3[1].4 通电导线在磁场中受到的力 课件(人教版选修3-1).ppt

1、4 通电导线在磁场中受到的力,1安培力的方向,磁场,磁感线,电流,安培力,(1)安培力：通电导线在_中受的力称为安培力 (2)左手定则：伸出左手，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_从手心进入，并使四 指指向_的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在 磁场中所受_的方向,2安培力的大小,(1)当 B 与 I 垂直时，安培力的大小 F_. (2)当 B 与 I 平行时，安培力的大小 F_.,(3)当 B 与 I 成角时，安培力的大小 F_，是,磁感应强度 B 的方向与导线方向的夹角,3磁电式电流表,(1)构造：_、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴等 (2)原理：通电线圈在磁场中受

2、到_而偏转 线圈偏转的角度越大，被测电流就_根据线 圈_，可以知道被测电流的方向,ILB,0,磁铁,安培力,越大,偏转的方向,ILBsin ,知识点 1 安培力的方向,图 341,按照图 341 所示进行实验： (1)调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，则导线的受力方 向_(填“改变”或“不改变”) (2)改变导线中的电流方向，则导线的受力方向_(填 “改变”或“不改变”) (3)结论：安培力的方向与磁场方向、电流方向_(填 “有关”或“无关”)，且安培力方向_于磁感线和通电 导线所在的平面,改变,改变,有关,垂直,1安培力方向的判断方法：左手定则,伸出左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手

3、掌在 同一平面内；让磁感线从手心进入，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,2判断安培力的方向时应注意以下几点,(1)安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定 的平面在判断时首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判 断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断 出安培力的具体方向,(2)当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力方向仍垂直于 电流与磁场所决定的平面，仍可用左手定则来判断安培力的方 向，只是磁感线不再垂直穿过手心,(3)注意区别安培力、电场力方向与场方向的关系，安培力 方向总与磁场方向垂直，而电场力方向与电场的方向平行 3电流

4、间相互作用规律：同向电流相互吸引，异向电流相,互排斥,【例 1】如选项所示的通电导线，在磁场中受力分析正确,的是(,),解析：注意安培定则与左手定则的区分，通电导体在磁场 中的受力用左手定则 答案：C,【触类旁通】 1在赤道处沿东西方向放置一根通电直导线，导线中电子 定向运动的方向是由东向西，则导线受到地磁场的作用力的方,向为(,),A向上,B向下,C向东,D向北,解析：地磁场南北极与地理南北极恰好相反赤道处导线 内电流方向为自西向东，地磁场磁感线由南极指向北极，故安 培力向上,答案：A,2用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让 两者等高平行放置，如图 342 所示当两导线环中通入方

5、,向相同的电流 I1、I2 时，则有(,),A两导线环相互吸引 B两导线环相互排斥 C两导线环无相互作用力 D两导线环先吸引后排斥 图 342,解析：通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质 是对放入其中的磁体或电流产生力的作用由于导线环中通入 的电流方向相同，两者同位置处的电流方向完全相同，相当于 通入同向电流的直导线，据同向电流相互吸引的规律，知两导 线环应相互吸引，故 A 正确,答案：A,知识点 2 安培力的大小 1安培力的大小 (1)当通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力 F _. (2)当通电导线与磁场方向平行时，它所受的安培力 F _.,ILB,0,(3)当通电导线与磁场方

6、向成角时，如图 343 所示，可 把磁感应强度 B 分解为两个分量：一个与导线垂直的分量 B _；一个与导线平行的分量 B_.其中平行于导线 的分量 B不产生安培力，导线所受安培力仅由 B产生，由此 可得到 FILB_.,图 343,ILBsin ,Bsin ,Bcos ,2如图 344 所示，半径为 r 的半圆形导线与磁场 B 垂 直放置，当导线中通以电流 I 时，导线受到的安培力多大？,图 344,解：导线的等效长度为 2r，故安培力 F2BIr.,1公式 FILB 中 L 为导线垂直于磁场方向的有效长度 当 B 与 I 垂直时，安培力最大，FILB；当 B 与 I 平行时，安 培力最小，

7、F0；当 B 与 I 成角时，FILBsin ，如图 34 5 所示,图 345,图 346,注意：公式 FILBsin 中是 B 与 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弯曲导线的有效长度 L，等于连接两端点直线的长度(如 图 346 所示)；相应的电流沿 L 由始端向末端 【例 2】如图 347 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强度为 I 的电流,时，该 V 形通电导线受到的安培力大小为(,),A0,B0.5BIl,CBIl,D2BIl,图

8、347,解析：V 形通电导线的等效长度为图 348 中虚线部分，,所以 FBIl，故选项 C 正确,图 348,答案：C,【触类旁通】 3一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上 的电流方向由左向右，如图 349 所示在导线以其中心点,为轴转动 90的过程中，导线受到的安培力(,),A大小不变，方向不变 B由零增大到最大，方向时刻改变 C由最大减小到零，方向不变 D由零增大到最大，方向不变 图 349,知识点 3 磁电式电流表,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),2磁电式电流表的原理,(1)由于安培力与电流成正比，

