
磁场对通电导线的作用ppt课件.ppt
36页第二第二节 磁 磁场对通通电导线的作用的作用——安培力安培力 中心要点突破中心要点突破课堂互堂互动讲练知能知能优化化训练第第二二节 磁磁场对通通电导线的的作作用用——安安培培力力课前自主学案前自主学案课标定位定位学学习目目的的::1.经过实验探探求求的的方方法法知知道道安安培培力力大大小的决小的决议要素.要素.2.了解并掌握安培力的.了解并掌握安培力的计算公式算公式F==ILB.3..知知道道安安培培力力的的概概念念,,会会用用左左手手定定那那么么断断定定安安培力的方向.培力的方向.4.了解.了解电动机、磁机、磁电式式电流表的构造及原理.流表的构造及原理.重重点点难点点::安安培培力力大大小小的的实验探探求求及及安安培培力力方方向向的判的判别..课前自主学案课前自主学案一、安培力一、安培力1.探求影响通.探求影响通电导线受力的要素受力的要素(1)将将一一根根________程程度度悬挂挂在在磁磁铁的的两两极极间,,导线的方向与磁的方向与磁场的方向的方向______..(2)控制控制变量法量法①①坚 持持 磁磁 场 中中 直直 导 线 的的 长 度度 不不 变 ,, 改改 动_________,,经过察察看看___________大大小小来来比比较磁磁场力大小.力大小.②②坚持持电流流不不变,,改改动磁磁场中中______________,,经过察看直察看直导线_____大小来比大小来比较磁磁场力大小.力大小.直直导线垂直垂直电流大小流大小弹簧簧测力力计蹄形磁体个数蹄形磁体个数受力受力(3)结结论论::通通电电直直导导线线与与磁磁场场_________时时,,磁磁场场对对通通电电导导线线作作用用力力的的大大小小与与_________和和________都都成成正比.正比.2.安培力的大小.安培力的大小(1)通通电导线电导线跟磁跟磁场场垂直垂直时时:安培力最大,:安培力最大,F==____.(2)通通电导线电导线跟磁跟磁场场平行平行时时:安培力最小,:安培力最小,F==__.3.安培力的方向.安培力的方向(1)左左手手定定那那么么::伸伸出出左左手手,,四四指指并并拢拢,,使使大大拇拇指指和和其其他他四四指指垂垂直直,,并并且且都都跟跟手手掌掌在在同同一一平平面面内内,,让让_______垂垂直直穿穿过过手手心心,,四四指指指指向向_____方方向向,,那那么么大拇指所指方向就是大拇指所指方向就是_________所受安培力的方向所受安培力的方向.方向垂直方向垂直导线长度度电流大小流大小ILB0磁感磁感线电流流通通电导线(2)通通电电导导线线在在磁磁场场中中遭遭到到的的安安培培力力方方向向,,既既与与_________垂垂直直,,又又与与_________垂垂直直,,即即垂垂直直于于_________和和__________所确定的平面.所确定的平面.二、二、电动电动机机——安培力的重要运用安培力的重要运用1..构构造造::由由磁磁场场(磁磁体体)、、_________、、____、、____及及电电源源组组成.成.2..原原理理::(图图见见教教材材P87)电电流流从从滑滑环环A流流入入时时,,从从滑滑环环B流流出出,,滑滑环环起起一一个个_______的的作作用用,,当当线线圈圈通通电电后后,,由由于于遭遭到到_______的的作作用用,,线线圈圈在在磁磁场场中中旋旋转转起来.起来.电流方向流方向磁磁场方向方向电流方向流方向磁磁场方向方向转动线圈圈滑滑环电刷刷换向器向器安培力安培力中心要点突破中心要点突破一、安培力大小的一、安培力大小的计算算1..公公式式F==ILB中中L指指的的是是“有有效效长度度〞〞..当当B与与I垂垂直直时,,F最最大大,,F==ILB;;当当B与与I平平行行时,,F==0.2..