人教版選修3-1第三章第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力 課件 (共44張PPT)

第3章第4節(jié)

通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力一、知識(shí)回顧如何描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱？安培力(Ampereforce)的方向1、定義：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱(chēng)為安培力，是為了紀(jì)念安培而命名的。

實(shí)驗(yàn)表明：通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力方向與電流方向和磁場(chǎng)方向有關(guān)。思考與討論

在電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度的方向就是正電荷所受電場(chǎng)力的方向。那么，在磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是不是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向呢？實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析試畫(huà)出下述兩實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正視圖：BBIFIFF、B、I方向關(guān)系BIF示意圖安培力方向既與電流方向垂直又與磁場(chǎng)方向垂直，即垂直于電流和磁場(chǎng)所在的平面左手定則：伸開(kāi)左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感應(yīng)線從掌心進(jìn)入,并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向遵循左手定則BIF示意圖再次提醒：一定要使用左手！IBFFIBFIBIBF二、安培力方向的判斷FIBFIBααBBIFαBI30°FFIIIBBB二、安培力方向的判斷問(wèn)題：如圖所示，兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會(huì)通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生相互作用請(qǐng)使用剛學(xué)過(guò)的知識(shí)解釋本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。結(jié)論:FFF同向電流F反向電流（1）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下，導(dǎo)線所受安培力F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I和導(dǎo)線的長(zhǎng)度L三者的乘積。問(wèn)題:如果既不平行也不垂直呢？即：（2）平行時(shí)：BθI三、安培力的大小IB把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：一個(gè)分量與導(dǎo)線垂直B1=Bsinθ另一分量與導(dǎo)線平行B2=Bcosθ平行于導(dǎo)線的分量B2不對(duì)通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B1決定即F=ILB1F=ILBsinθθB2B1將B1=Bsinθ代入得通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向不垂直的情況三、安培力的大小公式：F=ILBsinθθ表示磁場(chǎng)方向與電流方向間的夾角注：在中學(xué)階段，此公式僅適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)問(wèn)題1:若B與I不垂直時(shí)，F(xiàn)安與B和I方向關(guān)系可以概括為哪句話？這時(shí)左手定則對(duì)磁感應(yīng)線有何要求？三、安培力的大小結(jié)論：F一定與B垂直，一定與I垂直。但B與I不一定垂直。問(wèn)題2：F、B、I一定兩兩垂直嗎？LF=BILF=BIL中的L為有效長(zhǎng)度LLL思考與討論試指出下述各圖中的安培力的大小。例題：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中用兩根柔軟的細(xì)線將金屬棒ab懸掛在水平位置上，金屬棒中通入由a到b的穩(wěn)定電流I，這時(shí)兩根細(xì)線被拉緊，現(xiàn)要想使兩根細(xì)線對(duì)金屬棒拉力變?yōu)榱?，可采用哪些方法?)（A）適當(dāng)增大電流I（B）將電流反向并適當(dāng)改變大?。–）適當(dāng)增大磁場(chǎng)（D）將磁場(chǎng)反向并適當(dāng)改變大小ACabI00.02N水平向右0.02N垂直導(dǎo)線，斜向左上方將長(zhǎng)度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流與磁場(chǎng)的方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T。試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向IBIB30°IBGGLX鞏固練習(xí)自由固定FF

