高中物理-第2章-三磁场对通电导线的作用课件-新人教版选修11

第一页，共42页。三磁场对通电导线(dǎoxiàn)的作用第二页，共42页。一、安培力1．定义(dìngyì)：通电导线在________受到的力叫做________．2．特点：通电直导线与磁场方向________时，所受的安培力________；与磁场方向________时，导线________安培力；导线与磁场方向斜交时，安培力介于最大值和零之间．3．大小：垂直磁场的通电直导线所受安培力与________成正比，与__________________成正比．4．安培力公式：F＝___________.温馨提示通电导线在磁场中不一定受到安培力作用．磁场(cíchǎng)中安培力

垂直(chuízhí)最大平行不受导线长度导线中电流BIL(I⊥B)

第三页，共42页。 二、磁感应强度 1．定义：垂直磁场放置的通电直导线，所受____________与导线长度和____________的比值，叫做该处磁场的______________．用符号______表示． 2．公式：B＝________，国际单位：________，简称(jiǎnchēng)特，符号____.1T＝________. 3．意义：描述______________和方向的物理量． 4．矢量性：磁感应强度的方向就是________的方向，即小磁针静止时的________所指的方向．安培力电流(diànliú)乘积磁感应强度(qiángdù)B特斯拉

T

磁场强弱

磁场N极第四页，共42页。三、安培力的方向1．安培力的方向与磁场方向________，与电流方向________．2．安培力的方向既________磁场方向又________电流方向．3．左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指________，并且都跟手掌在________平面内，让磁感线穿入手(rùshǒu)心，并使四指指向________的方向，那么________所指的方向就是通电导线所受________的方向．有关(yǒuguān)也有关(yǒuguān)垂直于垂直于垂直同一个电流拇指安培力第五页，共42页。一、安培力大小的计算1．电流与磁场垂直(1)公式(gōngshì)F＝ILB中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大，F＝ILB.(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2－3－1所示)；相应的电流沿L由始端流向末端．图2－3－1

第六页，共42页。2．电流与磁场不垂直(1)若磁场和电流成θ角，如图2－3－2所示．可以(kěyǐ)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2－3－2

第七页，共42页。(2)当θ＝0°时，F＝0，此时表明通电导线与磁场平行，导线不受安培力．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(tímù)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)用公式计算安培力仅适用于电流处于匀强磁场中．第八页，共42页。二、对磁感应强度的理解1．与电场强度一样(yīyàng)，磁感应强度是描述磁场力的性质的物理量．磁感应强度B的国际单位是特斯拉，符号是T，1T＝1N/(A·m)．磁感应强度B是矢量，其方向就是该处的磁场方向．第九页，共42页。3．磁感应强度(qiángdù)B与电场强度(qiángdù)E对比如下表：第十页，共42页。三、通电导线在安培力作用下的运动分析1．判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向(fāngxiàng)的几种方法(1)电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元．先用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力的方向(fāngxiàng)，再判断整段电流所受安培力的方向(fāngxiàng)，从而确定导线的运动方向(fāngxiàng)．第十一页，共42页。(2)特殊位置分析法：根据通电导线在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般(yībān)位置．(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．第十二页，共42页。2．分析通电导线在安培力作用下运动情况的一般步骤(1)画出通电导线所在(suǒzài)处的磁感线方向及分布情况；(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．第十三页，共42页。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(zhuàndòng)情况，应找准具有对称关系的特殊位置的电流元．第十四页，共42页。思考与讨论线圈在磁场中如何运动．如果放在磁场中的不是一段通电的导线，而是一个通电的矩形线圈abcd(图2－3－3)，会发生(fāshēng)什么现象？教材资料(zīliào)分析图2－3－3

点拨如图所示．由左手定则可判知ab、cd两边所受安培力的方向(fāngxiàng)相反，线圈绕OO′转动．这就是电动机的原理．第十五页，共42页。磁感应强度(qiángdù)的理解第十六页，共42页。C．通电导线所受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场D．磁场中某一点(yīdiǎn)的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关第十七页，共42页。答案(dáàn)D第十八页，共42页。借题发挥磁感应强度是矢量，它的方向是小磁针静止时N极所指的方向，而不是安培力的方向，磁感应强度是由磁场本身的性质来决定的，与是否在磁场中放入通电直导线以及(yǐjí)电流大小、导线长度、安培力的大小无关．在磁场中某一点的磁感应强度的大小和方向是唯一的．第十九页，共42页。【变式1】关于磁感应强度大小的说法正确的是()A．通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大B．磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向C．放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同(xiānɡtónɡ)D．磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关第二十页，共42页。【答案】D【解析】磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，磁感应强度的大小可由磁感线的疏密来反映(fǎnyìng)．安培力的大小不仅与B、I、L有关，还与导体的放法有关．第二十一页，共42页。【典例2】如图2－3－4所示，长为2L的直导线折成边长相等，夹角为60°的V形，并置于与其(yǔqí)所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流大小为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()A．0 B．0.5BILC．BIL D．2BIL安培力的大小(dàxiǎo)图2－3－4