弯弯曲曲导线的的有有效效长度度L,,等等于于衔接接两两端端点点直直线的的长度度(如如图3--2--1);;相相应的的电流流沿沿L由由始始端端流向末端.流向末端.图3--2--13..假假设设磁磁场场和和电电流流成成θ角角时时,,如如图图3--2--2所所示示..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B⊥⊥==Bsinθ和和B∥∥==Bcosθ,而,而B∥∥对电对电流是没有作用的.流是没有作用的.F==ILB⊥⊥==ILBsinθ,即,即F==ILBsinθ.图3--2--2特特别提提示示::(1)公公式式F==ILBsinθ中中θ是是B和和I方方向向的的夹角角,,不不能能盲盲目目运运用用标题中中所所给的的夹角角,,要要根据根据详细情况情况进展分析.展分析.(2)公公式式F==IBLsinθ中中的的Lsinθ也也可可以以了了解解为垂垂直于磁直于磁场方向的方向的“有效有效长度〞.度〞.(3)用用公公式式计算算安安培培力力适适用用于于电流流处于于匀匀强磁磁场中.中.即即时运用运用(即即时突破,小突破,小试牛刀牛刀)1..一一根根长为0.2 m、、电流流为2 A的的通通电导线,,放放在在磁磁感感应强度度为0.5 T的的匀匀强磁磁场中中,,遭遭到到磁磁场力力的的大大小能小能够是是( )A..0.4 N B..0.2 NC..0.1 N D..0 N解解析析::选BCD.据据安安培培力力的的定定义,,当当磁磁感感应强度度B与与通通电电流流I方方向向垂垂直直时,,磁磁场力力有有最最大大值为Fm==BIL==0.5×2×0.2 N==0.2 N.当两者方向平行当两者方向平行时,磁,磁场力有最小力有最小值为0 N.随随着着二二者者方方向向夹角角的的不不同同,,磁磁场力力大大小小能能够在在0 N与与0.2 N之之间取取值..二、安培力方向的判二、安培力方向的判别1..安安培培力力的的方方向向总是是垂垂直直于于磁磁场方方向向和和电流流方方向向所所决决议的的平平面面,,在在判判别安安培培力力方方向向时首首先先确确定定磁磁场和和电流流所所确确定定的的平平面面,,从从而而判判别出出安安培培力力的的方方向向在在哪哪一一条条直直线上上,,然然后后再再根根据据左左手手定定那么判那么判别出安培力的出安培力的详细方向.方向.2..知知I、、B的的方方向向,,可可独独一一确确定定F的的方方向向;;知知F、、B的的方方向向,,且且导线的的位位置置确确定定时,,可可独独一一确确定定I的的方方向向;;知知F、、I的的方方向向时,,磁磁感感应强强度度B的的方方向向不能独一确定.不能独一确定.3..由由于于B、、I、、F的的方方向向关关系系在在三三维维立立体体空空间间中中,,所所以以处处理理该该类类问问题题时时,,应应具具有有较较好好的的空空间间想想象象力力..假假设设是是在在立立体体图图中中,,还还要要擅擅长长把把立立体体图图转转换换成成平面平面图图..4..判判别别通通电电导导线线或或线线圈圈在在安安培培力力作作用用下下的的运运动动方方向的几种方法向的几种方法(1)电电流流元元分分析析法法::把把整整段段电电流流分分成成很很多多小小段段直直线线电电流流,,其其中中每每一一小小段段就就是是一一个个电电流流元元..先先用用左左手手定定那那么么判判别别出出每每小小段段电电流流元元遭遭到到的的安安培培力力的的方方向向,,再再判判别别整整段段电电流流所所受受安安培培力力的的方方向向,,从从而而确确定定导导线线的运的运动动方向.方向.(2)特特殊殊位位置置分分析析法法::根根据据通通电电导导线线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,,判判别别其其运运动动方方向向,,然然后推行到普通位置.后推行到普通位置.