《人教高二上学期物理选修3-1课件：第三章 磁场 3.4 .ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教高二上学期物理选修3-1课件：第三章 磁场 3.4 .ppt（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4通电导线在磁场中受到的力 一 安培力的方向1 安培力 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 进入 并使 指向电流的方向 这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 通电导线 掌心 四指 拇指 3 特点 安培力既垂直于 也垂直于 即安培力垂直于 和 确定的平面 4 平行通电直导线之间的相互作用 同向电流之间 反向电流之间 磁场 电流 磁场 电流 相互吸引 相互排斥 二 安培力的大小同一通电导线 按不同方式放在同一磁场中 受力情况不同 如图所示 1 如图甲 通电导线与磁场方向垂直 此时安培力最大 F 2 如图乙 通电导
2、线与磁场方向平行 此时安培力最小 F 3 如图丙 通电导线与磁场方向成 角 可以把磁感应强度B分解为与导线垂直的分量B 和与导线平行的分量B BIL 0 4 如图丁所示 则有B Bsin B Bcos 其中B 不产生安培力 导线受的安培力只是B 产生的 因此又得到F 这是一般情况下安培力的表达式 BILsin 三 磁电式电流表1 构造 磁铁 螺旋弹簧 指针 极靴 2 原理 通电线圈在磁场中受到 而偏转 1 线圈偏转的角度越大 被测电流就 2 根据 的方向 可以知道被测电流的方向 线圈 安培力 越大 线圈偏转 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 方向 保持线圈转
3、动时 安培力的大小不受磁场影响 线圈所受 始终与 垂直 线圈平面都与磁场方向 表盘刻度 如图所示 半径 安培力的方向 线圈平面 平行 均匀 思考辨析 1 安培力的方向与磁场方向相同 2 安培力的方向一定与电流方向垂直 3 通电导线只要放在磁场中就会受到安培力 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 5 磁电式仪表指针偏转角度与电流大小成正比 6 磁电式电表只能测定电流的大小不能确定被测电流的方向 7 磁电式电流表内是均匀辐射磁场 不是匀强磁场 8 通有相反电流的平行直导线互相吸引 提示 1 根据左手定则可判定 安培力的方向一定与磁场方向垂直 2 根
4、据左手定则可判定 安培力的方向一定与电流方向垂直 3 当磁感应强度方向与电流平行时 安培力为零 4 由公式F IBLsin 知 通电导线在磁场中所受安培力的大小除了和B L I有关外 还和电流与磁场的夹角 有关 5 磁电式仪表表盘刻度均匀 指针偏转角度与电流大小成正比 6 线圈的电流方向改变时 安培力的方向随之改变 指针的偏转方向也随之改变 所以根据指针的偏转方向 可以知道被测电流的方向 7 极靴与圆柱间的磁场沿半径方向 不是匀强磁场 8 先用安培定则判断磁场方向 再用左手定则判断安培力方向 得到的结论是通有相反电流的平行直导线互相排斥 生活链接 如图所示 用一蹄形磁铁慢慢地接近发光的白炽灯泡
5、 可以看到灯丝颤抖起来 这是为什么 提示 灯丝中通的是交流电 电流的方向周期性变化 灯丝所受安培力的方向也周期性变化 因此灯丝出现 颤抖 现象 知识点一安培力的方向探究导入 如图所示 利用下列装置可以探究安培力的方向与磁场 电流方向的关系 1 图中磁场方向向哪 闭合电键后 导线中电流方向向哪 2 闭合电键后 通电导线所受安培力的方向与磁场 电流方向存在什么关系 提示 1 图中磁场方向竖直向下 闭合电键后 导线中电流方向由里指向外 2 闭合电键后 通电导线向右运动 受到了水平向右的安培力 其方向与磁场的方向垂直 与电流的方向也垂直 归纳总结 1 安培力方向的特点 无论何时 安培力既垂直于电流 又
