《2018-2019学年高中物理 第三章 磁场 第4节 通电导线在磁场中受到的力学案 新人教版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019学年高中物理 第三章 磁场 第4节 通电导线在磁场中受到的力学案 新人教版选修3-1（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4节通电导线在磁场中受到的力1知道安培力的方向与电流、磁感应强度方向的关系，会用左手定则判断安培力的方向2理解安培力的计算公式，会应用公式计算匀强磁场中安培力的大小3知道磁电式电表的基本构造及运用它测量电流大小和方向的基本原理一、安培力的方向1安培力：通电导线在磁场中受的力2左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；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二、安培力的大小1通电导线跟磁场垂直时，安培力最大，FILB2通电导线跟磁场平行时，安培力最小，F03通电导线跟磁场夹角为时，把磁感应强度B分解为与导
2、线垂直的分量B和与导线平行的分量B，如图所示则BBsin ，BBcos 导线所受的安培力是B产生的，FILBsin 三、磁电式电流表1磁电式仪表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈如图所示，通电线圈在磁场中受到安培力而偏转线圈偏转的角度越大，被测电流就越大根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向2磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安) 判一判(1)判断电流的磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则()(2)磁电式电流表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈其原理是通电线
3、圈在磁场中受安培力而转动()(3)通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向三者必须保持相互垂直()(4)用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心()(5)当导体在磁场中放置时，导体所受作用力为FIBL()提示：(1)(2)(3)(4)(5) 想一想用磁电式电流表测量电流时，通电线圈的左右两边受到的安培力的大小是否随着线圈的转动而变化呢？提示：通电线圈在安培力作用下转动时，安培力总与磁感应强度的方向垂直，磁感应强度的大小又不变，故线圈左右两边受到的安培力的大小不变 做一做如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向
4、(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示则导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()A方向沿纸面向上，大小为(1)ILBB方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC方向沿纸面向下，大小为(1)ILBD方向沿纸面向下，大小为(1)ILB提示：选A该导线段可以用a和d之间长为(1)L的直导线段来等效代替，根据公式得安培力的大小为(1)BIL，根据左手定则得方向沿纸面向上，故选项A正确对安培力的理解和应用1判定方法左手定则图示手掌：拇指与四指垂直且在同一平面内四指：电流方向磁场：穿过手心拇指：安培力方向说明FB、FI，电流方向与磁
5、场方向可以不垂直，但安培力方向一定既跟电流方向垂直，又跟磁场方向垂直，也可以说安培力方向与电流方向和磁场方向所决定的平面垂直2左手定则与安培定则(右手螺旋定则)的区别左手定则安培定则(右手螺旋定则)作用判断电流在磁场中的受力方向判断电流的磁场方向内容具体情况电流在磁场中直线电流环形电流或通电螺线管应用方法磁感线穿过手心，四指指向电流的方向拇指指向电流的方向四指弯曲的方向表示电流的环绕方向结果拇指指向通电导线受到的磁场力的方向四指弯曲的方向表示磁感线的方向拇指指向轴线上磁感线的方向3安培力的大小(1)对安培力FILBsin 的理解当B与I垂直，即sin 901时，FILB；当B与I成角时，FIL
6、Bsin ，是B与I的夹角公式FILBsin 中aB对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁感应强度的影响bL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)；相应的电流沿L由始端流向末端(2)FILBsin 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 命题视角1对安培力方向的判断画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向思路点拨判断安培力方向常见的两类问题解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则答案如图所示 命题视角2安培力大小的计算长度为L、通有电流为I的直导线放入
7、一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是()解析A图中，导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，故FBILcos ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，B错误；C图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，C错误；D图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，D错误答案A(1)安培力方向判断技巧：安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面I、B方向不垂直时，让磁感线斜着穿过掌心(2)安培力大小计算技巧：应用公式FBILsin 求安培力大小时不能死记公式，应正确理解公式中各物理量的实质，可将Bsin 理解为有效磁感
