安安培力大大小为________N.图3－2－6类型二安培力方向的判断例2如图3－2－7所示，一一金属直直杆MN两端接有有导线，，悬挂于于线圈上上方，MN与线圈轴轴线均处处于竖直直平面内内，为使使MN垂直纸面面向外运运动，可可以()图3－2－7A．将a、c端接在电电源正极极，b、d端接在电电源负极极B．将b、d端接在电电源正极极，a、c端接在电电源负极极C．将a、d端接在电电源正极极，b、c端接在电电源负极极D．将a、c端接在交交流电源源的一端端，b、d端接在交交流电源源的另一一端【思路点拨拨】磁场的方方向、电电流的方方向、安安培力的的方向遵遵守左手手定则，，电流的的磁场用用安培定定则判断断．【精讲精析析】要求直杆杆MN垂直纸面面向外运运动，把把直杆所所在处的的磁场方方向和直直杆中电电流画出出来，得得A、B正确．若若使a、c两端(或b、d两端)的电势相对于于另一端b、d(或a、c)的电势的高低低做同步变化化，线圈磁场场与电流方向向的关系跟上上述两种情况况一样，故D也正确．【答案】ABD【规律总结】安培定则、左左手定则往往往同时应用．．应特别注意意，安培定则则是判断电流流的磁场方向向，又称右手手螺旋定则，，而左手定则则是用左手判判断电流的受受力情况的．．变式训练2在地球赤道上上空，沿东西西方向水平放放置一根通以以由西向东的的直线电流，，则此导线()A．受到竖直向向上的安培力力B．受到竖直向向下的安培力力C．受到由南向向北的安培力力D．受到由西向向东的安培力力解析：选A.地球赤道上空空的磁场方向向由南向北与与地面方向平平行，由左手手定则可判断断导线受到竖竖直向上的安安培力．类型三安培力作用下的平衡问题例3质量为m＝0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的的导轨上，导导轨的宽度d＝0.2m，杆ab与导轨间的动动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度度B＝2T的匀强磁场与与导轨平面垂垂直且方向向向下，如图3－2－8所示．现调节节滑动变阻器器的触头，试试求出为使杆杆ab静止不动，通通过ab杆的电流范围围为多少？图3－2－8【思路点拨】先对ab进行正确受力力分析，根据据平衡条件求求安培力的最最大值、最小小值，可确定定电流的范围围．【自主解答】杆ab中的电流为a到b，所受的安培培力方向平行行于导轨向上上．当电流较较大时，导体体有向上的运运动趋势，所所受静摩擦力力向下；当静静摩擦力达到到最大时，磁磁场力为最大大值F1，此时通过ab的电流最大为为Imax；同理，当电电流最小时，，应该是导体体受向上的静静摩擦力，此此时的安培