9、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，就可以知道被测电流的强弱 (2)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,3磁电式电流表的特点,(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,【例 3】(双选)下列有关磁电式电流表的说法中正确的是,(,),A电流表的工作原

10、理是安培力对通电导线的加速作用 B电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用 C电流表的指针的偏转角度与所通电流成正比 D电流表的指针的偏转角度与所通电流成反比,【例 3】(双选)下列有关磁电式电流表的说法中正确的是,(,),解析：磁场是均匀辐向分布的，安培力对线框起转动作用， 故 A 错误，B 正确；当线框所受安培力的转动力矩与弹簧产生 的阻力力矩相等时，指针有确定读数，转动角度与电流成正比 关系，C 正确，D 错误,答案：BC,【触类旁通】 4(双选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈,与该磁场的关系，下列说法中正确的有(,),BD,A通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强

11、度 大小也不同 B不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强 度大小都相等 C通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角 也不同 D不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相,平行,1安培力作用下导体运动方向的判断,如果通电导体放置在非匀强磁场中，则不能够运用 FILB 进行定量的计算，但可用 FILB 和左手定则进行定性的讨论， 常用的方法有以下几种：,(1)电流元分析法：把整段电流等效分成很多段直线电流 元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从 而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向，注意,一般取对称的两段电流元分析,(2)等效分析法：环形电流可以等效为

12、小磁针(或条形磁铁)， 条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可以等效成很多的 环形电流来分析,(3)特殊位置分析法：根据通电导体在特殊位置所受安培力,的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置,(4)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反作用力，从而确,定磁体所受合力及运动方向,【例 4】如图 3410 所示，把一重力不计可自由运动的 通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向,的电流时，导线的运动情况是(从上往下看)(,),A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同

13、时上升 C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升 图 3410,解析：电流元分析法两个磁极对电流的安培力方向不同， 把电流分为两部分，左半部分受力方向向外，右半部分受力向 里从上往下看，通电导线将沿着逆时针方向转动当导线转 到垂直于纸面的方向时，电流受力向下，导线将向下运动所 以 C 选项正确,答案：C,【触类旁通】 5如图 3411 所示，在条形磁铁 S 极附近悬挂一个圆 形线圈，线圈平面与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中通以,),如图所示方向的电流时，线圈将( A向磁铁平移 B远离磁铁平移 C边转动边向左摆动 D边转动边向右摆动,图 3411,解析：电流元分析法：取离条形磁铁

14、最近的一小段电流和 与之对称位置的一小段电流判断这两段电流的受力可知，线 圈将转动转动后与磁铁相互吸引靠近等效分析法：环形电 流等效为小磁针,答案：C,6如图 3412 所示 ，一条形磁铁放在水平桌面上，在 磁铁右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线当导线中通以由,外向内的电流时(,),图 3412 A磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力减小 B磁铁受到向右的摩擦力，且对桌面的压力减小 C磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力增大,D磁铁不受摩擦力，对桌面的压力不变,解析：转换研究对象法此题若从电流产生的磁场入手分 析，通电直导线的磁场可以用安培定则判断，但处于磁场中的 不是小磁针而是大条形磁铁，其

15、受力如何很难判定，可能会误 认为 D 选项正确若将思维方式变换一下，先判定条形磁铁在 通电导线处的磁场方向；再用左手定则判断通电导线在条形磁 铁的磁场中受到的安培力斜向左下方；然后根据牛顿第三定律， 磁铁受到通电导线的作用力应斜向右上方因磁铁受力平衡， 所以支持力减小，即对桌面的压力减小，同时受到向左的摩擦 力，故 A 选项正确,答案：A,2关于安培力的综合计算,(1)有安培力参与的物体平衡，也是利用物体的平衡条件解,题，其中安培力是众多力中的一个,(2)与闭合电路欧姆定律相结合的题目主要应用： 闭合电路欧姆定律,安培力求解公式 FILB. 物体平衡条件,(3)在安培力作用下物体平衡的求解步骤

16、和共点力平衡相 似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力的平衡条件列出,平衡方程，其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力,(4)安培力作为通电导体所受的外力参与受力分析，产生了 通电导体在磁场中的平衡、加速及做功问题，这类问题与力学 知识的联系很紧密，解题时把安培力等同于重力、弹力、摩擦 力等性质力；对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向 的确定；求解时注意运用力学中静力学、动力学及功和能等有 关知识，解决此类问题可以有效培养综合能力，必须引起重视 (5)为方便对问题的分析和便于列方程，在受力分析时先将 立体图画成截面图，即画成俯视图、剖面图或侧视图等立体 图向截面图转化的过程中应注意摆正空间位置，先选好观察的,方向，再确定截面的方向,【例 5】如图 3413 所示，两平行光滑导轨相距为 L 20 cm，金属棒 MN 的质量为 m10 g，电阻 R8 ，匀强磁场 的磁感应强度 B0.8 T，方向竖直向下，电源电动势 E10 V， 内阻 r1 ，当开关 S 闭合时，MN 恰好静止，求变阻器 R1 的 取值为多少？设45，取 g10 m/s2.,图 3413,图 3414,解：MN 受力分析如图