《高中物理 第三章 磁场 第2节 磁场对通电导线的作用—安培力课件 教科版选修31》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第三章 磁场 第2节 磁场对通电导线的作用—安培力课件 教科版选修31（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第2 2节磁场对通电导线的作用节磁场对通电导线的作用安培力安培力 课堂探究课堂探究自主学习自主学习达标测评达标测评自主学习自主学习 课前预习课前预习感悟新知感悟新知目标导航目标导航( (教师参考教师参考) )重点重点: :安培力的大小和方向安培力的大小和方向左手定则左手定则难点难点: :(1)(1)安培力方向的判断安培力方向的判断(2)(2)安培力作用下导体的运动安培力作用下导体的运动 教材梳理教材梳理一、安培力一、安培力1.1.定义定义: :磁场对磁场对 的作用力的作用力. .2.2.大小大小(1)(1)当当IBIB时时,F=,F= (B(B是与导线所在位置的磁场强弱有关的物理量是与导线所
2、在位置的磁场强弱有关的物理量).).(2)(2)当当IBIB时时,F=0.,F=0.3.3.方向方向(1)(1)方法方法: :用左手定则判断用左手定则判断. .(2)(2)左手定则左手定则: :伸出左手伸出左手, ,四指并拢四指并拢, ,使大拇指和其余四指使大拇指和其余四指 , ,并且都跟手掌在并且都跟手掌在 , ,让磁感线垂直穿过手心让磁感线垂直穿过手心, ,四四指指向沿指指向沿 方向方向, ,则则 所指方向就是通电导线所指方向就是通电导线所受安培力的方向所受安培力的方向. .通电导线通电导线ILBILB垂直垂直同一平面内同一平面内电流电流大拇指大拇指答案答案: :每一条通电直导线均处在另一
3、直导线电流的磁场中每一条通电直导线均处在另一直导线电流的磁场中, ,根据安培定则根据安培定则可判断出导线电流磁场的方向可判断出导线电流磁场的方向, ,再根据左手定则可判断出每一条直导线再根据左手定则可判断出每一条直导线所受的安培力所受的安培力, ,由此可知由此可知, ,反向电流相互排斥反向电流相互排斥, ,同向电流相互吸引同向电流相互吸引. . 二、电动机二、电动机安培力的主要应用安培力的主要应用1.1.组成组成: :直流电动机由磁场、直流电动机由磁场、 、 、电刷、电源组成、电刷、电源组成. .2.2.工作原理工作原理: :线圈通电后线圈通电后, ,由于受到由于受到 的作用而旋转的作用而旋转
4、. .3.3.应用应用: :使电能转化为使电能转化为 . .转动线圈转动线圈滑环滑环安培力安培力机械能机械能想一想想一想 教材教材P P8686图图3 3- -2 2- -4 4中中, ,为什么两条通电直导线中电流方向相反为什么两条通电直导线中电流方向相反时排斥时排斥, ,电流方向相同时吸引电流方向相同时吸引? ?1.1.通电导线在磁场中不一定受安培力通电导线在磁场中不一定受安培力.(.() )2.2.一通电导线只有垂直放在磁场中时一通电导线只有垂直放在磁场中时, ,才受到磁场给它的安培力才受到磁场给它的安培力.(.() )3.3.通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同通电导线所受安培力的方
5、向与磁场的方向相同.(.() )4.4.安培力的方向与电流方向平行安培力的方向与电流方向平行.(.() )5.5.电动机转动方向与电流方向无关电动机转动方向与电流方向无关.(.() ) 思考判断思考判断答案答案: :1.1.2.2.3.3.4.4.5.5. 要点一要点一 安培力方向的判定安培力方向的判定 课堂探究课堂探究 核心导学核心导学要点探究要点探究【问题导学问题导学】将一个正电荷将一个正电荷q q放入电场强度为放入电场强度为E E的匀强电场中的匀强电场中, ,如图如图( (甲甲) )所示所示. .将一段长将一段长L L、通电电流为通电电流为I I的导体棒放入磁场强弱为的导体棒放入磁场强弱
6、为B B的磁场中的磁场中, ,如图如图( (乙乙) )所示所示. .请探究以请探究以下几个问题下几个问题: :(1)(1)正电荷若从静止状态释放正电荷若从静止状态释放, ,受电场力方向如何受电场力方向如何? ?正电荷若以垂直于场强正电荷若以垂直于场强E E且方向向下的初速度运动且方向向下的初速度运动, ,则所受电场力方向又则所受电场力方向又如何如何? ?(2)(2)若导体棒与磁场的方向平行放置若导体棒与磁场的方向平行放置, ,通电导体棒所受安培力方向如何通电导体棒所受安培力方向如何? ?若导体棒与磁场的方向垂直放置且若导体棒与磁场的方向垂直放置且I I向上向上, ,通电导体棒所受安培力方向通电