第二十二页，共42页。解析导线有效长度为2Lsin30°＝L，所以该V形通电导线受到的安培力大小为BIL.答案C借题发挥(jiètífāhuī)F＝BIL只适用于导线与磁场垂直的情况，且磁感应强度B恒定，L指导线的始、末端线段的长度．第二十三页，共42页。【变式2】关于磁感应强度B、电流I、导线长L和电流所受安培力F的关系，下面的说法(shuōfǎ)中正确的是()A．在B＝0的地方，F一定等于零B．在F＝0的地方，B一定等于零C．若B＝1T，I＝1A，L＝1m，则F一定等于1ND．若L＝1m，I＝1A，F＝1N，则B一定等于1T【答案】A第二十四页，共42页。【解析】由F＝BIL可知，B为零时，F一定为零，但电流所受的安培力与通电导线的方向(fāngxiàng)有关，如导线与磁场平行时，安培力也为零，故B、C、D选项不正确．第二十五页，共42页。【典例3】如图2－3－5所示，把轻质导电线圈用绝缘(juéyuán)细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈()A．向左运动 B．向右运动C．静止不动 D．无法确定安培力的方向(fāngxiàng)图2－3－5

第二十六页，共42页。解析(jiěxī)解法一等效法．把通电线圈等效成小磁针．由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动．解法二电流元法．如图2－3－6所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力(hélì)水平向左，故线圈向左运动．答案A图2－3－6

第二十七页，共42页。借题发挥判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势(qūshì)，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势(qūshì)的方向．第二十八页，共42页。【变式3】在图中，标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其中(qízhōng)正确的是()第二十九页，共42页。【答案】C【解析】由通电导线在磁场中的受力情况和左手(zuǒshǒu)定则可知，C选项正确．第三十页，共42页。磁感应强度(qiángdù)的理解第三十一页，共42页。【答案(dáàn)】A第三十二页，共42页。第三十三页，共42页。【答案(dáàn)】C第三十四页，共42页。【解析】根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场(cíchǎng)中垂直于磁场(cíchǎng)方向的通电导线”，只有在这个方向上导线所受的安培力才最大，故A错误；当通电导线与磁场(cíchǎng)方向平行时，不受安培力作用，故B选项错误；在磁场(cíchǎng)源稳定的情况下，磁场(cíchǎng)内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的检验电流无关，C正确；由左手定则可确定，安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，故D错误．第三十五页，共42页。3．一段通电直导线平行于磁场(cíchǎng)方向放入匀强磁场(cíchǎng)中，如图2－3－7所示，导线上电流方向由左指向右．当导线以其中点O为轴转过90°的过程中，导线受到的安培力()A．大小不变，方向不变B．由0增至最大，方向时刻变C．由最大减小至0，方向不变D．由0增至最大，方向不变【答案】D安培力的大小(dàxiǎo)图2－3－7

第三十六页，共42页。【解析】导线转动前，电流方向与磁感线方向相同(xiānɡtónɡ)，导线不受安培力；当导线转过一个小角度，电流方向与磁感线不再平行，于是导线受到安培力；当导线转过90°时，电流方向与磁感线垂直，此时导线受的安培力最大．用左手定则可以判断安培力的方向始终不变．所以选项D正确．第三十七页，共42页。4．如图所示，在匀强磁场中放有下列(xiàliè)各种形状的通电导线，电流大小均为I，磁感应强度均为B，求各导线所受到的安培力．第三十八页，共42页。5．如图2－3－8所示，其中A、B、E图已知电流和其所受安培力的方向，试在图中标出磁场(cíchǎng)方向或电源的正负极．C、D图已知磁场(cíchǎng)和它对电流作用力的方向，试在图中标出电流方向．安培力的方向(fāngxiàng)图2－3－8

第三十九页，共42页。【解析】根据左手定则，导线在磁场中受力的方向既要与磁感线垂直，还要与导线中的电流方向垂直，且垂直于磁感线与电流所决定的平面．【答案】A图磁场方向垂直纸面向(miànxiànɡ)外；B图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向(miànxiànɡ)里；E图a端为电源负极．第四十页，共42页。6．如图2－3－9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(miànxiànɡ)里的电流，用N表示磁铁对桌面的压力，用f表示桌面对磁