8、应强度或将Lsin 理解为有效长度，为磁场方向与直导线L之间的夹角 【题组突破】1在等边三角形的三个顶点A、B、C处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示过C点的导线所受安培力的方向()A与AB边平行，竖直向上B与AB边平行，竖直向下C与AB边垂直，指向左边D与AB边垂直，指向右边解析：选C如图所示，根据安培定则，过A、B点的导线在C点所激发的磁场方向分别为B、B，应用平行四边形定则可知过C点的导线所在处的合磁场方向根据左手定则可知安培力FC的方向与AB边垂直，指向左边，故选项C正确2画出图中通电直导线A受到的安培力的方向解析：(1)中电流与磁场垂直，由左手
9、定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示甲乙(2)中条形磁铁在A处的磁场分布如图乙所示，由左手定则可判断A受到的安培力的方向如图乙所示(3)中由安培定则可判断出电流A处磁场方向如图丙所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丙所示丙丁(4)中由安培定则可判断出电流A处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示答案：安培力作用下导体运动的判断1判断导体在磁场中运动情况的常规思路不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此，此类问题可按下面步骤进行分析：(1)确定导体所在位置的磁场分布情况(2)结合左手定则判断导体所受安培力的方向(3)由导体的受力情况判定导
10、体的运动方向2判断导体在磁场中运动情况的五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，从而确定导线的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，反过来等效也成立然后根据同极相斥、异极相吸或者根据同向电流相吸、反向电流相斥判断相互作用情况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，反向电流互相排斥；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
11、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时，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【题组过关】1如图所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关S的瞬间()AA端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变BA端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变CA端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小DA端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大解析：选D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，故导
12、线将转动，由特殊位置法知当导线转到与磁感线垂直时，整个导线受到的磁场力方向竖直向下，故悬线张力变大，D正确2如图两条导线相互垂直，但相隔一段距离其中导线AB固定，导线CD能自由活动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将(从纸外向纸内看)()A顺时针方向转动同时靠近导线ABB逆时针方向转动同时离开导线ABC顺时针方向转动同时离开导线ABD逆时针方向转动同时靠近导线AB解析：选D法一：电流元法分析把电流CD等效成CO、OD两段电流，由安培定则画出CO、OD所在位置的AB电流的磁场，由左手定则可判断CO、OD受力如图甲所示，可见导线CD逆时针转动；由特殊位置法分析，当CD逆时针转动90时，
13、俯视图如图乙所示，并画出AB此时在CD导线处的磁感应强度的方向，据左手定则可判断CD受力指向AB，可见CD靠近AB，D正确法二：结论法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，所以CD逆时针转动同时靠近AB，选项D正确安培力作用下物体的平衡问题1解决安培力作用下的平衡与解一般物体平衡方法类似，只是多画出一个安培力一般解题步骤为：(1)明确研究对象；(2)先把立体图改画成平面图，并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上；(3)正确受力分析，然后根据平衡条件：F合0列方程求解2分析求解安培力时需要注意的问题(1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向，再根据左手定则判断安
14、培力方向；(2)安培力大小与导体放置的角度有关，但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况，其中L为导体垂直于磁场方向的长度，为有效长度【题组过关】1如图所示，挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流I时，调节两盘中的砝码，使天平平衡然后使电流I反向，这时要在天平的左盘上加质量为2102 kg的砝码，才能使天平重新平衡求磁场对bc边作用力的大小若已知矩形线圈共10匝，通入的电流I01 A，bc边长度为10 cm，g取10 m/s2，求该磁场的磁感应强度B的大小解析：根据FILB可知，电流反向前后，磁场对bc边的作用力大小相等，设为F，但由左手定则可知它们的方向是相反的电流反向前，磁场对bc边的作用力向上，电流反向后，磁场对bc边的作用力向下因而有2F210210 N02 N，所以F01 N，即磁场对bc边的作用力大小是01 N因为磁场对矩形线圈的作用力FNBIL，故B T1 T答案：01 N1 T2质量为m002 kg的通电细杆ab置于倾角为37的平行放置的导轨上，导轨的宽度d02 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数