7、导体棒所受安培力方向如何如何? ?若导体棒与磁场的方向夹角为若导体棒与磁场的方向夹角为放置放置, ,通电导体棒所受安培力方向又通电导体棒所受安培力方向又如何如何? ? 答案答案: :(1)(1)沿沿E E的方向的方向, ,水平向右水平向右.(.(正电荷所受电场力的方向与正电荷所受电场力的方向与E E同向同向.).)沿沿E E的方向的方向, ,水平向右水平向右.(.(正电荷所受电场力的方向与正电荷所受电场力的方向与E E同向同向, ,与运动方与运动方向无关向无关.).)(2)(2)不受安培力不受安培力. .垂直于纸面向里垂直于纸面向里. .垂直于纸面向里垂直于纸面向里. . 【要点归纳要点归纳】
8、1.1.安培力的方向既与电流方向垂直安培力的方向既与电流方向垂直, ,又与磁场方向垂直又与磁场方向垂直, ,即安培力的方向总即安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面是垂直于磁场和电流所决定的平面, ,但磁场方向和电流方向并不一定垂直但磁场方向和电流方向并不一定垂直. .2.2.电场力与安培力比较电场力与安培力比较 电场力电场力电场力电场力安培力安培力安培力安培力研究对象研究对象研究对象研究对象点电荷点电荷点电荷点电荷通电导线通电导线通电导线通电导线受力特点受力特点受力特点受力特点正电荷受力方向与电场正电荷受力方向与电场正电荷受力方向与电场正电荷受力方向与电场方向相同方向相同方向相同方向相
9、同, , , ,沿电场线切沿电场线切沿电场线切沿电场线切线方向线方向线方向线方向, , , ,负电荷的受力负电荷的受力负电荷的受力负电荷的受力方向则相反方向则相反方向则相反方向则相反安培力方向与磁场方向安培力方向与磁场方向安培力方向与磁场方向安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直和电流方向都垂直和电流方向都垂直和电流方向都垂直判断方法判断方法判断方法判断方法结合电场线方向和电荷结合电场线方向和电荷结合电场线方向和电荷结合电场线方向和电荷正、负判断正、负判断正、负判断正、负判断用左手定则判断用左手定则判断用左手定则判断用左手定则判断【例例1 1】 ( (多选多选) )在下列选项的匀强磁场中在下列选
10、项的匀强磁场中, ,已经标出了电流已经标出了电流I I和磁场和磁场B B以及磁以及磁场对电流作用力场对电流作用力F F三者的方向三者的方向, ,其中正确的是其中正确的是( ( ) ) ABDABD解析解析: :根据左手定则可知根据左手定则可知A,B,DA,B,D三图中电流、磁场、安培力方向均和左手三图中电流、磁场、安培力方向均和左手定则中要求方向一致定则中要求方向一致, ,选项选项A,B,DA,B,D正确正确;C;C图中电流和磁场方向一致图中电流和磁场方向一致, ,不受不受安培力安培力, ,故选项故选项C C错误错误. . 规律方法规律方法 左手定则应用的两个要点左手定则应用的两个要点(1)(
11、1)安培力的方向既垂直于电流的方向安培力的方向既垂直于电流的方向, ,又垂直于磁场的方向又垂直于磁场的方向, ,所以应用左所以应用左手定则时手定则时, ,必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直. . (2)(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直由于电流方向和磁场方向不一定垂直, ,所以磁感线不一定垂直穿入手所以磁感线不一定垂直穿入手掌掌, ,可能与四指方向成某一夹角可能与四指方向成某一夹角, ,但四指一定要指向电流方向但四指一定要指向电流方向. . ( (教师备用教师备用) )例例1-11-1: :在如图所示的各图中在如图所示的各图中, ,表示磁场
12、方向、电流方向及导线受力方向表示磁场方向、电流方向及导线受力方向的图示正确的是的图示正确的是( ( ) ) A A解析解析: :根据左手定则判断根据左手定则判断,A,A正确正确;B;B图中图中F F的方向水平向左的方向水平向左,B,B不正确不正确;C;C图图中中F F的方向水平向左的方向水平向左,C,C不正确不正确;D;D图中图中,F=0,D,F=0,D不正确不正确. . 针对训练针对训练1-11-1: :如图所示如图所示, ,均匀绕制的螺线管水平放置均匀绕制的螺线管水平放置, ,在其正中心的上方附在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线近用绝缘绳水平吊起通电直导线A,AA,A与螺线管垂
