《高中物理第三章磁场3.4通电导线在磁场中受到的力课件新人教版选修3_12》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第三章磁场3.4通电导线在磁场中受到的力课件新人教版选修3_12（71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 自主预习 1 安培力的方向 1 安培力 在磁场中受的力 2 决定安培力方向的因素 方向 方向 通电导线 电流 磁感应强度 3 左手定则 如图所示 伸开左手 使拇指与其余四个手指 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从 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安培力的方向 垂直 掌心 电流 4 安培力的特点 与电流方向 磁感应强度的方向都 即安培力F垂直于 所决定的平面 垂直 B和I 2 安培力的大小 1 当磁感应强度与通电导线之间的夹角为 时安培力的大小F 2 当通电导线与磁感线垂直时 所受的安培力最大 F 3 当通电导线与磁感线平行时
2、 所受安培力F BILsin BIL 0 3 磁电式电流表 1 基本组成部分 磁铁和放在磁铁两极之间的 2 工作原理 磁场分布 磁场的方向总沿着径向均匀辐射地分布 在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是 的 安培力的方向与线圈平面 线圈 相等 垂直 线圈转动角度与电流关系 线圈的偏转角度与电流成 表盘刻度 电流表的表盘刻度是 的 优点 灵敏度高 能测出 的电流 缺点 线圈的导线很细 允许通过的电流 正比 均匀 很弱 很弱 预习小测 1 多选 一根长为0 2m 电流为2A的通电导线 放在磁感应强度为0 5T的匀强磁场中 受到安培力的大小可能是 A 0 4NB 0 2NC 0 1ND 0 解析 选
3、B C D 由安培力的定义知 当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时 其有最大值F BIL 0 5 2 0 2N 0 2N 当两者方向平行时 磁场力有最小值0 随着两者方向夹角的不同 磁场力大小可能在0到0 2N之间取值 2 如图所示 标出了磁场B的方向 通电直导线中电流I的方向 以及通电直导线所受磁场力F的方向 其中正确的是 解析 选C 选项A 根据左手定则 伸开左手 拇指与手掌垂直且共面 磁感线向里穿过手心 则手心朝外 四指指向电流方向 向左上 拇指指向安培力方向 左下 不符合左手定则 故A错误 选项B 根据左手定则 电流向下 安培力的方向垂直于纸面向外 故B错误 选项C 根据左手定则 伸开
4、左手 拇指与手掌垂直且共面 磁感线向外穿过手心 则手心朝里 四指指向电流方向 竖直向下 拇指指向安培力方向 水平向左 符合左手定则 C正确 选项D 根据左手定则 伸开左手 拇指与手掌垂直且共面 磁感线向外穿过手心 则手心朝下 四指指向电流方向 水平向左 拇指指向安培力方向 水平向里 不符合左手定则 D错误 主题一安培力的方向 互动探究 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的方向 观察受力方向是否改变 说明什么问题 提示 改变磁场的方向 受力方向相反 说明安培力的方向与磁场的方向有关
5、 2 改变导线中电流的方向 观察受力方向是否改变 说明了什么 提示 改变电流方向 导线受力方向相反说明安培力的方向与电流方向有关 3 试根据图中安培力 电流 磁感应强度三者方向的空间关系 总结通电导线在磁场中所受安培力方向的判断方法 提示 安培力 电流 磁感应强度三者方向的空间关系可以用左手定则判断 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 4 安培力垂直于通电导线 磁场方向 那么电流方向也一定与磁场方向垂直吗 提示 根据左手定则 通电导线在磁场中所受安培力一定垂直于导线
6、磁场的方向 但由于导线可以沿任意方向放入磁场 所以电流方向与磁场方向可以成任意角度 探究总结 1 安培力方向的特点 1 F B F I 即F垂直于B I决定的平面 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与磁场所决定的平面 所以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 2 安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系 安培力的方向总是与磁场的方向垂直 而电场力的方向与电场的方向平行 3 当通电导线与磁场不垂直时 判断安培力方向可将磁感应强度B正交分解 一个是与通电导线垂直的B1 另一个是与通电导线平行的B2 B2不会对通电导线产生安培力的作用 所以B1对导线
7、的安培力方向即为总磁场B对导线的安培力方向 4 左手定则与安培定则的区别 典例示范 如图所示的匀强磁场中 已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向 其中正确的是 解题指南 解答本题应明确以下两点 1 把平面图转化为立体图 2 安培力的方向应用左手定则判断 解析 选C 根据左手定则 A中受力方向应该向下 A错误 B中电流方向与磁场方向平行 不受力 B错误 C正确 D中受力方向应垂直纸面向外 D错误 探究训练 2018 汕尾高二检测 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如图中箭头所示 当没有磁场时 导线呈直线状态 当分别加上方向竖直向上 水平向右或垂直于纸面向外的
8、匀强磁场时 下列描述导线状态的四个图中正确的是 解析 选D 本题考查用左手定则判定安培力的方向 当匀强磁场竖直向上而与导线平行时 导线受到的安培力为零 故A选项错误 当匀强磁场水平向右时 根据左手定则可知导线受到的安培力向里 故B选项错误 当匀强磁场垂直纸面向外时 根据左手定则可知导线受到的安培力水平向右 故C选项错误 D选项正确 补偿训练 1 如图所示 两平行导轨与水平面成 角倾斜放置 电源 电阻 金属细杆及导轨组成闭合回路 细杆与导轨间的摩擦不计 整个装置分别处在如图所示的各匀强磁场中 其中可能使金属杆处于静止状态的是 解析 选B 磁场的方向与电流的方向相同 不受安培力 金属杆受重力和支持
