2019_2020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课件新人教版选修3_120191218264.ppt

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1、第第4 4节通电导线在磁场中受到的力节通电导线在磁场中受到的力自主学习自主学习课堂探究课堂探究课堂达标课堂达标自主学习自主学习学习目标学习目标1.1.了解安培力的概念了解安培力的概念, ,知道通电导线在磁场中受到安培力的条件。知道通电导线在磁场中受到安培力的条件。2.2.了解决定安培力方向的因素了解决定安培力方向的因素, ,知道安培力既与磁场方向垂直知道安培力既与磁场方向垂直, ,又与导线又与导线 垂直。垂直。3.3.会用左手定则判断有关方向。会用左手定则判断有关方向。4.4.知道安培力公式知道安培力公式F=ILBF=ILB的适用条件的适用条件, ,并会用公式解决简单问题。并会用公式解决简单问

2、题。教材提炼教材提炼一、安培力一、安培力1.1.定义定义: :通电导线在通电导线在 中受的力。中受的力。磁场磁场2.2.方向方向(1)(1)左手定则左手定则: :伸开左手伸开左手, ,使拇指与其余四个手指垂直使拇指与其余四个手指垂直, ,并且都与手掌在同一并且都与手掌在同一个平面内个平面内; ;让磁感线从让磁感线从 进入进入, ,并使四指指向并使四指指向 的方向的方向, ,这时这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。掌心掌心电流电流拇指拇指(2)(2)特点特点:FB,FI,:FB,FI,而而B B和和I I可以有任意夹角可以有任意夹

3、角, ,则则F F垂直于垂直于 方向和方向和 方方向所决定的平面。向所决定的平面。磁场磁场电流电流3.3.大小大小二、磁电式电流表二、磁电式电流表1.1.构造构造: : 、线圈、螺旋弹簧、极靴等。、线圈、螺旋弹簧、极靴等。磁铁磁铁2.2.原理原理: :通电线圈在磁场中受到通电线圈在磁场中受到 而偏转而偏转, ,线圈偏转的角度越大线圈偏转的角度越大, ,被被测电流就测电流就 。根据线圈。根据线圈 , ,可以知道被测电流的方向。可以知道被测电流的方向。安培力安培力越大越大偏转的方向偏转的方向3.3.优缺点优缺点: :优点是灵敏度高优点是灵敏度高, ,可以测出可以测出 的电流的电流; ;缺点是绕制线

4、圈的缺点是绕制线圈的导线很细导线很细, ,允许通过的电流很弱。允许通过的电流很弱。很弱很弱自我反馈自我反馈1.1.在如图所示磁场中在如图所示磁场中,ab ,ab 是闭合电路的一段导体是闭合电路的一段导体,ab ,ab 中的电流方向为中的电流方向为 ab,ab,则则 ab ab 受到的安培力的方向为受到的安培力的方向为( ( ) )A.A.向上向上B.B.向下向下C.C.垂直纸面向里垂直纸面向里D.D.垂直纸面向外垂直纸面向外C C解析解析: :根据左手定则根据左手定则, ,伸开左手伸开左手, ,拇指与手掌垂直且共面拇指与手掌垂直且共面, ,磁感线向下穿过磁感线向下穿过手心手心, ,四指指向电流

5、方向四指指向电流方向, ,拇指指向纸里拇指指向纸里, ,故导体受到的安培力垂直纸面故导体受到的安培力垂直纸面向里向里, ,选项选项A,B,DA,B,D错误错误,C,C正确。正确。2.2.如图所示如图所示, ,通电导线均置于匀强磁场中通电导线均置于匀强磁场中, ,其中导线受安培力方向向右的是其中导线受安培力方向向右的是( ( ) )B B解析解析: :根据左手定则根据左手定则,A,A图中导线受安培力方向向左图中导线受安培力方向向左,B,B图中导线受安培力方图中导线受安培力方向向右向向右, ,选项选项A A错误错误,B,B正确正确;C;C图中导线与磁场方向平行图中导线与磁场方向平行, ,不受安培力

