高中物理课件---通电导线在磁场中受到的力

名师课堂·一点通第三章磁场新知预习·巧设计要点一要点二第4节通电导线在磁场中受到的力创新演练·大冲关随堂检测归纳小结课下作业综合提升要点三1．会用左手定则判断安培力的方向，掌握安培力的方向与磁场方向和电流方向的关系。2．掌握匀强磁场中安培力大小的公式，会分析安培力作用下导体的运动情况。3．了解磁电式电流表的构造和原理。[读教材·填要点]1．安培力的方向(1)安培力：通电导线在中受的力。(2)安培力的方向：(左手定则)伸开左手，使拇指与其余四个手指，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从进入，并使四指指向，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。磁场垂直掌心电流的方向拇指(3)安培力方向的特点：安培力方向与导线、磁感应强度的方向都垂直，即垂直于导线、磁感应强度决定的平面。[关键一点]安培力的方向与导线垂直，与磁感应强度也垂直，但导线与磁感应强度不一定垂直。2．安培力的大小F＝B与I垂直0B与I平行B与I方向夹角θILBILBsinθ3．磁电式电流表(1)磁电式仪表的构造特点：①构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。②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均匀分布，使线圈平面都与磁场方向，使表盘刻度。半径平行均匀(2)工作原理：如图3－4－1所示是线圈在磁场中受力的示意图。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，图3－4－1所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。(4)优缺点：优点是灵敏度高，可以测出的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。如果希望它测量较大的电流值，就要根据上一章的方法扩大其量程。很弱[试身手·夯基础]1．人们把通电导线在磁场中受的力称为________，判断安培力的方向用________。答案：安培力左手定则2．关于磁电式电流表的以下说法，不正确的是()A．指针稳定后，游丝形变产生的阻力与线圈所受到的安培力方向是相反的B．通电线圈中的电流越大，电流表指针的偏转角度越大C．在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场D．在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，与所处位置无关.解析：游丝形变产生的阻力与安培力引起的动力从转动角度来看二力方向相反。电流表内磁场是均匀辐射磁场，在线圈转动的范围内，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处的磁场大小相等方向不同，所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，因此，选项A、B、D正确，C错。答案：C3．作图：画出如图3－4－2中通电导线所受安培力方向或电流方向。图3－4－2答案：如图所示：4．如图3－4－3所示，在匀强磁场中放有通电导线，电流强度为I，磁感应强度为B，求导线所受到的安培力的大小。解析：导线在纸平面内，所以B⊥I，所以F＝BIL。答案：BIL图3－4－31．安培力方向的判断——左手定则(1)在使用左手定则时，一定要让磁感线垂直或斜着进入掌心，切不可把手掌放反了。(2)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。(3)安培定则与左手定则的选取原则：当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用安培定则判断电流的方向；当已知导体所受安培力的方向时，用左手定则判断电流的方向。2．安培力大小的计算(1)公式F＝ILB中L指的是“有效长度”。当B与I垂直时，F最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0。(2)弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图3－4－4所示)；相应的电流沿L由始端流向末端。图3－4－4[名师点睛](1)公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向间夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况分析。(2)公式中的L可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”。1．如图3－4－5所示，导线abc为垂直折线，其中电流为I,ab＝bc＝L，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感应强度为B，求导线abc所受安培力的大小和方向。图3－4－5[思路点拨]利用F＝ILB可以计算安培力的大小。[解析]法一：ab段所受的安培力大小Fab＝ILB，方向向右，bc段所受的安培力大小Fbc＝ILB，方向向上，所以该导线所受安培力为这两个力的合力，如图所示，F＝ILB，方向沿∠abc的角平分线向上。法二：把导线abc等效成直导线ac，则等效长度ac＝L，故安培力F＝BI·L＝ILB，方向垂直于ac，即沿∠abc的角平分线向上。[答案]2ILB方向沿∠abc的角平分线向上22对安培力公式F＝BILsinθ的正确理解是分析问题的关键。本题中既可分段求解，然后求合力，又可采用等效方法进行计算。