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1、2 磁场对通电导线的作用安培力,第三章 磁场,学习目标 1.知道安培力的定义，会用FILB计算B与I垂直情况下的安培力. 2.会用左手定则判断安培力的方向. 3.知道电动机的工作原理. 4.体会控制变量法在科学研究中的作用.,内容索引,自主预习 预习新知 夯实基础,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习,一、安培力,1.安培力：磁场对 的作用力. 2.安培力的大小 (1)当通电导线与磁场方向垂直时，安培力大小F ，其中B为比例系数(即下一节要学到的磁感应强度)，与导线所在位置的磁场强弱有关. (2)当通电导线与磁场方向平行时，安培力F .,通电导线,BIL,0,说
2、明：F垂直于磁场，垂直于电流，即F垂直于磁场和电流所决定的平面.,3.安培力的方向 安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足 ： 伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指 ，并且都 跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直 ，四指指 向 的方向，则 所指方向就是通电导线所受安 培力的方向(如图1所示).,左手定则,穿过手心,图1,电流,大拇指,垂直,二、电动机安培力的重要应用,1.电动机由磁场(磁体)、 、滑环、电刷及电源组成. 2.当给电动机通电后，线圈受到 作用，在磁场中 起来. 3.电动机有 电动机和 电动机两种.,转动线圈,安培力,旋转,交流,直流,即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)应
3、用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向.( ) (2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定是零. ( ) (3)在B、I、L大小一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小.( ) (4)直流电动机的换向器是由两个彼此绝缘的铜制半环组成的.( ) (5)电源的正负极和磁场的方向同时改变，直流电动机的转动方向也改变.( ),答案,2.已知导体棒中通有电流I，导线长度为L，放在比例系数为B的匀强磁场中，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小.,答案 ILB ILB ILB 0,答案,重点探究,答案 F1F0是通电导线受到的磁
4、场的作用力.,导学探究 如图2所示的实验电路图中，当开关断开时弹簧测力计的读数为F0. (1)接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I1.观察并记录弹簧测力计此时的读数F1.想一想，F1F0的物理意义是什么？,一、安培力,答案,图2,答案 发现随着电流的增大，F2F0，F3F0，FnF0也逐渐增大.,(2)继续调节滑动变阻器使电流表读数为I2，I3，In，且逐渐增大，记录下弹簧测力计相应的读数F2，F3，Fn，并计算F2F0，F3F0，FnF0，你发现了什么？,答案,(3)紧挨着蹄形磁体再并排放上一个相同的蹄形磁体.(相同的极性在同一侧)仍保持线框的竖直边在磁场区外，重复过程(2)，你从中又发
5、现了什么？,答案 加了一块磁铁相当于在磁场中的导线长度增加了.在电流In相同的情况下FnF0也增加. 综合来看：通电导线与磁场垂直时，磁场对电流的作用力大小与导线的长度及电流大小都成正比.,答案,知识深化 1.安培力的大小 (1)导线与磁场平行时，安培力为零，导线与磁场垂直时，安培力最大，FIlB，导线与磁场既不垂直也不平行时，安培力介于0和最大值之间.但要注意安培力为零，不能说明磁场B为零. (2)B为比例系数，反映了磁场强弱. 2.安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即安培力的方向垂直于电流I和磁场B所决定的平面.,(1)当电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向、磁场方向、电流方
6、向两两垂直，应用左手定则时，磁感线垂直穿过掌心. (2)当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向.应用左手定则时，磁感线斜着穿过掌心. 3.平行通电直导线间的相互作用 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.,解析 设铜棒的重力为G，所受安培力的大小为F，则由平衡条件得：2F1GF 当电流反向时，安培力变为竖直向下，此时同样根据铜棒受力平衡有：2F2GF 由和可得：FF2F1，则B正确.,例1 如图3所示，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向里的磁场，棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为F1，若棒中电流大小不变方向相反，两线上的拉力大小均为F2， 且F
7、2F1，则铜棒所受安培力大小为 A.F1F2 B.F2F1 C.2F12F2 D.2F1F2,答案,图3,解析,例2 画出图4中各磁场对通电导线的安培力的方向.,答案,图4,解析,解析 无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则.,答案 如图所示,判断安培力作用下导体的运动方向，常有以下几种方法： (1)电流元法 即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向. (2)特殊位置法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向.,二、安培力作用下导体运动方向的判断,(3