6、不受安培力, ,选项选项C C错误错误; ;根据左手定则根据左手定则,D,D图中导线受安培力方向垂直纸面向里图中导线受安培力方向垂直纸面向里, ,选项选项D D错误。错误。3.3.画出下列各图中磁场中通电导线的安培力的方向。画出下列各图中磁场中通电导线的安培力的方向。解析解析: :无论无论B,IB,I是否垂直是否垂直, ,安培力总是垂直于安培力总是垂直于B B与与I I决定的平面决定的平面, ,且满足左手且满足左手定则。定则。答案答案: :如图所示如图所示4.4.将长度为将长度为20 cm20 cm、通有、通有0.1 A0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中电流的直导线放入一匀强磁场中, ,电

7、流与磁电流与磁场方向如图所示。已知磁感应强度为场方向如图所示。已知磁感应强度为1 T,1 T,试求出下列各图中导线所受安培试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。力的大小和方向。解析解析: :由左手定则和安培力的计算公式得由左手定则和安培力的计算公式得, ,甲图中因导线与磁感线平行甲图中因导线与磁感线平行, ,所以安培力为所以安培力为0;0;由左手定则知由左手定则知, ,乙图中导线所受安培力方向在纸面内垂乙图中导线所受安培力方向在纸面内垂直导线水平向右直导线水平向右, ,大小大小F=ILB=0.1F=ILB=0.10.20.21 N=0.02 N;1 N=0.02 N;丙图中安培力的方丙图

8、中安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上向在纸面内垂直导线斜向上, ,大小大小F=ILB=0.02 NF=ILB=0.02 N。答案答案: :甲甲:0:0乙乙:0.02 N,:0.02 N,方向在纸面内垂直导线水平向右方向在纸面内垂直导线水平向右丙丙:0.02 N,:0.02 N,方向在纸面内垂直导线斜向上方向在纸面内垂直导线斜向上课堂探究课堂探究要点突破要点突破【例【例1 1】 ( (20182018浙江嘉兴测试浙江嘉兴测试) )如图甲所示为海影号电磁推进试验舰艇如图甲所示为海影号电磁推进试验舰艇, ,船体下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示船体下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿

9、海平面截面图如图乙所示, ,其与其与海水接触的两侧壁海水接触的两侧壁M M和和N N分别连接舰艇内电源的正极和负极分别连接舰艇内电源的正极和负极, ,舰艇内超导体舰艇内超导体在在M,NM,N间产生强磁场间产生强磁场, ,使使M,NM,N间海水受到磁场力作用被推出间海水受到磁场力作用被推出, ,船因此前进。船因此前进。要使图乙中的舰艇向右前进要使图乙中的舰艇向右前进, ,则所加磁场的方向应为则所加磁场的方向应为( ( ) )A.A.水平向左水平向左 B.B.水平向右水平向右C.C.竖直向上竖直向上 D.D.竖直向下竖直向下要点一要点一安培力的方向安培力的方向C C解析解析: :根据题意根据题意,

10、M,N,M,N分别接电源正负极分别接电源正负极, ,所以有从所以有从M M到到N N的电流的电流, ,当所在位置当所在位置有竖直向上的磁场有竖直向上的磁场, ,根据左手定则可以判断根据左手定则可以判断, ,海水所受安培力向左海水所受安培力向左, ,根据作根据作用力与反作用力可知用力与反作用力可知, ,军舰将会向右前进军舰将会向右前进, ,所以选项所以选项C C正确。正确。误区警示误区警示左、右手的应用误区左、右手的应用误区由电流方向判断磁场的方向要用右手由电流方向判断磁场的方向要用右手( (安培定则安培定则),),由电流方向和磁场由电流方向和磁场方向判断安培力方向要用左手方向判断安培力方向要用