6、垂直于磁场 即F I F B 1 当电流方向跟磁场方向垂直时 安培力的方向 磁场方向和电流方向两两相互垂直 应用左手定则判断时 磁感线从掌心垂直进入 拇指 其余四指和磁感线三者两两垂直 2 当电流方向跟磁场方向不垂直时 安培力的方向仍垂直于电流方向 也垂直于磁场方向 应用左手定则判断时 拇指与四指 拇指与磁感线垂直 磁感线与四指不垂直 2 电流方向 磁场方向和安培力方向三者的因果关系 1 电流方向和磁场方向间没有必然联系 这两个方向的关系是不确定的 这两个方向共同决定了安培力的方向 一旦电流方向 磁场方向确定 安培力的方向是唯一的 2 已知安培力方向和磁场方向时 电流方向不确定 已知安培力方向
7、和电流方向时 磁场方向不确定 3 电流间的作用力 1 直线电流之间的作用力 作用规律 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 原因分析 如图甲所示 根据安培定则可知电流I1的磁场在I2处的方向垂直向里 再应用左手定则可以判断出I2受到的安培力方向向左 同理可以得出电流I1受力方向向右 所以两同向电流相互吸引 2 环形电流之间的作用力 两平行的环形电流 若电流绕向相同 如图乙所示电流 则相互吸引 若方向相反则相互排斥 通电螺线管可以看作很多平行的同向环形电流 所以各匝之间相互吸引 易错提醒 判断安培力方向时首先要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
8、出安培力的具体方向 典题通关 典例 2018 三门峡高二检测 如图所示 用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN 电流I方向从M到N 绳子的拉力均为F 为使F 0 可能达到要求的方法是 A 加水平向右的磁场B 加水平向左的磁场C 加垂直纸面向里的磁场D 加垂直纸面向外的磁场 审题关键 正确解答 选C 要使绳子的拉力变为零 加上磁场后 应使导线所受安培力等于导线的重力 由左手定则可判断 所加磁场方向应垂直纸面向里 导线所受安培力向上 规律方法 安培定则与左手定则的区别 过关训练 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 选A D 由左手定则可判断 选项B中
9、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 2 多选 通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内 电流方向如图所示 ab边与MN平行 关于MN的磁场对线框的作用 下列叙述正确的是 A 线框有两条边所受的安培力方向相同B 线框有两条边所受的安培力大小相同C 线框所受安培力的合力向左D 线框将绕MN转动 解析 选B C 通电矩形线框abcd在无限长直通电导线形成的磁场中 受到磁场力的作用 对于ad边和bc边 所在的磁场相同 但电流方向相反 所以ad边 bc边受磁场力 安培力 大小相同 方向相反 即ad边和bc边受合力为零 而对于
10、ab和cd两条边 由于在磁场中 离长直导线的位置不同 ab边近而且由左 手定则判断受力向左 cd边远而且由左手定则判断受力向右 所以ab边 cd边受合力方向向左 故B C选项正确 补偿训练 1 如图所示 A为一水平旋转的橡胶盘 带有大量均匀分布的负电荷 在圆盘正上方水平放置一通电直导线 电流方向如图所示 当圆盘高速绕中心轴OO 转动时 通电直导线所受磁场力的方向是 A 竖直向上B 竖直向下C 水平向里D 水平向外 解析 选C 带负电荷的橡胶盘顺时针转动 形成逆时针方向的电流 由安培定则得圆盘转动产生的磁场方向竖直向上 再由左手定则判断得通电直导线所受磁场力方向水平向里 2 如图所示 在方框中有
11、一能产生磁场的装置 现在在方框右边放一通电直导线 电流方向如图中箭头方向 发现通电导线受到向右的作用力 则方框中放置的装置可能是下面哪个 解析 选C 根据通电导线受到向右的作用力 由左手定则判定导线处于垂直纸面向外的磁场中 根据右手定则可判断 只有C选项符合要求 故选C 3 有一通电直导线与xOy平面垂直 导线中电流方向如图所示 该区域有匀强磁场 通电直导线所受磁场力的方向与Ox轴的正方向相同 该磁场的方向可能是 A 沿x轴正方向B 沿y轴负方向C 沿z轴正方向D 沿z轴负方向 解析 选B 根据左手定则可得 让四指指向电流方向 让拇指指向安培力方向 则垂直穿过手心的为磁场方向 故磁场方向沿y轴
