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1、成才之路成才之路 物理物理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3-1 磁场磁场第三章第三章4通电导线在磁场中受到的力通电导线在磁场中受到的力 第三章第三章学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5易错案例剖析易错案例剖析6课堂知识构建课堂知识构建7学习目标定位学习目标定位掌握用左手定则确定安培力的方向掌握用左手定则确定安培力的方向掌握安培力的计算公式及求解方法。掌握安培力的计算公式及求解方法。了解磁电式电表的结构和工作原理。了解磁电式电表的结构和工作原理。课堂情景
2、切入课堂情景切入根根据据磁磁场场对对电电流流会会产产生生作作用用力力的的原原理理，人人们们研研制制出出一一种种新新型型的的发发射射炮炮弹弹的的装装置置电电磁磁炮炮。电电磁磁炮炮的的炮炮弹弹动动力力摒摒弃弃传传统统的的火火药药，采采用用电电磁磁力力。它它由由两两条条平平行行的的长长直直导导轨轨组组成成，导导轨轨间间放放置置一一质质量量较较小小的的滑滑块块作作为为弹弹丸丸，当当两两轨轨接接入入电电源源时时，强强大大的的电电流流从从一一导导轨轨流流入入，经经滑滑块块从从另另一一导导轨轨流流回回时时，在在两两导导轨轨平平面面间间产产生生强强磁磁场场，通通电电流流的的滑滑块块在在安安培培力力的的作作用用
3、下下，弹弹丸丸会会以以很很大大的的速速度度射射出出，弹弹丸丸体体积积虽虽小小，但但由由于于初初速速度度特特别别大大，所所以以具具有有很很大大的的动动能能，足足以以穿穿透透厚厚钢钢板板。通通电电导导体体在在磁磁场场中中受受力力与与哪哪些因素有关呢？些因素有关呢？知识自主梳理知识自主梳理安培力安培力1.概念概念把通电导线在磁场中受的力称为安培力。把通电导线在磁场中受的力称为安培力。2安培力的方向安培力的方向左左手手定定则则：如如图图所所示示，伸伸开开左左手手，使使拇拇指指与与其其余余四四个个手手指指_，并并且且都都与与手手掌掌在在同同一一个个_内内。让让磁磁感感线线从从_进进入入，并并使使四四指指
4、指指向向_的的方方向向，这这时时_所所指指的的方方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。垂直垂直平面平面掌心掌心电流电流拇指拇指3安培力的大小安培力的大小(1)公式：公式：F_。为磁感应强度与通电导线之间的夹角。为磁感应强度与通电导线之间的夹角。(2)说说明明：A当当通通电电导导线线与与磁磁感感线线垂垂直直时时，即即电电流流方方向向与与磁感线垂直时，所受的安培力最大：磁感线垂直时，所受的安培力最大：F_。B当通电导线与磁感线平行时，所受安培力当通电导线与磁感线平行时，所受安培力_。BILsinBIL为零为零磁电式电流表磁电式电流表1.构造构造磁铁、磁铁
5、、_、螺旋弹簧、指针、极靴。、螺旋弹簧、指针、极靴。2原理原理通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。(1)线圈线圈_越大，被测电流就越大。越大，被测电流就越大。(2)根据根据_的方向，可以知道被测电流的方向。的方向，可以知道被测电流的方向。线圈线圈偏转的角度偏转的角度线圈偏转线圈偏转半径半径平行平行4优、缺点优、缺点优优点点是是_高高，能能测测出出很很弱弱的的电电流流；缺缺点点是是线线圈圈的的_，允许通过的电流很弱。，允许通过的电流很弱。灵敏度灵敏度导线很细导线很细重点难点突破重点难点突破一、安培力方向的判断一、安培力方向的判断1安安培培力力的的方方向向不不仅仅跟
6、跟磁磁场场方方向向垂垂直直，还还跟跟电电流流方方向向垂垂直直，故故安安培培力力的的方方向向垂垂直直于于磁磁场场方方向向与与电电流流方方向向所所构构成成的的平平面面。在在判判断断安安培培力力方方向向时时，应应首首先先判判定定这这个个平平面面，然然后后再再应应用用左左手手定则。定则。2当当电电流流方方向向与与磁磁场场方方向向不不垂垂直直时时，安安培培力力的的方方向向仍仍垂垂直直于于电电流流与与磁磁场场所所决决定定的的平平面面，所所以以仍仍可可用用左左手手定定则则来来判判断断安安培力的方向，只是磁感线不是垂直进入掌心。培力的方向，只是磁感线不是垂直进入掌心。3注注意意区区别别安安培培力力的的方方向向
