人教高中物理选修3-1同步导学课件：第3章 磁场 4 .ppt

物 理 选修3 1 人教版 第三章 磁场场 4 通电导线在磁场中受到的力 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 了解磁电式电表的结构和工作原理 1 课课前预习预习 2 课课内探究 3 素养提升 4 课课堂达标标 5 课时课时 作业业 课课 前 预预 习习 1 概念 把通电导线在磁场中受的力称为安培力 2 安培力的方向 左手定则 如图所示 伸开左手 使拇指与其余 四个手指 并且都与手掌在同一个 内 让磁感线从 进入 并使四 指指向 的方向 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 安培力 垂直 平面掌心 电流拇指 3 安培力的大小 1 公式 F 为磁感应强度与通电导线之间的夹角 2 说明 A 当通电导线与磁感线垂直时 即电流方向与磁感线垂直时 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 BILsin BIL 为零 1 构造 磁铁 螺旋弹簧 指针 极靴 2 原理 通电线圈在磁场中受到安培力而偏转 1 线圈 越大 被测电流就越大 2 根据 的方向 可以知道被测电流的方向 磁电式电流表 线圈 偏转的角度 线圈偏转 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 方向 保持线圈转动时 安培力的大小不受磁场影响 线圈所受 安培力的方向始终与线圈平面垂直 线圈平面都与磁场方向 表盘 刻度均匀 如图所示 4 优 缺点 优点是 高 能测出很弱的电流 缺点是线圈的 允许通过的电流很弱 半径 平行 灵敏度 导线很细 判一判 1 通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同 2 通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直 3 通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直 4 不通电的导线在磁场中一定不受安培力 5 通电的导线在磁场中一定受安培力 6 对处于匀强磁场中的某段导线而言 所通电流越大 所受安培力越大 选一选 2018 山东济南外国语学校 济南一中等四校高二上学期期末 2017年1月 25日 在中央电视台CCTV10频道播出的节目中 海军电力工程专家马伟明院 士表示 正在研制设计中的国产003型航母采用电磁弹射已成定局 电磁弹射就 是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动 电磁炮就是利用电磁弹射工 作的 电磁炮的原理如图所示 则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是 A 竖直向上 B 竖直向下 C 水平向左 D 水平向右 解析 由左手定则可知 炮弹导体滑块受到的安培力的方向是水平向左 故选C C 想一想 把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来 使它下端刚 好跟杯中的水银面接触 并使它组成如图所示的电路 当开 关S接通后将会看到什么现象 答案 弹簧上下跳动 解析 通电后 弹簧的每一个圈都相当一个环形电流 且各线圈都通以相 同方向的电流 根据同向电流相互吸引 弹簧收缩 下端脱离水银面 使电路 断开 电路断开后 弹簧中的电流消失 磁场作用失去 弹簧在弹力和自身重 力作用下下落 于是电路又接通 弹簧又收缩 如此周而复始 形成弹簧上 下跳动 课课 内 探 究 如图所示 我们日常生活中用的照明电流是频率为50Hz 电 压为220V的交变电流 其大小和方向都在周期性变化 用一蹄形磁铁 慢慢地接近发光的白炽灯泡 可以看到灯丝颤抖起来 灯丝的 颤抖 说明什么道理呢 提示 电流方向变化时 安培力的方向随着变化 所以灯丝发 生 颤抖 探究一 安培力的方向 1 安培力方向的判断 1 F B F I 即F垂直于B I决定的平面 2 当电流方向与磁场方向不垂直时 安培力的方向仍垂直于电流与磁场 所决定的平面 所以仍可用左手定则来判断安培力的方向 只是磁感线不是垂 直进入掌心 3 注意区别安培力的方向和电场力的方向与磁场 电场的方向的关系 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 特别提醒 1 F I F B 但B与I不一定垂直 2 若已知B I方向 F方向惟一确定 但若已知B 或I F方向 I 或B 方向不惟一 解题指导 解答此类题目时应注意以下两点 1 安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面 2 I B方向不垂直时 让磁感线斜着穿过掌心 解析 A B C D E F G中电流方向均与磁场方向垂直 而H中 电流方向与磁场方向不垂直 由左手定则判断如图 答案 见解析 对点训练1 画出图中通电直导线A受到的安培力的方向 答案 根据磁场对电流会产生作用力的原理 人们研制出一种新型的发射炮弹 的装置 电磁炮 电磁炮的炮弹动力摒弃传统的火药 采用电磁力 它由两条 平行的长直导轨组成 导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸 当两轨接入电 源时 强大的电流从一导轨流入 经滑块从另一导轨流回时 在两导轨平面间 产生强磁场 通电流的滑块在安培力的作用下 弹丸会以很大的速度射出 弹 丸体积虽小 但由于初速度特别大 所以具有很大的动能 足以穿透厚钢板 通电导体在磁场中受力与哪些因素有关呢 探究二 安培力的大小 2 提示 与磁感应强度B 导线中的电流I 导线在磁场中的有效长度L等 有关 1 对安培力F