9、力不可能平衡 故A错误 金属杆所受的安培力方向竖直向上 若安培力与重力平衡 金属杆能处于平衡状态 故B正确 金属杆受垂直于杆向上的安培力 重力 支持力 不可能平衡 故C错误 金属杆受到水平向左的安培力 重力 支持力 不可能平衡 故D错误 2 如图所示 放在台秤上的条形磁铁两极未知 为了探明磁铁的极性 在它中央的正上方固定一导线 导线与磁铁垂直 给导线通以垂直纸面向外的电流则 A 如果台秤的示数增大 说明磁铁左端是N极B 如果台秤的示数增大 说明磁铁右端是N极C 无论如何台秤的示数都不可能变化D 以上说法都不正确 解析 选A 如果台秤的示数增大 说明导线对磁铁的作用力竖直向下 由牛顿第三定律知
10、磁铁对导线的作用力竖直向上 根据左手定则可判断 导线所在处磁场方向水平向右 由磁铁周围磁场分布规律可知 磁铁的左端为N极 故选A 3 如图所示 一根长直导线穿过载有恒定电流的金属环的中心且垂直于环面 导线和金属环中的电流如图所示 那么金属环所受安培力 A 沿圆环半径向里B 等于零C 沿圆环半径向外D 水平向左 解析 选B 根据安培定则可以确定 直导线产生的磁场与金属环中电流平行 故金属环不受安培力 B对 4 如图所示 电磁炮是由电源 金属轨道 炮弹和电磁铁组成的 当电源接通后 磁场对流过炮弹的电流产生力的作用 使炮弹获得极大的发射速度 下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是 解析 选B 由左手定
11、则可知 图A所示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向后 图B所示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向前 图C D所示磁感应强度方向与电流方向平行 炮弹不受安培力作用 只有B符合实际 主题二安培力的大小 互动探究 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 试讨论下面两种情况下安培力的大小 1 当磁感应强度B的方向与导线方向平行时 提示 此时 导线受到的安培力最小为零 2 当磁感应强度B的方向与导线方向成 角时 提示 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
12、 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 探究总结 安培力大小的计算 1 公式F ILB中L指的是 有效长度 当B与I垂直时 F最大 当B与I平行时 F 0 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 相应的电流沿L由始端流向末端 3 若磁场和电流成 角时 可以将磁感应强度B正交分解成B Bsin 和B Bcos 而B 对电流没有作用力 F ILB ILBsin 即F ILBsin 拓展延伸 安培力作用下导体运动方向的判断 1 电流元分析法 把整段电流等效分
13、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所受合力及运动方向的问题 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 典例示范 如图所示 两倾斜放置的光
14、滑平行金属导轨间距为L 电阻不计 导轨平面与水平方向的夹角为 导轨上端接入一内阻可忽略的电源 电动势为E 一粗细均匀的金属棒电阻为R 金属棒水平放在导轨上且与导轨接触良好 欲使金属棒静止在导轨上不动 则以下说法正确的是 A 可加竖直向下的匀强磁场 磁感应强度为B B 可加竖直向上的匀强磁场 磁感应强度为B C 所加匀强磁场磁感应强度的最小值为B D 如果在所加竖直向下磁场下处于静止状态的金属棒的直径变为原来的2倍 金属棒将沿导轨向下滑动 解题指南 解答本题应把握以下两点 1 安培力方向的判定 2 安培力大小的计算公式 3 物体受力平衡的条件 4 欧姆定律的应用 解析 选A 金属棒在金属导轨上处
15、于静止状态时 根据平衡条件可知所受合力为零 若加竖直向下的磁场 安培力的方向水平向右 则有ILBcos mgsin 又I 得B A正确 若加竖直向上的磁场 安培力方向水平向左 金属棒不可能静止 B错误 根据物体的平衡条件可得安培力最小时磁场方向垂直斜面向下 最小值F mgsin B C错误 当金属棒的直径变为原来的2倍时 质量变为原来的4倍 同时电阻变为原来的 安培力也变为原来的4倍 原来静止的金属棒仍将保持静止 D错误 探究训练 如图所示 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 匀强磁场的磁感应强度为B 求导线ABC所受安培力的大小和方向 解题指南
16、解答本题把握一个关键点 当导线弯折或弯曲时 应首先确定等效长度 解析 方法一 AB段所受的安培力大小FAB ILB 方向向右 BC段所受的安培力大小FBC ILB 方向向上 所以该导线所受安培力为这两个力的合力 如图所示 F ILB 方向沿 ABC的平分线向上 方法二 把导线ABC等效成直导线AC 则等效长度AC L 故安培力F BI L ILB 方向垂直于AC 即沿 ABC的平分线向上 答案 ILB方向沿 ABC的平分线向上 延伸探究 在上题基础上 若把两段导线折成半圆形 如图所示 则导线ABC所受的安培力是多少 提示 把导线ABC等效成直导线AC 则等效长度AC为半圆的直径 AC 所以F BILAC 答案 补偿训练 1 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 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为L 且 abc bcd 135 流经导线的电流为I 方向如图中箭头所示 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