(3)等等效效分分析析法法::环环形形电电流流可可等等效效为为小小磁磁针针,,通通电电螺螺线线管管可可等等效效为为条条形形磁磁铁铁,,其其南南、、北北极极由安培定那么断定.由安培定那么断定.5..分分析析通通电电导导线线在在安安培培力力作作用用下下运运动动情情况况的的普普通步通步骤骤(1)画出通画出通电导线电导线所在所在处处的磁感的磁感线线方向及分布情况;方向及分布情况;(2)用左手定那么确定各段通用左手定那么确定各段通电导线电导线所受安培力;所受安培力;(3)据据初初速速度度方方向向结结合合牛牛顿顿运运动动定定律律确确定定导导线线的的运运动动情况.情况.特特别别提提示示::(1)在在F、、I、、B三三个个物物理理量量中中,,F与与I、、F与与B一定垂直,但一定垂直,但B与与I不一定垂直.不一定垂直.(2)判判别别通通电电线线圈圈在在磁磁场场中中的的转转动动情情况况,,应应找找准准具具有有对对称关系的特殊位置的称关系的特殊位置的电电流元.流元.即即时运用运用(即即时突破,小突破,小试牛刀牛刀)2.通通电矩矩形形导线框框abcd与与无无限限长通通电直直导线MN在在同同一一平平面面内内,,电流流方方向向如如图3--2--3所所示示,,ab与与MN平平行行..关关于于MN的的磁磁场对线框框的的作作用用,,以以下下表表达达中中正正确确的的选项是是( )A..线框有两条框有两条边所受的安培力的方向一所受的安培力的方向一样B..线框有两条框有两条边所受的安培力大小相等所受的安培力大小相等C..线框受安培力的合力向左框受安培力的合力向左D..cd边所受安培力所受安培力对ab边的力矩不的力矩不为零零图3--2--3解解析析::选BC.通通电矩矩形形线框框abcd在在无无限限长直直通通电导线构构成成的的磁磁场中中,,遭遭到到磁磁场力力的的作作用用,,对于于ad边和和bc边,,所所在在的的磁磁场一一样,,但但电流流方方向向相相反反,,所所以以ad和和bc边所所受受磁磁场力力(安安培培力力)大大小小相相等等,,方方向向相相反反,,即即ad边和和bc边所所受受合合力力为零零..而而对于于ab和和cd两两条条边,,由由于于在在磁磁场中中,,离离长直直导线的的位位置置不不同同,,ab边近近且且由由左左手手定定那那么么判判别受受力力向向左左,, cd遥遥远且且由由左左手手定定那那么么判判别受受力力向向右右,,所所以以ab边、、cd边受合力方向向左,故受合力方向向左,故B、、C选项正确.正确.三、安培力作用下的物体平衡三、安培力作用下的物体平衡1..有有安安培培力力参参与与的的物物体体平平衡衡,,此此平平衡衡与与前前面面所所讲的的物物体体平平衡衡一一样,,也也是是利利用用物物体体平平衡衡条条件件解解题.只是多了一个安培力而已..只是多了一个安培力而已.2..与与闭合合电路路欧欧姆姆定定律律相相结合合的的标题,,主主要要运运用:用:(1)闭合合电路欧姆定律;路欧姆定律;(2)求安培力用公式求安培力用公式F==BIL;;(3)物体平衡条件.物体平衡条件.3..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题题步步骤骤和和前前面面我我们们学学习习的的共共点点力力平平衡衡类类似似,,普普通通也也是是先先进进展展受受力力分分析析,,再再根根据据共共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漏掉了安培力.要漏掉了安培力.即即时运用运用(即即时突破,小突破,小试牛刀牛刀)3.