ILBsin 的理解 1 当B与I垂直时 即sin90 1 则F ILB 当B与I成 角时 F ILBsin 是B与I的夹角 2 L是有效长度 匀强磁场中弯曲导线的有效长度L 等于连接两端点直 线的长度 如图 相应的等效电流沿L由始端流向末端 2 F ILBsin 的适用条件 导线所处的磁场应为匀强磁场 在非匀强磁场中 公式仅适用于很短的 通电导线 3 电流在磁场中的受力特点 电荷在电场中一定会受到电场力作用 但是电流在磁场中不一定受安培 力作用 当电流方向与磁场方向平行时 电流不受安培力作用 特别提醒 1 公式F ILBsin 中 是B和I方向的夹角 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 2 公式F IBLsin 中的Lsin 也可以理解为垂直于磁场方向的 有效长度 解题指导 解该类问题的基本思路是 1 选定研究对象 2 变三维为二维 如侧视图 剖面图或俯视图等 并画出平面受力分析 图 其中安培力的方向要注意F安 B F安 I 3 列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解 对点训练2 2018 北京市朝阳区 高二上学期期末 一种可测量磁感应强度大小 的实验装置 如图所示 磁铁放在水平放置的 电子测力计上 两极之间的磁场可视为水平匀 强磁场 其余区域磁场的影响可忽略不计 此 时电子测力计的示数为G1 将一直铜条AB水 平 且垂直于磁场方向静置于磁场中 两端通过导线与电源 开关 滑动变阻器和 电流表连成回路 闭合开关 调节滑动变阻器的滑片 当电流表示数为I时 电 子测力计的示数为G2 测得铜条在匀强磁场中的长度为L 铜条始终未与磁铁接 触 对上述实验下列说法正确的是 如图所示 在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极 沿边缘内壁放一个圆环 形电极 将两电极接在电池的两极上 然后在玻璃皿中放入盐水 把玻璃皿放 入蹄形磁铁的磁场中 N极在下 S极在上 通电后盐水就会旋转起来 探究三 安培力作用下导体的运动 3 通电后的盐水为什么会旋转起来呢 这个现象对你有什 么启发 提示 盐水受到磁铁的磁场力作用而发生转动 盐水中有指向圆心的电 流 根据左手定则 半径方向上的电流将受到安培力使得盐水逆时针转动 可以根据这个特点设计出无转子的洗衣机 衣服越脏 导电能力越强 电流越大 就受到更大的安培力 转速就更快 洗涤效果就更强 1 判断导体在磁场中运动情况的常规思路 不管是电流还是磁体 对通电导体的作用都是通过磁场来实现的 因此 此类问题可按下面步骤进行分析 1 确定导体所在位置的磁场分布情况 2 结合左手定则判断导体所受安培力的方向 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 电流元法把整段弯曲导线分为多段直线电流元 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合力的方向 从而确定导线 运动方向 特殊位 置法 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 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 等效后再确定相互作用情况 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 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 从而确定磁体所受合力及运动方向 特别提醒 1 导体处于非匀强磁场中时 通常用电流元法判断其受力情 况 2 判断条形磁铁 或小磁针 与环形电流间的相互作用时 通常选择等效 法 C 解析 1 电流元法 将导线AB从N S极的中间分成两段 对AO OB段所处的磁场方向如图甲所示 由左手定则可知AO段受 安培力的方向垂直于纸面向外 OB段受安培力的方向垂直于纸面向 里 可见从上向下看 导线AB将绕O点逆时针转动 2 特殊位置法 根据导线转过90 时的特殊位置判断其上下运 动情况 如图乙所示 导线AB此时受安培力的方向竖直向下 导线 将向下运动 综合上述由两个特殊位置的判断可知 当导线不在上述的特 殊位置时 所受安培力使导线AB逆时针转动的同时还要向下运动 故选项C正确 对点训练3 2016 江西南昌二中高二上学期期中 如 图所示 两个完全相同且相互绝缘 正交的金属环 可沿轴线 OO 自由转动 现通以图示方向电流 沿OO 看去会发现 D A A环 B环均不转动 B A环将逆时针转动 B环也逆时针转动 两环相对不动 C A环将顺时针转动 B环也顺时针转动 两环相对不动 D A环将顺时针转动 B环将逆时针转动 两者吸引靠拢至重合为止 解析 利用结论法求解 由安培定则可得 A环产生的磁场的方向向下 B环产生的磁场的方向向左 两个磁场相互作用后有磁场的方向趋向一致的趋 势 所以A环顺时针转动 B环逆时针转动 二者相互靠拢 直至重合 故D正 确 素 养 提 升 安培定则与左手定则的比较 安培定则 右手螺旋定则 左手定则 应用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的 受力方向 内容具体 情况 直线 电流 环形电流或通电螺 线管 电流在磁场中 条件大拇指指向电流的 方向 四指弯曲的方向指 向电流的环绕方向 磁感线穿过手掌心 四指指向电流方向 结果四指弯曲方向表示 磁感线的方向 大拇指指向轴线上 的磁感线方向 大拇指指向电流受到 的磁场力的方向 C 解析 首先根据右手螺旋定则判断通电螺线管产生的磁场的方向向右 所以在A处产生的磁场方向水平向左 再根据左手定则判断可知A受到通电螺线 管磁场的作用力的方向竖直向上 C正确 课课 堂 达 标标 课课 时时 作 业业