物理人教版高中选择性必修二（2019年新编）1-1磁场对通电导线的作用力 课件

第1节磁场对通电导线的作用力第一章安培力与洛伦兹力根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置——电磁炮。电磁炮的炮弹动力摒弃传统的火药，采用电磁力。它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸，当两轨接入电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的速度射出，弹丸体积虽小，但由于初速度特别大，所以具有很大的动能，足以穿透厚钢板。通电导体在磁场中受力与哪些因素有关呢？新知探究新知探究知识点安培力定义——通电导体在磁场中受的力称为安培力。安培力的方向1新知探究知识点安培力左手定则伸开左手，使拇指与四指在同一个平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流的方向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。1新知探究知识点安培力1新知探究知识点安培力1新知探究F⊥B，F⊥I，B⊥I知识点安培力1新知探究F⊥B，F⊥I，B⊥I知识点安培力1新知探究F⊥B，F⊥I，B⊥I知识点安培力1新知探究F⊥B，F⊥I，B⊥I知识点安培力1新知探究F⊥B，F⊥I，B与I不垂直知识点安培力1新知探究F、B、I三者的方向之间的关系：安培力方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面，即F⊥B，F⊥I，但B与I不一定垂直。名师指点安培力方向的判断1．安培力的方向不仅跟磁场方向垂直，还跟电流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁场方向与电流方向所构成的平面。在判断安培力方向时，应首先判定这个平面，然后再应用左手定则。2．当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不是垂直进入掌心。3．注意区别安培力的方向和电场力的方向与磁场、电场的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行。知识点安培力1新知探究【例1】画出图中第三者的方向。【答案】由左手定则作答。×名师指点安培定则与左手定则的区别安培定则(右手螺旋定则)左手定则应用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向内容具体情况直线电流环形电流或通电螺线管电流在磁场中条件大拇指指向电流的方向四指弯曲的方向指向电流的环绕方向磁感线穿过手掌心，四指指向电流方向结果四指弯曲方向表示磁感线的方向大拇指指向轴线上的磁感线方向大拇指指向电流受到的磁场力的方向名师指点分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法电流元法把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向特殊位置法通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立。等效后再确定相互作用情况名师指点分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向。[特别提醒](1)导体处于非匀强磁场中时，通常用电流元法判断其受力情况。(2)判断条形磁铁(或小磁针)与环形电流间的相互作用时，通常选择等效法。知识点安培力的大小2新知探究当电流与磁场方向垂直时，F=ILB知识点安培力的大小2新知探究当电流与磁场方向夹θ角时，F=ILBsinθ知识点安培力的大小2新知探究名师指点对安培力F＝ILBsinθ的理解(1)当B与I垂直时，即sin90°＝1，则F＝ILB；当B与I成θ角时，F＝ILBsinθ，θ是B与I的夹角。(2)L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图)；相应的等效电流沿L由始端流向末端。名师指点F＝ILBsinθ的适用条件导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线。名师指点电流在磁场中的受力特点电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用。当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。名师指点[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”。知识点安培力的大小2新知探究【例】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为450，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)【答案】R=0.2Ω知识点磁电式电流表3新知探究电流表是测定电流强弱和方向的仪器，常用的是磁电式电流表，其结构和原理如图所示。知识点磁电式电流表3新知探究构造：最基本的是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈．原理①通电线圈在磁场中受安培力发生转动．螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动．②线圈偏转的角度越大，被测电流就越大，所以根据线圈偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小；根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向．知识点磁电式电流表3新知探究特点两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，线圈所受安培力的方向始终与线圈平面垂直，线圈平面都与磁场方向平行，表盘刻度均匀，如图所示。知识点磁电式电流表3新知探究优、缺点优点是灵敏度高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。1．如图所示，矩形导线框ABCD用细绳悬挂，底边水平且通有逆时针方向的电流。在导线框的正下方，垂直于导线框所在平面有一固定长直导线。原来导线中无电流，现通以垂直纸面向外的电流，在短时间内（）A．导线框逆时针转动（从上往下看） B．导线框向右平移C．细绳拉力变大 D．导线框中心处的磁感应强度变小课堂训练【答案】C【详解】AB．由安培定则知通电直导线在导线框处产生的磁场方向为从右向左，根据左手定则知，AD边所受安培力方向垂直纸面向里，BC边所受安培力方向垂直纸面向外，从上往下看，导线框顺时针转动，不会平移，AB错误；C．导线框沿顺时针方向转动一个小角度后，由左手定则可知，CD边受到的安培力方向向下，AB边受到的安培力方向向上，但CD边距通电直导线近，CD边处的磁感应强度大于AB边处的磁感应强度，在竖直方向上导线框所受安培力方向向下，细绳拉力变大，C正确；课堂训练【答案】C【详解】D．导线框沿顺时针方向转动一个小角度后，根据安培定则，通电直导线产生的磁场从右向左穿过导线框，导线框产生的磁场也从右向左穿过导线框，两磁感应强度大小不变，夹角变小，则导线框中心处的合磁感应强度变大，D错误；故选C。课堂训练2．如图所示，将通电直导线AB用悬线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关（）A．A端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变B．A端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变C．A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小D．A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大课堂训练【答案】D【详解】当开关S接通时，根据安培定则知电磁铁附近磁感线的分布如下图所示由左手定则知通电直导线此时A端受力指向纸内，B端受力指向纸外，故直导线将转动，由特殊位置法知当直导线转到与磁感线垂直（即转过90°）时，整个直导线受到的安培力方向竖直向下，故悬线张力变大。故选D。课堂训练3．2019年12月6日，时速600千米磁悬浮列车在杭州亮相。磁悬浮列车利用了安培力的作用，下列说法中正确的是（）A．通电导线在磁场中一定受到安培力的作用B．一段垂直于磁场方向的直导线所受安培力与导线所处区域的磁感应强度成正比C．安培力的方向与导体所在处的磁场方向相同D．左手定则中，拇指所指方向为电流方向课堂训练【答案】B【详解】A．通电导线的电流方向和磁场方向平行时，通电导线不会受到安培力的作用，故A错误；B．由可知垂直于磁场方向的直导线所受安培力与导线所处区域的磁感应强度成正比，故B正确；C．安培力的方向垂直于磁场的方向，故C错误；D．左手定则中，拇指所指方向为安培力方向，故D错误。故选B。课堂训练4．如图为一台直流电动机的简化示意图。已知转子为n匝、长L、宽d的矩形线圈，匀强磁场的磁感应强度为B。当线圈中通有恒定电流I，转子绕线圈平面内垂直于磁场的轴