如如图3--2--4所所示示,,在在倾角角为α的的光光滑滑斜斜面面上上,,垂垂直直纸面面放放置置一一根根长为L、、质量量为m的的直直导体体棒棒,,在在导体体棒棒中中的的电流流I垂垂直直纸面面向向里里时,,欲欲使使导体体棒棒静静止止在在斜斜面面上上,,以以下下外外加加匀匀强磁磁场的的磁磁感感应强度度B的大小和方向正确的的大小和方向正确的选项是是( )图3--2--4课堂互动讲练课堂互动讲练类类型一型一安培力大小的安培力大小的计算算例例例例1 1 如如图3--2--5所所示示,,导线abc为垂垂直直折折线,,其其中中电流流为I,,ab==bc==L,,导线所所在在的的平平面面与与匀匀强强磁磁场垂垂直直,,匀匀强强磁磁场的的磁磁感感应强强度度为B,,求求导线abc所受安培力的大小和方向.所受安培力的大小和方向.图3--2--5【【思思绪点点拨】】 利利用用F==ILB可可以以计算算安安培培力的大小.力的大小.【【规律律总结】】 对安安培培力力公公式式F==BILsinθ的的正正确确了了解解是是分分析析的的关关键..此此题中中既既可可分分段段求求解解,,然后求合力,又可采用等效方法然后求合力,又可采用等效方法进展展计算.算.变式式训练1 将将长为1 m的的导线ac从从中中点点b折折成成如如图3--2--6所所示示的的外外形形,,放放入入B==0.08 T的的匀匀强磁磁场中中,,abc平平面面与与磁磁场垂垂直直..假假设在在导线abc中中通通入入25 A的的直直流流电,,那那么么整整个个导线所所受受安安培培力力大大小小为________N.图3--2--6类类型二型二安培力方向的判别安培力方向的判别例例例例2 2 如如图3--2--7所所示示,,一一金金属属直直杆杆MN两两端端接接有有导线,,悬挂挂于于线圈圈上上方方,,MN与与线圈圈轴线均均处于于竖直直平平面面内内,,为使使MN垂垂直直纸面面向向外外运运动,,可以可以( )图3--2--7A.将.将a、、c端接在端接在电电源正极,源正极,b、、d端接在端接在电电源源负负极极B.将.将b、、d端接在端接在电电源正极,源正极,a、、c端接在端接在电电源源负负极极C.将.将a、、d端接在端接在电电源正极,源正极,b、、c端接在端接在电电源源负负极极D..将将a、、c端端接接在在交交流流电电源源的的一一端端,,b、、d端端接接在在交交流流电电源的另一端源的另一端【【思思绪绪点点拨拨】】 磁磁场场的的方方向向、、电电流流的的方方向向、、安安培培力力的的方方向向遵遵守守左左手手定定那那么么,,电电流流的的磁磁场场用用安安培培定定那么判那么判别别..【【精精讲精精析析】】 要要求求直直杆杆MN垂垂直直纸面面向向外外运运动,,把把直直杆杆所所在在处的的磁磁场方方向向和和直直杆杆中中电流流画画出出来来,,得得A、、B正正确确..假假设使使a、、c两两端端(或或b、、d两两端端)的的电势相相对于于另另一一端端b、、d(或或a、、c)的的电势的的高高低低做做同同步步变化化,,线圈圈磁磁场与与电流流方方向向的的关关系跟上述两种情况一系跟上述两种情况一样,故,故D也正确.也正确.【答案】 【答案】 ABD【【规律律总结】】 安安培培定定那那么么、、左左手手定定那那么么往往往往同同时运运用用..应特特别留留意意,,安安培培定定那那么么是是判判别电流流的的磁磁场方方向向,,又又称称右右手手螺螺旋旋定定那那么么,,而而左左手手定那么是用左手判定那么是用左手判别电流的受力情况的.流的受力情况的.变式式训练2 在在地地球球赤赤道道上上空空,,沿沿东西西方方向向程程度度放放置置一一根根通通以以由由西西向向东的的直直线电流流,,那那么么此此导线( )A.遭到.遭到竖直向上的安培力直向上的安培力B.遭到.遭到竖直向下的安培力直向下的安培力C.遭到由南向北的安培力.遭到由南向北的安培力D.遭到由西向.遭到由西向东的安培力的安培力解解析析::选A.地地球球赤赤道道上上空空的的磁磁场方方向向由由南南向向北北与与地地面面方方向向平平行行,,由由左左手手定定那那么么可可判判别导线遭遭到到竖直向上的安培力.直向上的安培力.