不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动，在实际操作过程中，往往采用以下几种方法：电流元法把整段导线分为许多段直电流元，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，反过来等效也成立特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置(如转过90°)，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向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，反向电流互相排斥；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[名师点睛](1)判断通电线圈等在磁场中的转动情况，要寻找具有对称关系的电流元。(2)利用特殊位置法时要注意利用通电导体所在位置的磁场特殊点的方向。2．如图3－4－6所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关K的瞬间()图3－4－6A．A端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变B．A端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变C．A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小D．A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大[思路点拨]解答该题可按以下程序：[解析]当开关K接通时，根据安培定则知电磁铁附近磁感线的分布如图所示，由左手定则知通电直导线此时左端受力指向纸内，右端受力指向纸外，故导线将转动，转到与磁感线接近垂直时，整个导线受到的磁场力将竖直向下，故悬线张力变大，选项D正确。[答案]D判断安培力作用下通电导体(或通电线圈)的运动方向，首先应画出通电导体(或通电线圈)所在位置的磁感线方向，然后根据左手定则确定导体(或线圈)所受安培力的方向，再由导体(或线圈)的受力情况判断导体(或线圈)的运动方向。(1)有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲的物体平衡一样，只是多了一个安培力而已。(2)在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们学习的共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件列出平衡方程，其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力。[名师点睛]涉及安培力作用的问题，往往以立体图形出现，处理时要设法将立体图转化为平面图，然后对物体进行受力分析，要注意安培力方向的确定。3．质量为m，长度为L的导体棒MN垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，垂直于电流方向且与导轨平面成θ角斜向下，如图3－4－7所示，求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小。图3－4－7[思路点拨]正确画出棒MN的受力图示，然后列方程求解。[解析]画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN受力分析，如图所示，对导体棒MN由平衡条件得：水平方向：Ff＝Fsinθ，竖直方向：FN＝Fcosθ＋mg，安培力F＝BIL，所以MN所受的支持力FN＝BILcosθ＋mg，所受摩擦力Ff＝BILsinθ。[答案]BILcosθ＋mgBILsinθ在对物体进行受力分析时，安培力的方向易画错，因此应注意以下两点：(1)受力分析时，将表示磁场的箭头在受力图中标出，便于确定安培力的方向；(2)画完图后，要检查一下，看安培力是否垂直于B、I所决定的平面。1．(对应要点一)如图3－4－8所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图3－4－8A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB解析：由左手定则及力的合成可知合力方向沿纸面向上，故知C、D错误。再由安培力公式F＝BIL可得合力大小为(2＋1)ILB。A正确。答案：A2．(对应要点二)如图3－4－9所示的两条长直导线AB和CD相互垂直，其中AB固定，CD可以以其中心为轴自由转动或平动，彼此相隔一段很小的距离，当分别通以图示方向的电流I时，CD的运动情况是()A．顺时针方向转动、同时靠近导线ABB．顺时针方向转动、同时离开导线ABC．逆时针方向转动、同时靠近导线ABD．逆时针方向转动、同时离开导线AB图3－4－9解析：导线AB左边的磁场方向向外，右边的磁场方向向里，所以导线CD左侧所受安培力方向向下，右侧所受安培力方向向上，CD将逆时针转动，当转动90˚时，CD与AB为平行同向电流，相互吸引，故C正确。答案：C3．(对应要点三)如图3－4－10所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒。在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是()图3－4－10A．B＝mgsinαIL，方向垂直斜面向上B．B＝mgsinαIL，方向垂直斜面向下C．B＝mgcosαIL，方向垂直斜面向下D．B＝mgcosαIL，方向垂直斜面向上解析：由左手定则可知，要使棒受力平衡，磁场方向应为垂直斜面向上。对棒由平衡条件可得mgsinα＝BIL，解得B＝mgsinαIL，故正确答案为A。答案：A（1）通电导体在磁场中可以受安培力作用，安培力的方向可由左手定则判断。（2）安培力的大小由B、I、L及B和I间的夹角θ共同决定。（3）安培力的综合应用满足力学中的一切规律。点击下图进入“课下作业综合提升”