11、左手( (左手定则左手定则) )。针对训练针对训练1:1:( (20182018浙江宁波十校模拟浙江宁波十校模拟) )如图甲所示如图甲所示, ,扬声器中有一线圈处于扬声器中有一线圈处于磁场中磁场中, ,当音频电流信号通过线圈时当音频电流信号通过线圈时, ,线圈带动纸盆振动线圈带动纸盆振动, ,发出声音。剖面发出声音。剖面图乙中显示磁体和线圈的关系图乙中显示磁体和线圈的关系, ,俯视图丙表示处于辐射状磁场中的线圈俯视图丙表示处于辐射状磁场中的线圈( (线线圈平面即纸面圈平面即纸面),),磁场方向如图中箭头所示。则下面说法不正确的是磁场方向如图中箭头所示。则下面说法不正确的是( ( ) )A.A.

12、环形磁体产生的磁感线是不闭合的环形磁体产生的磁感线是不闭合的B.B.丙中丙中, ,线圈上各点的磁感应强度不同线圈上各点的磁感应强度不同C.C.当电流方向改变时当电流方向改变时, ,线圈所受安培力方向一定改变线圈所受安培力方向一定改变D.D.丙中当电流沿逆时针方向时丙中当电流沿逆时针方向时, ,对应乙中线圈所受安培力向下对应乙中线圈所受安培力向下A A解析解析: :磁体的磁感线应该是封闭的曲线磁体的磁感线应该是封闭的曲线, ,所以选项所以选项A A错误错误; ;丙中线圈的磁丙中线圈的磁感应强度的方向不同感应强度的方向不同, ,大小相等大小相等, ,所以磁感应强度不同所以磁感应强度不同, ,选项选

13、项B B正确正确; ;假设假设丙中线圈通有逆时针方向电流丙中线圈通有逆时针方向电流, ,根据左手定则根据左手定则, ,乙中线圈所受安培力向乙中线圈所受安培力向下下,D,D正确正确; ;当电流方向改变当电流方向改变, ,根据左手定则根据左手定则, ,线圈所受安培力方向肯定改线圈所受安培力方向肯定改变变, ,选项选项C C正确。正确。要点二要点二 【例例2 2】 如图所示的各图中如图所示的各图中, ,磁场的磁感应强度大小相同磁场的磁感应强度大小相同, ,导线两端点导线两端点a,ba,b间间的距离均相等的距离均相等, ,导线中电流相等导线中电流相等, ,则各图中有关则各图中有关abab导线所受安培力

14、大小的判导线所受安培力大小的判断正确的是断正确的是( ( ) )A.A.丁图最大丁图最大 B.B.乙图最大乙图最大C.C.一样大一样大 D.D.无法判断无法判断安培力的计算安培力的计算C C解析解析: :由于各图中由于各图中a,ba,b间导线在垂直于磁场方向的有效长度相等间导线在垂直于磁场方向的有效长度相等, ,根据安培根据安培力公式力公式F=ILBF=ILB可知可知, ,甲、乙、丙、丁四个图中导线所受的安培力大小相等甲、乙、丙、丁四个图中导线所受的安培力大小相等, ,故选项故选项C C正确。正确。规律方法规律方法确定通电导线确定通电导线“有效长度有效长度”的方法的方法(1)(1)作连接导线两

15、端点的直线作连接导线两端点的直线LL。(2)(2)确定确定LL与磁场方向的夹角。与磁场方向的夹角。(3)(3)由几何关系求出由几何关系求出“有效长度有效长度”L=Lsin L=Lsin 。A A要点要点三三 安培力作用下导体的平衡安培力作用下导体的平衡B B规律方法规律方法合成法与正交分解法的应用合成法与正交分解法的应用(1)(1)三力平衡时三力平衡时, ,一般先用平行四边形定则将某两个力合成一般先用平行四边形定则将某两个力合成, ,平行四边形的平行四边形的对角线一定与第三个力等大对角线一定与第三个力等大, ,反向。反向。(2)(2)四个力或四个以上力平衡时四个力或四个以上力平衡时, ,一般先

