人教版选修3-1第三章第4节 通电导线在磁场中受到的力 课件 (共44张PPT)

第3章第4节

通电导线在磁场中受到的力一、知识回顾如何描述磁场强弱？安培力(Ampereforce)的方向1、定义：磁场对电流的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。

实验表明：通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。思考与讨论

在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？实验结果分析试画出下述两实验结果的正视图：BBIFIFF、B、I方向关系BIF示意图安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面左手定则：伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感应线从掌心进入,并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向遵循左手定则BIF示意图再次提醒：一定要使用左手！IBFFIBFIBIBF二、安培力方向的判断FIBFIBααBBIFαBI30°FFIIIBBB二、安培力方向的判断问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用请使用刚学过的知识解释本实验结果。同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。结论:FFF同向电流F反向电流（1）在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。问题:如果既不平行也不垂直呢？即：（2）平行时：BθI三、安培力的大小IB把磁感应强度B分解为两个分量：一个分量与导线垂直B1=Bsinθ另一分量与导线平行B2=Bcosθ平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定即F=ILB1F=ILBsinθθB2B1将B1=Bsinθ代入得通电直导线与磁场方向不垂直的情况三、安培力的大小公式：F=ILBsinθθ表示磁场方向与电流方向间的夹角注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场问题1:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？三、安培力的大小结论：F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直。问题2：F、B、I一定两两垂直吗？LF=BILF=BIL中的L为有效长度LLL思考与讨论试指出下述各图中的安培力的大小。例题：如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b的稳定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法：()（A）适当增大电流I（B）将电流反向并适当改变大小（C）适当增大磁场（D）将磁场反向并适当改变大小ACabI00.02N水平向右0.02N垂直导线，斜向左上方将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向IBIB30°IBGGLX巩固练习自由固定FF

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解析：两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势例题两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（）A.顺时针方向转动，同时靠近abB.逆时针方向转动，同时离开abC.顺时针方向转动，同时离开abD.逆时针方向转动，同时靠近ababcd如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是()GGLX巩固练习A．静止不动B．向纸外平动C．N极向纸外，S极向纸内转动D．N极向纸内，S极向纸外转动C磁场中某处的磁感线如图所示()A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba>BbB.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba<BbC.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处大D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处小abBGGLX巩固练习BacbI如图所示，直角三角形abc组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC=40cm，，求三角形框架各边所受的安培力。GGLX巩固练习如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流,线圈将会()A.纵向收缩,径向膨胀B.纵向伸长,径向膨胀C.纵向伸长,径向收缩D.纵向收缩,径向收缩纵向AGGLX巩固练习如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中放入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，盐水就会旋转起来．(1)猜想一下，盐水转动的方向，并实际做一做实验来验证．(2)探究盐水旋转的原因．XSND小试牛刀答案：(1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时针旋转．(2)盐水中形成了由圆形电极指向柱形电极的如图所示的电流，由于磁场方向向上，故盐水逆时针旋转．如图所示，天平右臂下面挂有一个矩形线圈宽为L，共N匝，线圈下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里．利用这架天平如何测定磁场的磁感应强度．(1)写出测量方法．(2)磁感应强度的表达式B＝___(用测量的物理量表示)．

解析：(1)在线圈中通入沿逆时针方向流动的电流I，在天平左右两盘各加质量分别为m1，m2的砝码，天平平衡，由此就可得到磁感应强度的大小．(2)线圈中通入电流I时，由左手定则，线圈底边所受安培力方向竖直向下，由天平平衡得：m1gL′＝(m2g＋NILB)L′，式中L′为天平力臂．解得B＝.答案：(1)见解析(2)1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。.四、磁电式电流表电流表构造中最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。电流表的构造电流表的工作原理如图所示，当电流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止转动。θ由于安培力与电流成正比，当线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。由左手定则可知，当流入线圈中的电流方向改变时，线圈上产生的安培力的方向也改变，从而使线圈和指针偏转的方向也改变。所以，根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。电流表的工作原理θ=NBIS/k电流表的特点1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；2、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；3、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。关于磁场对通电直导线的作用力,下列说法正确的是()A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面BCD把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电波,当开关接通后,将看到的现象是()A.弹簧向上收缩B.弹簧被拉长C.弹簧上下振动D.弹簧仍静止不动SC如图所示，导线abc为垂直折线,其中电流为I,ab=bc=L,导线拓在的平面与匀强磁场垂直,匀强磁场的磁感应强度为B,求导线abc所受安培力的大小和方向.abc如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为0.5m，质量为0.1kg的金属棒MN，此时弹簧伸长10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方向如何？MNBABD2、下列说法中正确的是（）A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零课堂练习ABD2、下列说法中正确的是（）A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零课堂练习BCD3、一根长为0.2m的电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是（）A、0.4N B、0.2N C、0.1N D、0×4、试画出下列各图中安培力的方向：课堂练习5、试画出下列各图中通电导体棒ab所受安培力的方向：课堂练习6、在垂直纸面向里的匀强磁场B中，有一个垂直磁感线的环形线圈，通有顺时针电流I，如图所示，则下列叙述中正确的是A、环形线圈所受的磁力的合力为零B、环形线圈所受的磁力的合力不为零C、环形线圈有收缩的趋势D、环形线圈有扩张的趋势AD课堂练习A7、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线()A、受到竖直向上的安培力B、受到竖直向下的安培力C、受到由南向北的安培力D、受到由西向东的安培力课堂练习B8、把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在水平方向的匀强磁场中，匀强磁场的方向与铝盘平面垂直，盘的下边浸在水银糟内，将转轴和水银用导线直接连在电源的两极上，如图所示，则下列说法正确的是（）A、由于磁场对电流的作用，铝盘将顺时针转动B、由于磁场对电流的作用，铝盘将逆时针转动C、将电源两极对调，铝盘的转动方向不会改变D、将电流及磁场方向同时改变，铝盘的转动方向改变

课堂练习D9、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB固定，CD可自由活动，当通以如图所示电流后，CD导线将（）A、顺时针方向转动，同时靠近AB B、逆时针方向转动，同时离开ABC、顺时针方向转动，同时离开AB D、逆时针方向转动，同时靠近AB课堂练习11、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏度的是（注：电表的灵敏度可以表示为θ/I=NBS/k）（）A、增加线圈的匝数；B、增强磁极间的磁感应强度；C、减小线圈的电阻；D、换用不易扭转的弹簧AB课堂练习12、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（）A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用

A课堂练习例题：在倾角为30°的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，导体棒处于静止状态。（1）若磁场方向竖直向下，则磁感应强度为多少？（2）欲使导体棒处于静止状态，所加磁场的磁感应强度最小为多少？方向如何？14、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)θNBGFNF安课堂练习3、如图所示，在倾角为30o的斜面上，放置两条宽L＝0.5m的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，在导轨上横放一根质量为m＝0.2kg的金属棒ab，电源电动势E＝12V，内阻r＝0.3