2019-2020学年高中物理第三章磁场4通电导线在磁场中受到的力课件新人教版选修3 .ppt

1、4通电导线在磁场中受到的力,知识自学,自我检测,一、安培力的方向 阅读教材第91页“安培力的方向”部分,了解安培力的方向与哪些因素有关,知道左手定则的内容。 1.安培力 通电导线在磁场中受的力称为安培力。 2.影响安培力方向的因素 安培力的方向与磁场方向、电流方向有关。 3.左手定则 用左手定则判断安培力的方向:伸开左手,使拇指与其余四指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心进入,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。,知识自学,自我检测,二、安培力的大小 阅读教材第92页“安培力的大小”部分,知道安培力大小与导线放置方向有关,知道导线与磁场

2、垂直时的计算公式。 如图甲、乙所示,导线电流为I,长度为L,磁场的磁感应强度为B,则: 1.如图甲,通电导线与磁场方向垂直,此时安培力F=BIL。 2.如图乙,通电导线与磁场方向平行,此时安培力F=0。,知识自学,自我检测,三、磁电式电流表 阅读教材第93页“磁电式电流表”部分,知道基本组成和原理。 1.写出图中磁电式电流表各部件的名称。 永磁铁,极靴,软铁,螺旋弹簧,线圈,指针。 2.原理:安培力与电流的关系。 3.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,使线圈平面都与磁场方向平行,从而使刻度盘刻度均匀。,知识自学,自我检测,1.正误判断。 (1)安培力的方

3、向一定与电流方向垂直。 () 解析:根据左手定则可判定,安培力的方向一定与电流方向垂直。 答案: (2)通电导线只要放在磁场中就会受到安培力。 () 解析:当磁感应强度方向与电流平行时,安培力为零。 答案: (3)只有通电导线与磁场垂直时,导线才受到安培力的作用。 () 解析:通电导线与磁场平行时不受安培力,有夹角时受安培力,垂直时安培力最大。 答案:,知识自学,自我检测,(4)两根通电导线在同一匀强磁场中,若导线长度相同,电流大小相等,则所受安培力大小相等,方向相同。 () 解析:安培力的大小、方向与导线在磁场中的放置位置有关。 答案: (5)通以10 A电流的直导线,长为0.1 m,处在磁

4、感应强度为0.1 T的匀强磁场中,所受安培力可能为0.02 N。() 解析:当导线与磁场垂直放置时,所受安培力最大为F=BIL=0.1 N;当导线与磁场平行放置时,所受安培力最小为0,即0F0.1 N,所以可能F=0.02 N。 答案:,知识自学,自我检测,2.在磁场中的同一位置放置一条短直导线,导线的方向和磁场的方向垂直,若给导线通入不同的电流,导线所受的磁场力也会不同,如图是表示导线所受的力F与通过导线的电流I关系的图象,其中正确的是() 解析:当电流方向与磁场方向垂直时,导线所受的安培力F=BIL,由于磁感应强度B和导线长度L不变,因此F与I的关系图象为过原点的直线,B正确。 答案:B,

5、探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,安培力的方向 如图所示的实验装置,通电导线悬挂放置在蹄形磁铁之间,改变磁极方向或电流方向,观察导线摆动的方向。思考并探究下面的问题: (1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向,导线受力的方向是否改变? (2)改变导线中电流的方向,导线受力的方向是否改变? (3)仔细分析实验结果,说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系?,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,要点提示:(1)受力的方向改变;(2)受力的方向改变;(3)安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则。如图所示。,探究一,探究二,探

6、究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,1.安培力的方向特点:不管电流方向与磁场方向是否垂直,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,即总有FI和FB,即F垂直于B、I决定的平面。 2.电流I、磁场B和安培力F三个方向的关系:(1)已知I、B的方向,可唯一确定F的方向;(2)已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向;(3)已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能唯一确定。 3.安培力方向的判断:在判断安培力方向时首先确定磁场和电流所确定的平面,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。,探究一,探究二,探究三,当堂检测

7、,问题探究,名师精讲,典例剖析,在具体判断安培力的方向时,首先要建立立体空间模型,可借助手头的铅笔或其他文具摆放一下电流或磁场的方向,直观地建立三者间的方向关系,这对正确地判断安培力的方向很有帮助。另外不要受到电场对电荷作用力的干扰而出现错误判断。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题1】(多选)如图所示,F是磁场对通电直导线的作用力,其中正确的示意图是(),解析:由左手定则可判断,选项B中安培力的方向向左,选项C中安培力的方向向下;选项A、D中安培力的方向如题图所示,选项A、D是正确的。 答案:AD,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例