8、)等效法 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁.条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管.通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析. (4)利用结论法 两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥； 两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势. (5)转换研究对象法 因为电流之间，电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律.定性分析磁体在电流产生的磁场中的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力.,例3 如图5所示，把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方(虚线过AB的中点)，导线可以
9、在空间自由运动，当导线通以图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看) A.顺时针方向转动，同时下降 B.顺时针方向转动，同时上升 C.逆时针方向转动，同时下降 D.逆时针方向转动，同时上升,答案,解析,图5,解析 如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分.中间一小段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力；左端一段所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则其受力方向向外；右端一段所在处的磁场方向斜向下，受力方向向里.当转过一定角度时，中间一小段电流不再与磁场方向平行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动，一边向下运动，C选项正确.,判断导体在磁场中运动情况的常规思路
10、 不管是电流还是磁体，对通电导体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体的运动方向.,解析 由安培定则判断出AB导线右侧的磁场向里，因此环形电流内侧受力向下、外侧受力向上，从左向右看应逆时针方向转动，当转到与AB共面时，AB与环左侧吸引，与环右侧排斥，由于左侧离AB较近，则引力大于斥力，所以环靠近导线AB，故选项C正确.,针对训练 直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离，直导线固定，线圈可以自由运动.当通过如图6所示的电流时(同时通电)，从左向右看
11、，线圈将 A.顺时针转动，同时靠近直导线AB B.顺时针转动，同时离开直导线AB C.逆时针转动，同时靠近直导线AB D.不动,答案,图6,解析,例4 如图7所示，一重为G1的通电圆环置于水平桌面上，圆环中电流方向为顺时针方向(从上往下看)，在圆环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁，磁铁的中心轴线通过圆环中心，磁铁的上端为N极，下端为S极，磁铁自身的重力为G2.则关于圆环对桌面的压力F和磁铁对轻绳的拉力F的大小，下列关系中正确的是 A.FG1，FG2 B.FG1，FG2 C.FG1，FG2 D.FG1，FG2,答案,图7,解析,解析 顺时针方向的环形电流可以等效为一个竖直放置的“小磁针”，由安培定则
12、可知，“小磁针”的N极向下，S极向上，故与磁铁之间的相互作用力为斥力，所以圆环对桌面的压力F将大于圆环的重力G1，磁铁对轻绳的拉力F将小于磁铁的重力G2，选项D正确.,1.解题步骤 (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(包括安培力)，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.,三、安培力作用下导体的平衡,例5 (多选)质量为m
13、的金属细杆置于倾角为的导轨上，导轨的宽度为d，杆与导轨间的动摩擦因数为，有电流通过杆，杆恰好静止于导轨上，在如图所示的A、B、C、D四个选项中，杆与导轨的摩擦力一定不为零的是,答案,解析,解析 选项A中，通电细杆可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态，如图甲所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零. 选项B中，通电细杆可能受重力、安培力作用处于静止状态，如图乙所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零.,选项C和D中，通电细杆受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势，故一定受到沿导轨向上的静摩擦力，如图丙、丁所示，所以杆与导轨间的摩擦力一定不为零.,达标检测,1.(安培力的方向)下列图中分别标出
14、了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的比例系数B和所受安培力F的方向，其中图示正确的是,答案,1,2,3,4,解析,5,解析 A图中电流与磁场方向平行，没有安培力，故A错误； B图中安培力的方向是垂直导线向下的，故B错误； C图中安培力的方向是垂直导线向上的，故C正确； D图中电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，故D错误.,1,2,3,4,5,2.(电动机的原理)如图8所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动.现要线圈逆时针转动，下列方法中可行的是 A.只改变电流方向 B.只改变电流大小 C.换用磁性更强的磁铁 D.对换磁极同时改变电流方向,答案,1,2,3,4,解析
15、直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关，若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变，它的转动方向将改变.但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向，线圈的转动方向将不变，故A正确.,解析,图8,5,3.(安培力的大小)在磁场中的同一位置，先后引入长度相等的直导线a和b，a、b导线的方向均与磁场方向垂直，但两导线中的电流不同，因此所受到的力也不相同.下面的四幅图像表示的是导线所受到的力F与通过导线的电流I的关系.a、b各自有一组F、I的数据，在图像中各描出一个点.其中正确的是,答案,1,2,3,4,解析,5,解析 两条长度相等的直导线通入不同的电流先后放在磁场中的同一位置，并且电流方向都与磁场方向垂直，由于磁场强弱B是相同的，根据FILB，当L确定时，FI，则FI图像应是一条过原点的直线，故C对.,
