《高中物理（人教版）选修3-1 第3章第4节 通电导线在磁场中受到的力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理（人教版）选修3-1 第3章第4节 通电导线在磁场中受到的力（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章章 磁场磁场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练第四第四节通通电导线在磁在磁场中受到的力中受到的力课标定位课标定位学学习目目标：1.掌掌握握安安培培力力方方向向的的判判断断方方法法左左手手定定则2掌握安培力大小的掌握安培力大小的计算方法算方法3了解磁了解磁电式式电流表的原理流表的原理 重点重点难点：安培力的大小点：安培力的大小计算和方向判定算和方向判定 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第四第四节节通电通电导线导线在磁在磁场中
2、场中受到受到的力的力课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、安培力的方向一、安培力的方向1安安培培力力：通通电导线在在磁磁场中中受受的的力力称称为安安培培力力2.图341安培力方向的判定安培力方向的判定左手定则左手定则伸出左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且伸出左手，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；让都与手掌在同一个平面内；让_从掌心从掌心进入，并使四指指向进入，并使四指指向_的方向，这时拇指所的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受指的方向就是通电导线在磁场中所受_的方向的方向(如图如图341所示所示)磁感磁感线电流流安培力安培力3方方向向特特点点
3、：安安培培力力的的方方向向一一定定垂垂直直于于B和和I决决定定的平面的平面二、安培力的大小二、安培力的大小1当当B与与I垂直时，安培力的大小垂直时，安培力的大小F_.2当当B与与I平行时，安培力的大小平行时，安培力的大小F_.3当当B与与I成成角时，安培力的大小角时，安培力的大小F_，是磁感应强度是磁感应强度B的方向与导线方向的夹角的方向与导线方向的夹角ILB0ILBsin思考感悟思考感悟通通电电导导体体如如果果是是弯弯曲曲的的，如如何何确确定定它它的的有有效效长长度？度？提示：提示：导体两端的连线即为有效长度导体两端的连线即为有效长度三、磁电式电流表三、磁电式电流表1构构造造：_、_、螺螺旋
4、旋弹弹簧簧(又又叫叫游游丝丝)、指针、极靴、圆柱形铁芯等、指针、极靴、圆柱形铁芯等2原理：当被测电流通入线圈时，线圈受原理：当被测电流通入线圈时，线圈受_作用而转动，线圈的转动使螺旋弹簧扭作用而转动，线圈的转动使螺旋弹簧扭转形变，产生阻碍线圈转动的力矩当发培力转形变，产生阻碍线圈转动的力矩当发培力产生的转动与螺旋弹簧形变产生的阻碍达到产生的转动与螺旋弹簧形变产生的阻碍达到_时，指针停留在某一刻度时，指针停留在某一刻度_越大，越大，_就越大，就越大，_就越大就越大磁磁铁线圈圈安培力安培力平衡平衡电流流安培力安培力指指针偏角偏角核心要点突破核心要点突破一、安培力方向的判断一、安培力方向的判断左手定
5、则左手定则1安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面在判断时首先确定磁场与电流向所决定的平面在判断时首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向具体方向2当当电电流流方方向向跟跟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培力力的的方方向向，只只是是磁磁感感线线不不再再垂垂
6、直直穿穿过过手手心心(电电流流与与B垂垂直直时时，一一定定要让磁感线垂直穿过手心，否则可能出现错误要让磁感线垂直穿过手心，否则可能出现错误)3注意区别安培力的方向和电场力的方向与场注意区别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向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行特特别别提提醒醒：(1)F安安I，F安安B，但但B与与I不不一一定定垂直垂直(2)判判断断通通电电导导线线在在磁磁场场中中所所受受安安培培力力时时，注注意意一定要用左手，并注意各方向间的关系一定要用左手，并注意各方向间的关系(