7、和和电电场场力力的的方方向向与与磁磁场场、电电场场的的方方向向的的关关系系，安安培培力力的的方方向向总总是是与与磁磁场场的的方方向向垂垂直直，而而电电场场力的方向与电场的方向平行。力的方向与电场的方向平行。特别提醒特别提醒(1)FI，FB，但，但B与与I不一定垂直。不一定垂直。(2)若若已已知知B、I方方向向，F方方向向惟惟一一确确定定，但但若若已已知知B(或或I)、F方向，方向，I(或或B)方向不惟一。方向不惟一。(北北京京十十二二中中20142015学学年年高高二二上上学学期期期期中中)在在下下列列各各图图中中，分分别别标标出出了了匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度B的的方方向向、电
8、电流流I的的方方向向以以及及通通电电直直导导线线所所受受安安培培力力F的的方方向向，其其中中正正确确表表示示这这三三个个方向关系的图是方向关系的图是()答案：答案：A解析：解析：根据左手定则可判选项根据左手定则可判选项A正确。正确。二、安培力大小的计算二、安培力大小的计算1对安培力对安培力FILBsin的理解的理解(1)当当B与与I垂垂直直时时，即即sin901，则则FILB；当当B与与I成成角角时，时，FILBsin，是是B与与I的夹角。的夹角。(2)L是是有有效效长长度度，匀匀强强磁磁场场中中弯弯曲曲导导线线的的有有效效长长度度L，等等于于连连接接两两端端点点直直线线的的长长度度(如如图图
9、)；相相应应的的等等效效电电流流沿沿L由由始始端端流流向末端。向末端。2FILBsin的适用条件的适用条件导导线线所所处处的的磁磁场场应应为为匀匀强强磁磁场场；在在非非匀匀强强磁磁场场中中，公公式式仅仅适用于很短的通电导线。适用于很短的通电导线。3电流在磁场中的受力特点电流在磁场中的受力特点电电荷荷在在电电场场中中一一定定会会受受到到电电场场力力作作用用，但但是是电电流流在在磁磁场场中中不不一一定定受受安安培培力力作作用用。当当电电流流方方向向与与磁磁场场方方向向平平行行时时，电电流流不不受安培力作用。受安培力作用。特特别别提提醒醒(1)公公式式FILBsin中中是是B和和I方方向向的的夹夹角
10、角，不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。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)公公式式FIBLsin中中的的Lsin也也可可以以理理解解为为垂垂直直于于磁磁场场方方向的向的“有效长度有效长度”。(辽辽宁宁省省实实验验中中学学北北校校20132014学学年年高高二二上上学学期期检检测测)在在匀匀强强磁磁场场中中放放入入通通有有相相同同电电流流的的三三条条不不同同形形状状的的导导线线，如如图图所所示示，每每条条导导线线的的两两个个端端点点间间的的距距离离相相等等，问问所所受受磁磁场场力力最最大大的的导线是导线是()A甲线最大甲线最大 B乙线最大乙线最大C丙线
11、最大丙线最大 D三条线一样大三条线一样大答案：答案：D解解析析：由由题题意意可可知知，三三个个图图中中导导线线的的有有效效长长度度相相同同，而而且且均均垂垂直直于于磁磁场场，故故根根据据公公式式FBIL可可知知，三三条条线线所所受受安安培培力力一一样大，故样大，故A、B、C错误，错误，D正确。正确。三、安培定则与左手定则的区别三、安培定则与左手定则的区别安培定则安培定则(右手螺旋定则右手螺旋定则)左手定则左手定则应用应用判断电流的磁场方向判断电流的磁场方向判断电流在磁判断电流在磁场中的受力方向场中的受力方向内内容容具体具体情况情况直线直线电流电流环形电流或通电环形电流或通电螺线管螺线管电流在磁