8、剖析,左手定则应用的两个要点 (1)安培力的方向既垂直于电流的方向,又垂直于磁场的方向,所以应用左手定则时,必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直。 (2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直,所以磁场方向不一定垂直穿入手掌,可能与四指方向成某一夹角。但四指一定要指向电流方向。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,安培力的大小 从前面的学习中我们已经知道,垂直于磁场B放置长为L的一段导线,当通过的电流为I时,它受到的安培力F=BIL,这时导线受到的安培力最大,导线与磁场平行时所受的安培力为0,试讨论下面两种情况下安培力的大小。 (1)当磁感应强度B的方向与导线方向成

9、角时。 (2)导线ABC为垂直折线,其中电流为I,AB=BC=L,导线所在的平面与匀强磁场垂直,导线ABC所受安培力的大小和方向。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,要点提示:(1)当磁感应强度B的方向与导线方向成角时,可以把它分解成与导线垂直的分量B和与导线平行的分量B,B=Bsin ,B=Bcos 。其中B不产生安培力,导线受到的安培力只由B产生,所以一般情况下的安培力的表达式为F=BILsin ,为磁感应强度方向与导线方向的夹角。 (2)AB段所受的安培力大小FAB=BIL,方向向右,BC段所受的安培力大小FBC=BIL,方向向上,所以该导线所受安培力为这两

10、个力的合力,如图所示, ,方向沿ABC的平分线向上。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,F=ILBsin 的理解与应用 1.公式F=ILBsin 中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度,不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响。 2.公式F=ILBsin 中L指的是导线在磁场中的“有效长度”,弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度(如图所示);相应的电流沿L由始端流向末端。,3.公式F=ILBsin 中是B和I方向的夹角,当=90时sin =1,公式变为F=ILB。 4.F=ILBsin 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

11、式仅适用于很短的通电导线。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,电荷在电场中一定会受到静电力作用。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。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题2】由导线组成的直角三角形框架放在匀强磁场中(如图所示),若导线框中通以如图方向的电流时,导线框将() A.沿与ab边垂直的方向加速运动 B.仍然静止 C.以c为轴转动 D.以b为轴转动 解析:ab和bc两段电流可等效为长度等于ac,方向由a到c的一段电流,由左手定则以及安培力公式可知ab和bc两段电流所受安培力的合

12、力方向和ac受到的安培力方向相反,大小相等,线框整体合力为0,仍然静止,故选B。 答案:B,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,磁电式电流表 磁电式电流表中磁场分布如图所示,结合安培力的大小决定因素,思考磁场这样分布的原因是什么? 要点提示:电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的,不管线圈处于什么位置,线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度,该磁场并非匀强磁场,但在以铁芯为中心的圆周上,各点的磁感应强度B的大小是相等的。这样的磁场,可使线圈转动时,它的两个边所经过位置的磁场强弱都相同,使线圈转过的角度与电流成正比,从而能够使得表盘的刻度均匀。,探究一,探究二,探究

13、三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,1.磁电式电流表的工作原理 通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转。线圈偏转的角度越大,被测电流就越大;线圈偏转的方向不同,被测电流的方向不同。 2.磁电式电流表的磁场特点 两磁极间装有极靴,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,电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直。使线圈平面都与磁场方向平行,使表盘刻度均匀。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,3.磁电式电流表的灵敏度与哪些因素有关系? (1)电流表的灵敏度:是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小,偏角

14、越大,灵敏度越高。 (2)提高灵敏度的方法:如果要提高磁电式电流表的灵敏度,就要使在相同电流下导线所受的安培力增大,可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。,探究一,探究二,探究三,当堂检测,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题3】(多选)以下说法正确的是() A.指针稳定后,线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的 B.通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转角度也越大 C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场 D.在线圈转动的范围内,线圈所受安培力与电流有关,而与所处位置无关 解析:当阻碍线圈转动的螺旋弹簧的阻力力矩与安培力引起

15、的动力力矩平衡时,线圈停止转动,故从转动角度来看二力方向相反。磁电式电流表内磁场是均匀辐射磁场,不管线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行,线圈所在各处的磁场大小相等、方向不同,所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关,电流越大,安培力越大,指针转过的角度越大,正确的选项为A、B、D。 答案:ABD,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,1. 画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。,解析:无论B、I是否垂直,安培力总是垂直于B与I决定的平面,且满足左手定则。,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,答案:如图所示,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,2. 如图所示,在匀强磁场中有下列各种形状的通电导线,电流为I,磁感应强度为B,求各导线所受的安培力的大小。,答案:A.ILBcos B.ILBC.2BIRD.0,探究三,当堂检测,探究一,探究二,1,2,3,3. 如图所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度。天平的右臂下面挂一个矩形线圈,宽为L,共N匝,线圈的下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面。