7、3)若已知若已知B、I方向，方向，F安安方向唯一确定，但若已方向唯一确定，但若已知知B(或或I)、F安安方向、方向、I(或或B)方向不唯一方向不唯一即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.图图342中的通电导线在磁场中受力分析正中的通电导线在磁场中受力分析正确的是确的是()图342解析：解析：选C.注意安培定注意安培定则与左手定与左手定则的区的区别，判断通判断通电导线在磁在磁场中的受力用左手定中的受力用左手定则二、对安培力大小计算公式的深刻理解二、对安培力大小计算公式的深刻理解1公公式式FILB中中L指指的的是是“有有效效长长度度”当当B与与I垂直时，垂直时，F最大，最大，
8、FILB；当；当B与与I平行时，平行时，F0.2弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直接，等于连接两端点直接的长度的长度(如图如图343所示所示)；相应的电流沿；相应的电流沿L由始端由始端向末端向末端图3433若磁场和电流成若磁场和电流成角时，如图角时，如图344所法所法图344可可以以将将磁磁感感应应强强度度B正正交交分分解解成成BBsin和和BBcos，而，而B对电流是没有作用的对电流是没有作用的FILBILBsin，即，即FILBsin.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角，不不能能盲盲目目应应用用题题目目中中所所给给的的夹
9、夹角角，要要根据具体情况进行分析根据具体情况进行分析(2)公式中的公式中的L可以理解为垂直于磁场方向的可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度有效长度”即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.(2010年高考上海卷年高考上海卷)如图如图345所示，长为所示，长为2l的的直导线折成边长相等，夹角为直导线折成边长相等，夹角为60的的V形，并置于形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为为B.当在该导线中通以电流强度为当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为形通电导线受到的安培力大小为()
10、图345A0B0.5BIlCBIl D2BIl解析：解析：选选C.V形通电导线的等效长度为图中虚线形通电导线的等效长度为图中虚线部分，所以部分，所以FBIl，故，故C对对三、安培力作用下导体运动方向的判断三、安培力作用下导体运动方向的判断如如果果通通电电导导体体放放置置在在非非匀匀强强磁磁场场中中，则则不不能能够够运运用用FBIL进进行行定定量量的的计计算算，但但可可用用FBIL和和左左手手定定则则进进行行定定性性的的讨讨论论，常常用用的的方方法法有有以以下下几种：几种：1电流元分析法电流元分析法把整段电流等效分成很多段直线电流元，先用把整段电流等效分成很多段直线电流元，先用左手定则判断出每小
11、段电流元所受安培力的方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后确定运动方向，注意一般取对称的两段电流元分析元分析2等效分析法等效分析法环环形形电电流流可可以以等等效效为为小小磁磁针针(或或条条形形磁磁铁铁)，条条形形磁磁铁铁也也可可等等效效成成环环形形电电流流，通通电电螺螺线线管管可可以以等等效成很多的环形电流来分析效成很多的环形电流来分析3特殊位置分析法特殊位置分析法根根据据通通电电导导体体在在特特殊殊位位置置所所受受安安培培力力的的方方向向，判断其运动方向，然后推广到一
12、般位置判断其运动方向，然后推广到一般位置4结论法结论法两两平平行行直直线线电电流流在在相相互互作作用用过过程程中中，无无转转动动趋趋势势，同同向向电电流流互互相相吸吸引引，反反向向电电流流互互相相排排斥斥；两两不不平平行行的的直直线线电电流流相相互互作作用用时时，有有转转到到平平行行且电流方向相同的趋势且电流方向相同的趋势即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.如如图图346所所示示，两两个个完完全全相相同同的的线线圈圈套套在在一一水水平平光光滑滑绝绝缘缘圆圆柱柱上上，但但能能自自由由移移动动，若若两两线线圈圈内内通通以以大大小小不不等等的的同同向向电电流流，则则它它们们的