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解析：兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì)例題兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中ab固定，cd可以自由活動(dòng)，當(dāng)通以如圖所示電流后，cd導(dǎo)線將（）A.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近abB.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)abC.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)abD.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ababcd如圖所示，蹄形磁體用懸線懸于O點(diǎn)，在磁鐵的正下方有一水平放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時(shí)，蹄形磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況將是()GGLX鞏固練習(xí)A．靜止不動(dòng)B．向紙外平動(dòng)C．N極向紙外，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)D．N極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)C磁場(chǎng)中某處的磁感線如圖所示()A.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等,Ba>BbB.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等,Ba<BbC.同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處大D.同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處小abBGGLX鞏固練習(xí)BacbI如圖所示，直角三角形abc組成的導(dǎo)線框內(nèi)通有電流I＝1A，并處在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B＝2T中，AC=40cm，，求三角形框架各邊所受的安培力。GGLX鞏固練習(xí)如圖所示，向一根松弛的導(dǎo)體線圈中通以電流,線圈將會(huì)()A.縱向收縮,徑向膨脹B.縱向伸長(zhǎng),徑向膨脹C.縱向伸長(zhǎng),徑向收縮D.縱向收縮,徑向收縮縱向AGGLX鞏固練習(xí)如圖所示，在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極，沿邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極，將兩電極接在電池的兩極上，然后在玻璃皿中放入鹽水，把玻璃皿放入蹄形磁鐵的磁場(chǎng)中，N極在下，S極在上，鹽水就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái)．(1)猜想一下，鹽水轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，并實(shí)際做一做實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證．(2)探究鹽水旋轉(zhuǎn)的原因．XSND小試牛刀答案：(1)通過(guò)左手定則判定，鹽水從上向下看逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)．(2)鹽水中形成了由圓形電極指向柱形電極的如圖所示的電流，由于磁場(chǎng)方向向上，故鹽水逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)．如圖所示，天平右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈寬為L(zhǎng)，共N匝，線圈下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里．利用這架天平如何測(cè)定磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度．(1)寫(xiě)出測(cè)量方法．(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式B＝___(用測(cè)量的物理量表示)．

解析：(1)在線圈中通入沿逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)的電流I，在天平左右兩盤(pán)各加質(zhì)量分別為m1，m2的砝碼，天平平衡，由此就可得到磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?2)線圈中通入電流I時(shí)，由左手定則，線圈底邊所受安培力方向豎直向下，由天平平衡得：m1gL′＝(m2g＋NILB)L′，式中L′為天平力臂．解得B＝.答案：(1)見(jiàn)解析(2)1、磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤(pán)、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。鐵芯、線圈和指針是一個(gè)整體可以轉(zhuǎn)動(dòng)。.四、磁電式電流表電流表構(gòu)造中最大的特點(diǎn)就是在蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地輻向分布的（即沿直徑方向分布），如圖所示。這樣的構(gòu)造使得線框在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，其平面始終與磁場(chǎng)平行，即受到安培力的線框中的兩邊始終與磁場(chǎng)垂直。電流表的構(gòu)造電流表的工作原理如圖所示，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈上跟軸線平行的兩邊在安培力作用下，使線圈繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺旋彈簧被扭動(dòng)。當(dāng)安培力產(chǎn)生的力矩和彈簧的扭轉(zhuǎn)力矩相平衡時(shí)，線圈才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。θ由于安培力與電流成正比，當(dāng)線圈中流入的電流越大時(shí)，線圈上產(chǎn)生的安培力越大，線圈和指針轉(zhuǎn)過(guò)的角度也越大。因此，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測(cè)電流的強(qiáng)弱。由左手定則可知，當(dāng)流入線圈中的電流方向改變時(shí)，線圈上產(chǎn)生的安培力的方向也改變，從而使線圈和指針偏轉(zhuǎn)的方向也改變。所以，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測(cè)電流的方向。電流表的工作原理θ=NBIS/k電流表的特點(diǎn)1、靈敏度高，可以測(cè)量很弱的電流，但是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很?。?、電流和安培力成正比，所以電流表的刻度是均勻的；3、電流方向改變，安培力方向也改變，線圈朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力,下列說(shuō)法正確的是()A.通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用B.通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟磁場(chǎng)方向垂直C.通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟電流方向垂直D.通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面BCD把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來(lái),使它的下端剛好跟杯里的水銀面接觸,并使它組成如圖所示的電波,當(dāng)開(kāi)關(guān)接通后,將看到的現(xiàn)象是()A.彈簧向上收縮B.彈簧被拉長(zhǎng)C.彈簧上下振動(dòng)D.彈簧仍靜止不動(dòng)SC如圖所示，導(dǎo)線abc為垂直折線,其中電流為I,ab=bc=L,導(dǎo)線拓在的平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求導(dǎo)線abc所受安培力的大小和方向.abc如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根相同的彈簧，下面掛一條長(zhǎng)為0.5m，質(zhì)量為0.1kg的金屬棒MN，此時(shí)彈簧伸長(zhǎng)10cm，欲使彈簧不伸長(zhǎng)則棒上應(yīng)通過(guò)的電流的大小和方向如何？MNBABD2、下列說(shuō)法中正確的是（）A、電荷處在電場(chǎng)強(qiáng)度為零的地方，受到的電場(chǎng)力一定為零B、一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方，受到的安培力一定為零C、一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場(chǎng)力的作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零D、電荷在某處不受電場(chǎng)力的作用，則該處電場(chǎng)為零課堂練習(xí)ABD2、下列說(shuō)法中正確的是（）A、電荷處在電場(chǎng)強(qiáng)度為零的地方，受到的電場(chǎng)力一定為零B、一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方，受到的安培力一定為零C、一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場(chǎng)力的作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零D、電荷在某處不受電場(chǎng)力的作用，則該處電場(chǎng)為零課堂練習(xí)BCD3、一根長(zhǎng)為0.2m的電流為2A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的安培力大小可能是（）A、0.4N B、0.2N C、0.1N D、0×4、試畫(huà)出下列各圖中安培力的方向：課堂練習(xí)5、試畫(huà)出下列各圖中通電導(dǎo)體棒ab所受安培力的方向：課堂練習(xí)6、在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，有一個(gè)垂直磁感線的環(huán)形線圈，通有順時(shí)針電流I，如圖所示，則下列敘述中正確的是A、環(huán)形線圈所受的磁力的合力為零B、環(huán)形線圈所受的磁力的合力不為零C、環(huán)形線圈有收縮的趨勢(shì)D、環(huán)形線圈有擴(kuò)張的趨勢(shì)AD課堂練習(xí)A7、在赤道上空，水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線()A、受到豎直向上的安培力B、受到豎直向下的安培力C、受到由南向北的安培力D、受到由西向東的安培力課堂練習(xí)B8、把一個(gè)可以繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁盤(pán)放在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與鋁盤(pán)平面垂直，盤(pán)的下邊浸在水銀糟內(nèi)，將轉(zhuǎn)軸和水銀用導(dǎo)線直接連在電源的兩極上，如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是（）A、由于磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，鋁盤(pán)將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B、由于磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，鋁盤(pán)將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C、將電源兩極對(duì)調(diào)，鋁盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不會(huì)改變D、將電流及磁場(chǎng)方向同時(shí)改變，鋁盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變