类类型三型三安培力作用下的平衡问题安培力作用下的平衡问题例例例例3 3 质质量量为为m==0.02 kg的的通通电电细细杆杆ab置置于于倾倾角角为为θ==37°的的平平行行放放置置的的导导轨轨上上,,导导轨轨的的宽宽度度d==0.2 m,,杆杆ab与与导导轨轨间间的的动动摩摩擦擦因因数数μ==0.4,,磁磁感感应应强强度度B==2 T的的匀匀强强磁磁场场与与导导轨轨平平面面垂垂直直且且方方向向向向下下,,如如图图3--2--8所所示示..现现调调理理滑滑动动变变阻阻器器的的触触头头,,试试求求出出为为使使杆杆ab静静止止不不动动,,经经过过ab杆的杆的电电流范流范围为围为多少?多少?图3--2--8【【思思绪点点拨】】 先先对ab进展展正正确确受受力力分分析析,,根根据据平平衡衡条条件件求求安安培培力力的的最最大大值、、最最小小值,,可确定可确定电流的范流的范围..【【自自主主解解答答】】 杆杆ab中中的的电流流为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轨向向上上..当当电流流较大大时,,导体体有有向向上上的的运运动趋势,,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到到达达最最大大时,,磁磁场力力为最最大大值F1,,此此时经过ab的的电流流最最大大为Imax;;同同理理,,当当电流流最最小小时,,应该是是导体体受受向向上上的的静静摩擦力,此摩擦力,此时的安培力的安培力为F2,,电流流为Imin.正正确确地地画画出出两两种种情情况况下下的的受受力力图3--2--9,,由由平平衡衡条件列方程求解.条件列方程求解.根据第一幅受力根据第一幅受力图列式如下:列式如下:F1--mgsinθ--f1==0N--mgcosθ==0f1==μNF1==BImaxd解上述方程得:解上述方程得:Imax==0.46 A根根据据第第二二幅幅受受力力图,,得得F2++f2--mgsinθ==0,,N--mgcosθ==0,,f2==μN,,F2==BImind解上述方程得:解上述方程得:Imin==0.14 A.图3--2--9【答案】 【答案】 0.14 A≤I≤0.46 A【【规律律总结】】 (1)必必需需先先将将立立体体图转换为平平面面图,,然然后后对物物体体进展展受受力力分分析析,,要要留留意意安安培培力力方方向向确确实定定..最最后后根根据据平平衡衡条条件件或或物物体体的的运运动形状列出方程.形状列出方程.(2)留留意意静静摩摩擦擦力力可可以以有有不不同同的的方方向向,,因因此此求求解解结果是一个范果是一个范围..变式式训练3 如如图3--2--10所所示示,,条条形形磁磁铁放放在在程程度度桌桌面面上上,,在在其其正正中中央央的的上上方方固固定定一一根根长直直导线,,导线与与磁磁铁垂垂直直,,给导线通通以以垂垂直直纸面面向向里里的的电流流,,用用N表表示示磁磁铁对桌桌面面的的压力力的的反反作作用用力力,,用用f表表示示桌桌面面对磁磁铁的的摩摩擦擦力力,,导线中中通通电后后与与通通电前相比前相比较( )A..N减小,减小,f==0 B..N减小,减小,f≠0C..N增大,增大,f==0 D..N增大,增大,f≠0图3--2--10解解析析::选C.如如下下图,,画画出出一一条条经过电流流I处的的磁磁感感线,,电流流I处的的磁磁场方方向向程程度度向向左左,,由由左左手手定定那那么么知知电流流I受受安安培培力力方方向向竖直直向向上上,,根根据据牛牛顿第第三三定定律律知知,,电流流对磁磁铁的的作作用用力力方方向向竖直直向向下下,,所所以以磁磁铁对桌桌面面压力力增增大大,,由由于于磁磁铁没没有有相相对于于桌桌面面的的运运动趋势,,故故桌桌面面对磁磁铁无摩擦力作用.无摩擦力作用.知能优化训练知能优化训练。