16、正交分解一般先正交分解, ,然后分析这两个垂直方然后分析这两个垂直方向的受力向的受力, ,列平衡方程求解。列平衡方程求解。针对训练针对训练3:3:( (20182018浙江教育绿色评价联盟适应性考试浙江教育绿色评价联盟适应性考试) )某兴趣小组同学制某兴趣小组同学制作出一个可以测量电流的仪器作出一个可以测量电流的仪器, ,其主要原理如图所示其主要原理如图所示, ,铜棒左右两侧的中点铜棒左右两侧的中点分别固定相同弹簧分别固定相同弹簧, ,铜棒所在的虚线范围内有垂直于纸面的匀强磁场铜棒所在的虚线范围内有垂直于纸面的匀强磁场, ,两弹两弹簧为原长时簧为原长时, ,指针指向指针指向0 0刻度。在测量一

17、个自上而下的电流时指针在刻度。在测量一个自上而下的电流时指针在0 0刻度刻度左边静止。由题中所给条件左边静止。由题中所给条件, ,判断正确的是判断正确的是( ( ) )A.A.可知磁场的方向垂直于纸面向外可知磁场的方向垂直于纸面向外B.B.仅改变磁场方向仅改变磁场方向, ,指针将在指针将在0 0刻度左边静止刻度左边静止C.C.仅改变电流的方向仅改变电流的方向, ,指针将在指针将在0 0刻度左边静止刻度左边静止D.D.同时改变磁场和电流的方向同时改变磁场和电流的方向, ,指针将在指针将在0 0刻度右边静止刻度右边静止A A解析解析: :电流向下时电流向下时, ,指针在指针在0 0刻线左侧刻线左侧

18、, ,弹力向右弹力向右, ,则说明电流受安培力向左则说明电流受安培力向左, ,由左手定则知由左手定则知, ,磁场垂直于纸面向外磁场垂直于纸面向外, ,故故A A正确正确; ;仅改变磁场方向或仅改变仅改变磁场方向或仅改变电流方向电流方向, ,由左手定则可知受力向右由左手定则可知受力向右, ,则弹力向左则弹力向左, ,指针将在右侧静止指针将在右侧静止, ,故故B,CB,C错误错误; ;同时改变磁场和电流的方向同时改变磁场和电流的方向, ,安培力方向仍向左安培力方向仍向左, ,故指针仍在故指针仍在0 0刻刻度左边静止度左边静止, ,故故D D错误。错误。教材探究教材探究教材教材P P9292演示实验

19、如图所示演示实验如图所示, ,两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相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什么情况下两条直导线相互排斥排斥? ?答案答案: :每一条通电直导线均处在另一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, ,根据安培定则可根据安培定则可判断出导线电流磁场的方向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所受再根据左手定则可判断出每一条直导线所受的安培力的安培力, ,由此可知由此可知, ,同向电流相互吸引同向电流相互吸引,

20、,反向电流相互排斥。反向电流相互排斥。课堂达标课堂达标A A1.1.如图中分别标明了通电直导线中电流如图中分别标明了通电直导线中电流 I I、 匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度 B B 和电流所受安培力和电流所受安培力 F F的方向的方向, ,其中正确的是其中正确的是( ( ) )解析解析: :伸开左手伸开左手, ,四指指向电流方向四指指向电流方向, ,让磁感线垂直穿过手心让磁感线垂直穿过手心, ,拇指指向为拇指指向为安培力方向安培力方向, ,故故A A中的安培力方向竖直向上中的安培力方向竖直向上,B,B中的安培力为零中的安培力为零,C,C中安培力中安培力方向竖直向下方向竖直向下,D,