課堂練習(xí)D9、兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中AB固定，CD可自由活動(dòng)，當(dāng)通以如圖所示電流后，CD導(dǎo)線將（）A、順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近AB B、逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)ABC、順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)AB D、逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近AB課堂練習(xí)11、下列措施可以提高電流表線圈的靈敏度的是（注：電表的靈敏度可以表示為θ/I=NBS/k）（）A、增加線圈的匝數(shù)；B、增強(qiáng)磁極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度；C、減小線圈的電阻；D、換用不易扭轉(zhuǎn)的彈簧AB課堂練習(xí)12、如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則（）A．磁鐵對(duì)桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用B．磁鐵對(duì)桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用C．磁鐵對(duì)桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用D．磁鐵對(duì)桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用

A課堂練習(xí)例題：在傾角為30°的光滑斜面上垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒，導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài)。（1）若磁場(chǎng)方向豎直向下，則磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少？（2）欲使導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小為多少？方向如何？14、如圖所示，兩平行光滑導(dǎo)軌相距0.2m，與水平面夾角為45°，金屬棒MN的質(zhì)量為0.1kg，處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電源電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻為1Ω，為使MN處于靜止?fàn)顟B(tài)，則電阻R應(yīng)為多少？(其他電阻不計(jì))θNBGFNF安課堂練習(xí)3、如圖所示，在傾角為30o的斜面上，放置兩條寬L＝0.5m的光滑平行導(dǎo)軌，將電源、滑動(dòng)變阻器用導(dǎo)線連接在導(dǎo)軌上，在導(dǎo)軌上橫放一根質(zhì)量為m＝0.2kg的金屬棒ab，電源電動(dòng)勢(shì)E＝12V，內(nèi)阻r＝0.3