13、直与螺线管垂直,A,A导线中的电流方向垂导线中的电流方向垂直纸面向里直纸面向里, ,开关开关S S闭合闭合,A,A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是受到通电螺线管磁场的作用力的方向是( ( ) ) A.A.竖直向下竖直向下 B.B.竖直向上竖直向上C.C.水平向右水平向右D.D.水平向左水平向左 B B解析解析: :首先根据安培定则判断通电螺线管在首先根据安培定则判断通电螺线管在A A处产生的磁场方向处产生的磁场方向: :水平向左水平向左. .根据左手定则判断可知根据左手定则判断可知:A:A受到通电螺线管磁场的作用力的方向受到通电螺线管磁场的作用力的方向: :竖直向上竖直向上, ,故选项故选项
14、A,C,DA,C,D错误错误,B,B正确正确. . 要点二要点二 安培力作用下导体运动的判断安培力作用下导体运动的判断 【问题导学问题导学】应用左手定则时应注意什么应用左手定则时应注意什么? ? 答案答案: :应用左手定则时应用左手定则时, ,四指指向电流方向四指指向电流方向, ,大拇指指向安培力方向大拇指指向安培力方向, ,但磁但磁感线不一定垂直穿过掌心感线不一定垂直穿过掌心, ,磁感线要与大拇指垂直磁感线要与大拇指垂直, ,不一定与四指垂直不一定与四指垂直. . 【要点归纳要点归纳】判断安培力作用下导体运动的方法总结如下判断安培力作用下导体运动的方法总结如下: : 电流元法电流元法电流元法
15、电流元法把整段导线分为多段直线电流元把整段导线分为多段直线电流元把整段导线分为多段直线电流元把整段导线分为多段直线电流元, , , ,先用左手定则判断每段电流先用左手定则判断每段电流先用左手定则判断每段电流先用左手定则判断每段电流元受力的方向元受力的方向元受力的方向元受力的方向, , , ,然后判断整段导线所受合力的方向然后判断整段导线所受合力的方向然后判断整段导线所受合力的方向然后判断整段导线所受合力的方向, , , ,从而确定导从而确定导从而确定导从而确定导线运动方向或运动趋势方向线运动方向或运动趋势方向线运动方向或运动趋势方向线运动方向或运动趋势方向等效法等效法等效法等效法环形电流可等效
16、成小磁针环形电流可等效成小磁针环形电流可等效成小磁针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通电螺线管可以等效成条形磁铁或通电螺线管可以等效成条形磁铁或通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流多个环形电流多个环形电流多个环形电流, , , ,反过来等效也成立反过来等效也成立反过来等效也成立反过来等效也成立特殊位特殊位特殊位特殊位置法置法置法置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置, , , ,然后判断其所然后判断其所然后判断其所然后判断其所受安
17、培力的方向受安培力的方向受安培力的方向受安培力的方向, , , ,从而确定其运动方向或运动趋势方向从而确定其运动方向或运动趋势方向从而确定其运动方向或运动趋势方向从而确定其运动方向或运动趋势方向结论法结论法结论法结论法两平行直线电流在相互作用过程中两平行直线电流在相互作用过程中两平行直线电流在相互作用过程中两平行直线电流在相互作用过程中, , , ,无转动趋势无转动趋势无转动趋势无转动趋势, , , ,同向电流互相同向电流互相同向电流互相同向电流互相吸引吸引吸引吸引, , , ,反向电流互相排斥反向电流互相排斥反向电流互相排斥反向电流互相排斥; ; ; ;两不平行的直线电流相互作用时两不平行的
18、直线电流相互作用时两不平行的直线电流相互作用时两不平行的直线电流相互作用时, , , ,有有有有转到平行且电流方向相同的趋势转到平行且电流方向相同的趋势转到平行且电流方向相同的趋势转到平行且电流方向相同的趋势转换研究转换研究转换研究转换研究对象法对象法对象法对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题, , , ,可先分析电可先分析电可先分析电可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力流在磁体磁场中所受的安培力流在磁体磁场中所受的安培力流在磁体磁场中所受的安培力, , ,