13、的运运动动情情况况是是()A都绕圆柱转动都绕圆柱转动B以不等的加速度相向运动以不等的加速度相向运动C以相等的加速度相向运动以相等的加速度相向运动D以相等的加速度背向运动以相等的加速度背向运动解析：解析：选选C.同向环形电流间相互吸引，虽然两同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但由牛顿第三定律知，两线圈电流大小不等，但由牛顿第三定律知，两线圈作用力必大小相等，故作用力必大小相等，故C正确正确图346四、安培力作用下的平衡问题四、安培力作用下的平衡问题1安培力作为通电导体所受的外力参与受力分安培力作为通电导体所受的外力参与受力分析，产生了通电导体在磁场中的平衡、加速及析，产生了通电导体在磁
14、场中的平衡、加速及做功问题，这类问题与力学知识联系很紧密，做功问题，这类问题与力学知识联系很紧密，解题时把安培力等同于重力、弹力、摩擦力等解题时把安培力等同于重力、弹力、摩擦力等性质力；对物体进行受力分析时，注意安培力性质力；对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向的确定；求解时注意对力学中静力大小和方向的确定；求解时注意对力学中静力学、动力学及功和能等有关知识的综合应用学、动力学及功和能等有关知识的综合应用2在在安安培培力力作作用用下下的的物物体体平平衡衡的的解解决决步步骤骤和和前前面面学学习习的的共共点点力力平平衡衡相相似似，一一般般也也是是先先进进行行受受力力分分析析，再再根根据据共共
15、点点力力平平衡衡的的条条件件列列出出平平衡衡方方程程，其其中中重重要要的的是是在在受受力力分分析析过过程程中中不不要要漏漏掉掉了安培力了安培力3与与闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律相相结结合合的的题题目目，主主要要应应用：用：(1)闭合电路欧姆定律；闭合电路欧姆定律；(2)安培力公式安培力公式FILB；(3)物体平衡条件物体平衡条件特特别别提提醒醒：(1)安安培培力力作作为为一一种种性性质质力力，在在受受力力分析时要单独分析，不可与其他力混为一谈分析时要单独分析，不可与其他力混为一谈(2)为方便对问题的分析和便于列方程在受力为方便对问题的分析和便于列方程在受力分析时先将立体图画成平面图，即面成
16、俯视图、分析时先将立体图画成平面图，即面成俯视图、剖面图或侧视图等剖面图或侧视图等即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)4.质量为质量为m的通电导体棒的通电导体棒ab置于倾角为置于倾角为的导轨的导轨上，如图上，如图347所示已知导体棒与导轨间的所示已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为动摩擦因数为，在图，在图348中所加各种磁场中所加各种磁场中，导体棒均静止，则导体棒与导轨间摩擦力中，导体棒均静止，则导体棒与导轨间摩擦力为零的可能情况是为零的可能情况是()图347图图348解析：解析：选选AB.要使静摩擦力为零，如果要使静摩擦力为零，如果FN0，必，必有有Ff0.图图B选项中安培力
17、的方向竖直向上，与重选项中安培力的方向竖直向上，与重力的方向相反，可能使力的方向相反，可能使FN0，B是正确的；如果是正确的；如果FN0，则导体除受静摩擦力，则导体除受静摩擦力Ff以外的其他力的合以外的其他力的合力只要为零，那么力只要为零，那么Ff0.在图在图A选项中，导体所受选项中，导体所受到的重力到的重力G、支持力、支持力FN及安培力及安培力F安安三力合力可能三力合力可能为零，则导体所受静摩擦力可能为零图为零，则导体所受静摩擦力可能为零图C、D选选项中，从导体所受到的重力项中，从导体所受到的重力G、支持力、支持力FN及安培及安培力力F安安三力的方向分析，合力不可能为零，所以导三力的方向分析