12、负方向 故选B 知识点二安培力的大小探究导入 如图所示 利用下列实验装置可以探究安培力的大小与磁场 电流大小的关系 1 实验中如何改变导线中电流I 在B L一定时 增大电流I 导线受力怎么变化 2 实验中如何改变导线长度L 在B I一定时 增大导线的长度L 导线受力怎么变化 提示 1 实验中可以利用滑动变阻器来改变导线中的电流大小 在B L一定时 增大电流I 导线受力变大 2 实验中是通过加减蹄形磁铁的个数来改变导线长度L的 在B I一定时 增大导线的长度L 导线受力变大 归纳总结 1 公式F ILB中L指的是 有效长度 当B与I垂直时 F最大 F ILB 当B与I平行时 F 0 2 弯曲导线
13、的有效长度L 等于连接两端点直线的长度 相应的电流沿L由始端流向末端 3 若磁场和电流成 角 如图所示 可以将磁感应强度B正交分解成B Bsin 和B Bcos 而B 对电流是没有作用的 F ILB ILBsin 即F ILBsin 易错提醒 1 公式F ILBsin 中的 是B和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 公式F ILBsin 中的Lsin 也可以理解为垂直于磁场方向的 有效长度 3 安培力公式适用于电流处于匀强磁场中 典题通关 典例 如图所示 光滑导轨与水平面成 角 导轨宽L 匀强磁场磁感应强度为B 金属杆长也为L 质量为m 水平放在导轨上 当回
14、路总电流为I时 金属杆恰好能静止 求竖直向上的磁感应强度B的大小 正确解答 磁场方向竖直向上 杆受力如图所示金属杆的安培力F ILB由平衡条件可得Fcos mgsin 解得B 答案 规律方法 求解安培力问题的四个步骤 1 选定研究对象 一般为磁场中的通电导线 2 变三维为二维 方法是沿着或逆着电流观察 将一段有长度的导线看成一个没有长度的圆圈 圈内画 为顺着电流观察 圈内画 表示逆着电流观察 3 画出平面受力分析图 其中安培力的方向切忌跟着感觉走 要用左手定则来判断 注意F安 B F安 I 4 根据力的平衡条件或牛顿第二定律列方程式进行求解 过关训练 1 2018 日照高二检测 如图所示为一种
15、自动跳闸的闸刀开关 O是转动轴 A是绝缘手柄 C是闸刀卡口 M N接电源线 闸刀处于垂直纸面向里 B 1T的匀强磁场中 CO间距离为10cm 当磁场力为0 2N时 闸刀开关会自动跳开 则要使闸刀开关能跳开 CO中通过的电流的大小和方向为 A 电流方向为C OB 电流方向为O CC 电流大小为1AD 电流大小为0 5A 解析 选B 由左手定则 电流的方向为O C 由B 得I 2A 2 2018 亚安高二检测 如图所示 弹簧测力计下挂有一长为L 质量为m的金属棒 金属棒处于垂直纸面向里的匀强磁场中 棒上通有如图所示方向的电流I 金属棒处于水平静止状态 若此时弹簧测力计示数大小为F 重力加速度为g
16、金属棒以外部分的导线没有处于磁场中且质量不计 则下列说法中正确的是 A 金属棒所受的安培力方向竖直向上B 金属棒所受的安培力大小为mg FC 若将电流增大为原来的2倍 平衡时弹簧测力计示数会增大为2FD 若将磁感应强度和金属棒的质量同时增大为原来的2倍 平衡时弹簧测力计示数会增大为2F 解析 选D 根据左手定则 可以判断出金属棒所受的安培力方向竖直向下 A错误 金属棒受到弹簧弹力 重力 安培力的作用 根据平衡条件可得F F安 mg 则F安 F mg B错误 若将电流增大为原来的2倍 则F 2F安 mg 2 F mg mg 2F mg C错误 若将磁感应强度和金属棒的质量同时增大为原来的2倍 则F 2F安 2mg 2F D正确 补偿训练 1 长度为L 通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中 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 选A 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F BILcos A正确 B图中 导线和磁场方向垂直 故F BIL B错误 C图中导线和磁场方向垂直 故F BIL C错误 D图中导线和