12、场中电流在磁场中条件条件大拇指指向大拇指指向电流的方向电流的方向四指弯曲的方向四指弯曲的方向指向电流的环绕指向电流的环绕方向方向磁感线穿过手掌磁感线穿过手掌心，四指指向电心，四指指向电流方向流方向结果结果四指弯曲方四指弯曲方向表示磁感向表示磁感线的方向线的方向大拇指指向轴线大拇指指向轴线上的磁感线方向上的磁感线方向大拇指指向电流大拇指指向电流受到的磁场力的受到的磁场力的方向方向(重重庆庆市市主主城城区区20142015学学年年高高二二上上学学期期期期末末六六校校联联考考)如如图图所所示示，在在方方框框中中有有一一能能产产生生磁磁场场的的装装置置，现现在在在在方方框框右右边边放放一一通通电电直直
13、导导线线(电电流流方方向向如如图图中中箭箭头头方方向向)，发发现现通通电电导导线线受受到向右的作用力，则方框中放置的装置可能是下面哪个到向右的作用力，则方框中放置的装置可能是下面哪个()答案：答案：C解解析析：根根据据通通电电导导线线受受到到向向右右的的作作用用力力，由由左左手手定定则则判判定定导导线线处处于于垂垂直直纸纸面面向向外外的的磁磁场场中中，根根据据右右手手定定则则可可判判只只有有C选选项符合要求，故选项符合要求，故选C。四、分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法四、分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法电流电流元法元法把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则把整段弯曲导线分为
14、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，从而确定导线运动方向合力的方向，从而确定导线运动方向特殊位特殊位置法置法通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时，判断其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所受安培力的方向，从而确定其运动方向等效法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。等效后形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立。等效后再确定相互作用情况再确定相互作用情况
15、结论法结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，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，异向电流互相排斥；两不平行同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；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同的趋势转换研转换研究对象究对象法法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋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，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培势的问题，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
16、定磁体所受合力及运动方向。的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向。特特别别提提醒醒(1)导导体体处处于于非非匀匀强强磁磁场场中中时时，通通常常用用电电流流元元法法判断其受力情况。判断其受力情况。(2)判判断断条条形形磁磁铁铁(或或小小磁磁针针)与与环环形形电电流流间间的的相相互互作作用用时时，通常选择等效法。通常选择等效法。考点题型设计考点题型设计通通电电直直导导线线A与与圆圆形形通通电电导导线线环环B固固定定放放置置在在同同一一水水平平面面上上，通通有有如如图图所所示示电电流流时时，通通电电直直导导线线A受受到到水水平平向向_(填填“左左”或或“右右”)的的安安培培力力作作用用。当当A、B