18、，合力不可能为零，所以导体所受静摩擦力不可能为零，故正确的选项应为体所受静摩擦力不可能为零，故正确的选项应为A、B.课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一安培力方向的判断安培力方向的判断例例例例1 1如如图349所所示示，a、b为平平行行放放置置的的两两根根长直直导线，当当a、b中中通通入入方方向向相相同同的的电流流时，a、b将将发生怎生怎样的作用？的作用？图349【思路点拨思路点拨】当直导线当直导线a中通入电流时，在它中通入电流时，在它的周围就产生了磁场，磁场方向可用安培定则的周围就产生了磁场，磁场方向可用安培定则确定，另一通电直导线确定，另一通电直导线b处在它的磁场中要受到处在它的磁场中要受
19、到安培力的作用，其方向可用左手定则判断，同安培力的作用，其方向可用左手定则判断，同理理a也处在也处在b的磁场中要受安培力作用的磁场中要受安培力作用【精讲精析精讲精析】由安培定则可知由安培定则可知a导线中的电流在导线中的电流在a导线的右侧产生从外向里的磁场，如图导线的右侧产生从外向里的磁场，如图3410所示，所示，b导线受力的方向由左手定则可以判断出是导线受力的方向由左手定则可以判断出是向左的，同理向左的，同理a将受到向右的安培力，可见，两同将受到向右的安培力，可见，两同向的电流发生相互吸引的作用向的电流发生相互吸引的作用图3410【答案答案】见精讲精析见精讲精析【规律总结规律总结】从上例中可以
20、看出：从上例中可以看出：(1)电电流流与与电电流流之之间间的的作作用用也也是是相相互互的的，完完全全遵遵从牛顿第三定律；从牛顿第三定律；(2)作为结论记住：同向电流相互吸引，异向电作为结论记住：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥流相互排斥变式训练变式训练1在图在图3411所示的电路中，电池所示的电路中，电池均相同，当开关均相同，当开关S分别置于分别置于a、b两处时，导线两处时，导线MM与与NN之间的安培力的大小分别为之间的安培力的大小分别为Fa、Fb，可判断两段导线，可判断两段导线()图3411A相互吸引，相互吸引，FaFb B相互排斥，相互排斥，FaFbC相互吸引，相互吸引，FaFb D相互
21、排斥，相互排斥，FaFb解析：解析：选选D.无论开关置于无论开关置于a还是置于还是置于b，两导线中，两导线中通过的都是反向电流，相互间作用力为斥力，通过的都是反向电流，相互间作用力为斥力，A、C错误开关置于位置错误开关置于位置b时电路中电流较大，时电路中电流较大，导线间相互作用力也较大，故导线间相互作用力也较大，故D正确正确类型二类型二通通电导体在安培力作用下的运体在安培力作用下的运动问题例例例例2 2如如图3412所所示示，把把轻质导电线圈圈用用绝缘细线悬挂挂在在磁磁铁N极极附附近近，磁磁铁的的轴线穿穿过线圈圈的的圆心心且且垂垂直直于于线圈圈平平面面，当当线圈圈内内通通入入如如图方方向向的的
22、电流后，流后，则线圈圈()A向左运向左运动 B向右运向右运动C静止不静止不动 D无法确定无法确定图3412【思思路路点点拨拨】此此题题可可以以采采用用电电流流元元法法，也也可可采采用等效法用等效法【精讲精析精讲精析】法一：等效法把通电线圈等效法一：等效法把通电线圈等效成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是左端是S极，右端是极，右端是N极，异名磁极相吸引，线极，异名磁极相吸引，线圈向左运动圈向左运动图3413法法二二：电电流流元元法法如如图图3413所所示示，取取其其中中的的上上、下下两两小小段段分分析析，根根据据其其中中心心对对称称性性线线圈圈所
23、所受受安安培培力力的的合合力力水水平平向向左左，故故线线圈圈向向左左运运动动【答案答案】A【题后反思题后反思】在用电流元法分析问题时，要在用电流元法分析问题时，要在对称的特殊位置选取电流元在对称的特殊位置选取电流元变式训练变式训练2 (2011年哈师大附中高二期中年哈师大附中高二期中)如图如图3414所示，两根垂直纸面、平行且固定放置所示，两根垂直纸面、平行且固定放置的直导线的直导线M和和N，通有同向等值电流；沿纸面与，通有同向等值电流；沿纸面与直导线直导线M、N等距放置的另一根可自由移动的通等距放置的另一根可自由移动的通电导线电导线ab，则通电导线，则通电导线ab在安培力作用下运动在安培力作
24、用下运动的情况是的情况是()图3414A沿纸面逆时针转动沿纸面逆时针转动B沿纸面顺时针转动沿纸面顺时针转动Ca端转向纸外，端转向纸外，b端转向纸里端转向纸里Da端转向纸里，端转向纸里，b端转向纸外端转向纸外解析：解析：选选D.根据长直导线周围磁场的分布规律根据长直导线周围磁场的分布规律和矢量合成法则，可以判断两电流和矢量合成法则，可以判断两电流M、N连线上连线上方处磁场方向水平向右，方处磁场方向水平向右，ab上半段所受安培力上半段所受安培力垂直于纸面向里，两电流垂直于纸面向里，两电流M、N连线下方处磁场连线下方处磁场方向水平向左，方向水平向左，ab下半段所受安培力垂直于纸下半段所受安培力垂直于
