《2017-2018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教学案 新人教版选修3-1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018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教学案 新人教版选修3-1（21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磁场对通电导线的作用力称为安培力，安培力的方向由左手定则判定。2安培力的大小为：FILB，当磁感应强度与导线方向成角时，FILBsin 。3磁电式电流表的工作原理利用了安培力与电流的关系，所测电流越大时，电流表指针偏转角度越大，根据指针偏转的方向可知电流的方向。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。3安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：FB，FI，即F垂直于B和I所决定的平
2、面。二、安培力的大小1垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为FILB。2当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，公式FILBsin_。三、磁电式电流表图3411原理安培力与电流的关系。2构造磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴。如图341所示。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半径方向，使线圈平面都与磁场方向平行，从而使表盘刻度均匀。图3424工作原理如图342所示是线圈在磁场中受力的示意图。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变
3、形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。5优缺点优点是灵敏度高，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。1自主思考判一判(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。()(2)安培力的方向与磁感应强度的方向垂直。()(3)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向。()(4)通电导线在磁场中不一定受安培力。()(5)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度不一定
4、是零。()(6)若磁场一定，导线的长度和电流也一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小。()2合作探究议一议图343(1)如图343所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用，在什么情况下两条直导线相互吸引，什么情况下两条直导线相互排斥？提示：每一条通电直导线均处在另一直导线电流产生的磁场中，根据安培定则可判断出直线电流产生的磁场的方向，再根据左手定则可判断出每一条通电直导线所受的安培力，由此可知，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。(2)在磁场越强的地方通电导体受到的安培力一定越大吗？提示：不一定，通电导体受安培力的大小与B、I、L及有关，当0(BI)时
5、，无论B如何总有F0。利用左手定则判断安培力的方向1安培力方向的特点(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、拇指与磁感线均垂直，但磁感线与四指不垂直。2安培定则与左手定则对比理解安培定则左手定则用途判断电流产生的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向因果关系电流是因，磁场是果电流和磁场都是因，安培力是果结论判断安培力的方向不是用安培定则，而是用左手定则1一根容易形变的
6、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匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()解析：选D根据左手定则可判断出A图中导线所受安培力为零，B图中导线所受安培力垂直纸面向里，C、D图中导线所受安培力向右，由导线受力以后的弯曲方向与受力方向的关系可知，D图正确。2在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线()A受到竖直向上的安培力B受到竖直向下的安培力C受到由南向北的安培力 D受到由西向东的安培力解析：选A赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方
7、向图如图所示，由左手定则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，选项A正确。3(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AD由左手定则可判断，选项B中安培力的方向向左，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。安培力大小的分析与计算1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344所示。图344(1)如图甲，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力最大，FILB。(2)如图乙，通电导线与磁场方向平行，此时安培力最小，F0。(3)如图丙，通电导线与磁场方向成角，此时可以分解磁感应强度，如图丁所示，于是有安培
8、力大小为FILBsin ，这是一般情况下安培力的表达式。2对安培力的几点说明(1)FILBsin 适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，L为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端，如图345所示。图345(2)同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；导线与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间。(3)在非匀强磁场中，只要通电直导线L所在位置的各点B矢量相等(包括大小和方向)，则导线所受安培力也能用上述公式计算。(4)当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安
9、培力的矢量和。典例如图346所示，长度为10 cm的一段直导线AB，与磁场方向垂直地放图346置在磁感应强度B3102 T的匀强磁场中。今在导线中通以10 A的电流，方向自B向A，导线以固定点O为转动轴(设OA3OB)，由图中位置按顺时针方向转过60角时，求：(1)导线受到的磁场力的大小和方向；(2)如果在AB的竖直面上，OA从图中位置以O点为转动轴，由纸面向外转30角时，情况又如何？思路点拨解答本题可按以下思路分析：(1)用左手定则判断安培力方向。(2)用安培力公式FILBsin 求解。(3)明确问题中B与I的夹角。解析(1)FILBsin 3102100.1sin 30 N3102100.
10、10.5 N1.5102 N，它作用在导线上，方向垂直于纸面向外。(2)FILBsin 3102100.1sin 90 N3102 N，力的方向与导线垂直，且与原OA方向成120角指向纸外。答案见解析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AA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。2如图347所示
11、，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abcbcd135。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()图347A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解析：选A导线段abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知Lad(1)L，故线段abcd所受的合力大小FILadB(1)ILB，导线有效长度的电流方向为ad，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故选A。安培力作
12、用下导体运动方向的判断1判断导体在磁场中运动情况的常规思路(1)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，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况。(2)结合左手定则准确判断导线所受安培力的方向。(3)由导体的受力情况判定导体的运动方向。2分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线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)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特
13、殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向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；不平行的两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象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，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其运动方向1用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，图348如图348所示，当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有()A两导线环相互吸引B两导线环相互排斥C两导线环无相互作用力D两导线环先吸引后排斥
14、解析：选A通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用。由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，据同向电流相互吸引的规律，判知两导线环应相互吸引，故A正确。2.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349所示的电流时(同时通电)，从左向右看，线圈将()图349A顺时针转动，同时靠近直导线ABB顺时针转动，同时离开直导线ABC逆时针转动，同时靠近直导线ABD不动解析：选C先用安培定则判断出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。3.如图3410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，导线可以在空间自由运动，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)()图3410A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，同时上升解析：选C如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分。中间一段开始时电流方向与