21、D中安培力方向垂直纸面向外中安培力方向垂直纸面向外, ,故选项故选项A A正确。正确。2.2.如图所示如图所示, ,长为长为2l2l的直导线折成边长相等夹角为的直导线折成边长相等夹角为6060的的V V形形, ,并置于与其所并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中在平面相垂直的匀强磁场中, ,磁感应强度为磁感应强度为B B。当在该导线中通以电流强度。当在该导线中通以电流强度为为I I的电流时的电流时, ,该该V 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( ( ) )A.0 A.0 B.0.5Bil B.0.5Bil C.BIl C.BIl D.2BIlD.2BIlC C解析解析:

22、 :V V形通电导线的等效长度为图中虚线部分形通电导线的等效长度为图中虚线部分, ,所以所以F=BIl,F=BIl,故选故选C C。3.(3.(20182018浙江诸暨牌头中学月考浙江诸暨牌头中学月考)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,一根长度为一根长度为L L的直导体棒的直导体棒中通以大小为中通以大小为I I的电流的电流, ,静止放在导轨上静止放在导轨上, ,垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应强度大小为强度大小为B,B,方向与竖直方向成方向与竖直方向成角斜向左上角斜向左上, ,导体棒与导轨间的动摩擦因导体棒与导轨间的动摩擦因数为数为,重力加速度为重力加速度为

23、g g。下列说法正确的是。下列说法正确的是( ( ) )A.A.导体棒受到的安培力大小为导体棒受到的安培力大小为BILcos BILcos B.B.导体棒受到的安培力方向与水平成导体棒受到的安培力方向与水平成角斜向右上角斜向右上C.C.导体棒对轨道的压力大小为导体棒对轨道的压力大小为mg-BILsin mg-BILsin D.D.若仅将电源极性对调若仅将电源极性对调, ,则导体棒受到的摩擦力将比原来大则导体棒受到的摩擦力将比原来大BCBC解析解析: :对导体棒受力分析如图所示对导体棒受力分析如图所示,B,B与与I I垂直垂直, ,故导体棒受到安培力大小为故导体棒受到安培力大小为F=BIL,F=

24、BIL,导体棒受到的安培力方向与水平成导体棒受到的安培力方向与水平成角斜向右上角斜向右上, ,故故A A错误错误,B,B正确正确; ;根据共点力平衡规律得根据共点力平衡规律得BILsin +FBILsin +FN N=mg,=mg,得导体棒对轨道的压力大小为得导体棒对轨道的压力大小为F FN N=mg-BILsin ,=mg-BILsin ,故故C C正确正确; ;由于导体棒受到的是静摩擦力由于导体棒受到的是静摩擦力, ,因而受到静摩因而受到静摩擦力大小要运用力的平衡规律求解擦力大小要运用力的平衡规律求解, ,即为即为F Ff f=BILcos ,=BILcos ,若仅将电源极性若仅将电源极性

25、对调对调, ,则导体棒受到的摩擦力还是静摩擦力则导体棒受到的摩擦力还是静摩擦力, ,根据平衡规律求解可得根据平衡规律求解可得F Ff f=BILcos ,=BILcos ,故故D D错误。错误。4.4.如图所示如图所示, ,在与水平方向夹角为在与水平方向夹角为6060的光滑金属导轨间有一电源的光滑金属导轨间有一电源, ,在相距在相距 1 m1 m的平行导轨上放一质量为的平行导轨上放一质量为m=0.3 kgm=0.3 kg的金属棒的金属棒ab,ab,通以从通以从ba,I=3 Aba,I=3 A的电的电流流, ,磁场方向竖直向上磁场方向竖直向上, ,这时金属棒恰好静止。求这时金属棒恰好静止。求: :(1)(1)匀强磁场磁感应强度的大小匀强磁场磁感应强度的大小; ;答案答案: :(1)1.73 T(1)1.73 T(2)ab(2)ab棒对导轨的压力。棒对导轨的压力。(g(g取取10 m/s10 m/s2 2) )答案答案: :(2)6 N,(2)6 N,方向垂直斜面向下方向垂直斜面向下