19、 ,然后由牛顿第三定律然后由牛顿第三定律然后由牛顿第三定律然后由牛顿第三定律, , , ,确定磁体确定磁体确定磁体确定磁体所受电流磁场的反作用力所受电流磁场的反作用力所受电流磁场的反作用力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从而确定磁体所受合力及运动方向从而确定磁体所受合力及运动方向从而确定磁体所受合力及运动方向或运动趋势方向或运动趋势方向或运动趋势方向或运动趋势方向【例例2 2】如图所示如图所示, ,在一水平放置的磁铁右侧在一水平放置的磁铁右侧, ,悬挂着一个圆形通电线圈悬挂着一个圆形通电线圈, ,开始时线圈在外力的作用下静止在与纸面垂直的竖直面内开始时线圈在外
20、力的作用下静止在与纸面垂直的竖直面内. .图中实线表示图中实线表示线圈在纸面外的部分线圈在纸面外的部分, ,虚线表示线圈在纸面后的部分虚线表示线圈在纸面后的部分, ,电流方向如图电流方向如图. .当撤当撤去维持线圈静止的外力后去维持线圈静止的外力后( ( ) ) A.A.线圈将向左摆动线圈将向左摆动B.B.线圈将向右摆动线圈将向右摆动C.C.线圈将顺时针转动线圈将顺时针转动( (俯视俯视) )D.D.线圈将逆时针转动线圈将逆时针转动( (俯视俯视) ) B B 解析解析: :法一法一等效法等效法. .可以把圆形通电线圈等效成如图可以把圆形通电线圈等效成如图( (甲甲) )所示的条形磁所示的条形
21、磁铁铁, ,可见两条形磁铁相互排斥可见两条形磁铁相互排斥, ,线圈将向右摆动线圈将向右摆动, ,选项选项B B正确正确,A,C,D,A,C,D错误错误. .法二法二电流元法电流元法. .如图如图( (乙乙) )所示所示, ,取其中的上、下两小段分析取其中的上、下两小段分析, ,根据中心对根据中心对称性称性, ,线圈所受安培力的合力水平向右线圈所受安培力的合力水平向右, ,线圈向右运动线圈向右运动, ,选项选项B B正确正确. . ( (甲甲) )( (乙乙) )规律方法规律方法 判断导体在磁场中运动情况的一般思路判断导体在磁场中运动情况的一般思路(1)(1)不管是电流还是磁体不管是电流还是磁体
22、, ,对通电导体的作用都是通过磁场来实现的对通电导体的作用都是通过磁场来实现的, ,因此必须要清楚导体所在位置的磁场分布情况因此必须要清楚导体所在位置的磁场分布情况. .(2)(2)结合左手定则准确判断导体所受安培力的方向结合左手定则准确判断导体所受安培力的方向. .(3)(3)由导体的受力情况判定导体的运动方向由导体的受力情况判定导体的运动方向. . 针对训练针对训练2-1:2-1:( (20172017开封高二检测开封高二检测) )如图所示如图所示,O,O为圆心为圆心,KN,LM,KN,LM是半径分别是半径分别为为ON,OMON,OM的同心圆弧的同心圆弧, ,在在O O处垂直纸面有一载流直
23、导线处垂直纸面有一载流直导线, ,电流方向垂直纸面向电流方向垂直纸面向外外, ,用一根导线围成如图用一根导线围成如图KLMNKLMN所示的回路所示的回路, ,当回路中沿图示方向通过电流时当回路中沿图示方向通过电流时( (电源未在图中画出电源未在图中画出),),此时回路此时回路( ( ) ) A.A.将向左平动将向左平动B.B.将向右平动将向右平动C.C.将在纸面内绕通过将在纸面内绕通过O O点并垂直纸面的轴转动点并垂直纸面的轴转动D.KLD.KL边将垂直纸面向外运动边将垂直纸面向外运动,MN,MN边垂直纸面向里运动边垂直纸面向里运动 解析解析: :因为通电直导线的磁感线是以因为通电直导线的磁感
24、线是以O O为圆心的一组同心圆为圆心的一组同心圆, ,磁感线与磁感线与KNKN边边,LM,LM边平行边平行, ,所以所以KNKN边边,LM,LM边均不受力边均不受力. .根据左手定则可得根据左手定则可得,KL,KL边受力垂边受力垂直纸面向外直纸面向外,MN,MN边受力垂直纸面向里边受力垂直纸面向里, ,故选项故选项D D正确正确. . D D达标测评达标测评 随堂演练随堂演练检测效果检测效果1.1.关于通电导线所受安培力关于通电导线所受安培力F F的方向、磁场的方向、磁场B B的方向和电流的方向和电流I I的方向之间的方向之间的关系的关系, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.