25、纸面向外，所以面向外，所以a端转向纸里，端转向纸里，b端转向纸外，选端转向纸外，选项项D正确正确质量为质量为m0.02 kg的通电细杆的通电细杆ab置于倾角置于倾角为为37的平行放置的导轨上，导轨的宽度的平行放置的导轨上，导轨的宽度d0.2 m，杆，杆ab与导轨间的动摩擦因数与导轨间的动摩擦因数0.4，磁，磁感应强度感应强度B2 T 的匀强磁场与导轨平面垂直且的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图方向向下，如图3415所示现调节滑动变所示现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？杆的电流范围为多少？类型三类型三安培力作
26、用下的平衡安培力作用下的平衡例例例例3 3图3415【自自主主解解答答】杆杆ab中中的的电电流流为为a到到b，所所受受的的安安培培力力方方向向平平行行于于导导轨轨向向上上当当电电流流较较大大时时，导导体体有有向向上上的的运运动动趋趋势势，所所受受静静摩摩擦擦力力向向下下，当当静静摩摩擦擦力力达达到到最最大大时时，磁磁场场力力为为最最大大值值F1，此此时时通通过过ab的的电电流流最最大大为为Imax；同同理理，当当电电流流最最小小时时，应应该该是是导导体体受受向向上上的的最最大大静静摩摩擦擦力力，此此时的安培力为时的安培力为F2，电流为，电流为Imin.正正确确地地画画出出两两种种情情况况下下的
27、的受受力力图图如如图图3416所示，所示，由平衡条件列方程求解由平衡条件列方程求解根据第一幅受力图列式如下：根据第一幅受力图列式如下：F1mgsinFf10FN1mgcos0Ff1FN1F1BImaxd解上述方程得：解上述方程得：Imax0.46 A图3416根据第二幅受力图根据第二幅受力图F2Ff2mgsin0FN2mgcos0Ff2FN2F2BImind.解上述方程得：解上述方程得：Imin0.14 A.【答案答案】0.14 AIab0.46 A【规规律律总总结结】(1)必必须须先先将将立立体体图图转转换换为为平平面面图图，然然后后对对物物体体受受力力分分析析，要要注注意意安安培培力力方方
28、向向的的确确定定最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程(2)注意静摩擦力可能有不同的方向，因而求解结果注意静摩擦力可能有不同的方向，因而求解结果是一个范围是一个范围变式训练变式训练3质量为质量为m，长度为，长度为L的导体棒的导体棒MN静止于水平导静止于水平导轨上，通过轨上，通过MN的电流为的电流为I，匀强磁场的磁感应，匀强磁场的磁感应强度为强度为B，方向与导轨平面成，方向与导轨平面成角斜向下，如图角斜向下，如图3417所示，求棒所示，求棒MN所受的支持力大小和摩所受的支持力大小和摩擦力大小擦力大小图3417解解析析：画画出出平平面面图图，由由左左手手定
29、定则则判判断断出出安安培培力力方向，对方向，对MN受力分析如图所示，由平衡条件得：受力分析如图所示，由平衡条件得：水平方向：水平方向：FfFsin 坚直方向：坚直方向：FNFcos mg安安培培力力FBIL，所所以以MN所所受受的的支支持持力力FNBILcos mg，所受摩擦力，所受摩擦力FfBILsin .答案：答案：BILcos mgBILsin 知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进入入课件目件目录按按ESC键退出全屏播放退出全屏播放谢谢使用使用优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章章 磁场磁场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练同学们来学校和回家的路上要注意安全优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章章 磁场磁场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练同学们来学校和回家的路上要注意安全