17、中中电电流流大大小小保保持持不不变变，但但同同时时改改变变方方向向时时，通通电电直直导导线线A所所受受到的安培力方向水平向到的安培力方向水平向_。(填填“左左”或或“右右”)安培力方向的判断安培力方向的判断解解析析：利利用用定定培培定定则则先先判判断断出出B产产生生的的磁磁场场方方向向在在导导线线环环外外部部是是垂垂直直纸纸面面向向里里的的，再再利利用用左左手手定定则则判判定定直直导导线线A受受到到的的安安培培力力的的方方向向是是水水平平向向右右的的。当当A、B中中电电流流同同时时改改变变方方向向时时，根根据据安安培培定定则则，导导线线环环外外部部磁磁场场方方向向是是垂垂直直纸纸面面向向外外的
18、的，再再利利用左手定则可判断通电直导线受到的安培力方向仍向右。用左手定则可判断通电直导线受到的安培力方向仍向右。答案：答案：右右右右画出图中通电直导线画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。受到的安培力的方向。答案：答案：安培力作用下导体的平衡安培力作用下导体的平衡答案：答案：BC 如如图图所所示示，把把一一重重力力不不计计可可自自由由运运动动的的通通电电直直导导线线AB水水平平放放在在蹄蹄形形磁磁铁铁磁磁极极的的正正上上方方，当当通通以图示方向的电流时，导线的运动情况是以图示方向的电流时，导线的运动情况是(从上往下看从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降顺时针方向转动，同时下降B顺时针方
19、向转动，同时上升顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升逆时针方向转动，同时上升安培力作用下导体的运动问题安培力作用下导体的运动问题综综合合上上述述由由两两个个特特殊殊位位置置的的判判断断可可知知，当当导导线线不不在在上上述述的的特特殊殊位位置置时时，所所受受安安培培力力使使导导线线AB逆逆时时针针转转动动的的同同时时还还要要向向下下运动，故选项运动，故选项C正确。正确。答案：答案：C把把一一根根柔柔软软的的螺螺旋旋形形弹弹簧簧竖竖直直悬悬挂挂起起来来，使使它它下下端端刚刚好好跟跟杯杯中中的的水水银银面面接接触触，并并使使它它组组成成
20、如如图图所所示示的的电电路路，当当开开关关S接接通后将看到的现象是通后将看到的现象是()A弹簧向上收缩弹簧向上收缩B弹簧被拉长弹簧被拉长C弹簧上下跳动弹簧上下跳动D弹簧仍静止不动弹簧仍静止不动答案：答案：C解解析析：通通电电后后，弹弹簧簧的的每每一一个个圈圈都都相相当当一一个个环环形形电电流流，且且各各线线圈圈都都通通以以相相同同方方向向的的电电流流，根根据据同同向向电电流流相相互互吸吸引引，弹弹簧簧收收缩缩，下下端端脱脱离离水水银银面面，使使电电路路断断开开，电电路路断断开开后后，弹弹簧簧中中的的电电流流消消失失，磁磁场场作作用用失失去去，弹弹簧簧在在弹弹力力和和自自身身重重力力作作用用下下
21、下下落落，于于是是电电路路又又接接通通，弹弹簧簧又又收收缩缩如如此此周周而而复复始始，形形成成弹弹簧簧上上下跳动。正确答案为下跳动。正确答案为C。易错案例剖析易错案例剖析易错点：易错点：对基本概念、规律掌握不牢导致错误对基本概念、规律掌握不牢导致错误案案例例：如如图图所所示示，平平行行于于纸纸面面水水平平向向右右的的匀匀强强磁磁场场，磁磁感感应应强强度度B11T。位位于于纸纸面面内内的的细细直直导导线线，长长L1m，通通有有I1A的的恒恒定定电电流流。当当导导线线与与B1成成60夹夹角角时时，发发现现其其受受到到的的安安培培力力为为零零。则则该该区区域域同同时时存存在在的的另另一一匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度B2的的大小可能为大小可能为()易易错错分分析析：很很多多同同学学只只选选C，认认为为合合磁磁感感应应强强度度为为零零导导线线才才不不受受安安培培力力的的作作用用，漏漏选选B、D。出出现现错错误误的的主主要要原原因因是是不不清楚当合磁场的磁感应强度沿导线方向时导线也不受安培力。清楚当合磁场的磁感应强度沿导线方向时导线也不受安培力。正确答案：正确答案：BCD课堂知识构建课堂知识构建