25、F,B,IA.F,B,I三者必须保持相互垂直三者必须保持相互垂直B.FB.F必须垂直必须垂直B,I,B,I,但但B,IB,I可以不相互垂直可以不相互垂直C.BC.B必须垂直必须垂直F,I,F,I,但但F,IF,I可以不相互垂直可以不相互垂直D.ID.I必须垂直必须垂直F,B,F,B,但但F,BF,B可以不相互垂直可以不相互垂直 B B解析解析: :安培力安培力F F总是与磁感应强度总是与磁感应强度B B和电流和电流I I决定的平面垂直决定的平面垂直, ,但但B B与与I(I(即导线即导线) )可以垂直可以垂直, ,也可以不垂直也可以不垂直, ,通电导线受安培力时通电导线受安培力时, ,力力F
26、F与磁场及导线都是垂直与磁场及导线都是垂直的的, ,故选项故选项A,C,DA,C,D错误错误,B,B正确正确. . 解析解析: :由左手定则可判断由左手定则可判断C C项正确项正确, ,选项选项D D中不受安培力中不受安培力. . 2.2.下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力, ,其中正确的是其中正确的是( () ) C C3.3.一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中, ,导线上的电流方向由左导线上的电流方向由左向右向右, ,如图所示如图所示. .在导线以其中心点为轴转动在导线以其中心点为轴转动9090
27、的过程中的过程中, ,导线受到的安导线受到的安培力培力( ( ) )A.A.大小不变大小不变, ,方向不变方向不变B.B.由零增大到最大由零增大到最大, ,方向时刻改变方向时刻改变C.C.由最大减小到零由最大减小到零, ,方向不变方向不变D.D.由零增大到最大由零增大到最大, ,方向不变方向不变 D D解析解析: :导线转动前导线转动前, ,电流方向与磁场方向平行电流方向与磁场方向平行, ,导线不受安培力导线不受安培力; ;当导线转当导线转过一个小角度后过一个小角度后, ,电流与磁场不再平行电流与磁场不再平行, ,导线受到安培力的作用导线受到安培力的作用; ;当导线转当导线转过过9090时时,
28、 ,电流与磁场垂直电流与磁场垂直, ,此时导线所受安培力最大此时导线所受安培力最大. .根据左手定则判断根据左手定则判断知知, ,力的方向始终不变力的方向始终不变, ,选项选项D D正确正确. . 4.4.如图所示如图所示, ,在水平放置的光滑绝缘杆在水平放置的光滑绝缘杆abab上上, ,挂有两个相同的金属环挂有两个相同的金属环M M和和N.N.当两环均通以图示方向的电流时当两环均通以图示方向的电流时, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.两环静止不动两环静止不动B.B.两环互相靠近两环互相靠近C.C.两环互相远离两环互相远离D.D.两环同时向左运动两环同时向左运动 解
29、析解析: :两环通以同向电流两环通以同向电流, ,所以它们受到的安培力的效果是相互吸引所以它们受到的安培力的效果是相互吸引, ,故两故两环互相靠近环互相靠近. . B B5.5.如图所示为电动机的简化模型如图所示为电动机的简化模型, ,线圈线圈abcdabcd可绕轴可绕轴O O1 1O O2 2自由转动自由转动. .当线圈中当线圈中通入如图所示的电流时通入如图所示的电流时, ,顺着顺着O O1 1O O2 2的方向看去的方向看去, ,线圈将线圈将( ( ) ) A.A.顺时针转动顺时针转动B.B.逆时针转动逆时针转动C.C.仍然保持静止仍然保持静止D.D.既可能顺时针转动既可能顺时针转动, ,也可能逆时针转动也可能逆时针转动 解析解析: :根据左手定则可判断根据左手定则可判断cdcd受到的安培力向下受到的安培力向下, ,abab受到的安培力向上受到的安培力向上, ,线圈将沿顺时针转动线圈将沿顺时针转动. . A A
