高二物理魯科版選修3-1課件：第1部分 第6章 第1節(jié)《探究磁場對電流的作用》

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歡迎進入物理課堂 1 磁場對電流的作用力稱為安培力 2 在勻強磁場中 當通電直導線與磁場方向垂直時 通電導線所受的安培力最大 等于磁感應強度B 電流I和導線長度l的乘積 3 左手定則 伸開左手 讓拇指與其余四指垂直 并與手掌在同一平面內(nèi) 讓磁感線垂直穿過手心 四指指向電流方向 那么 拇指所指方向即為通電直導線在磁場中的受力方向 4 安培力讓電動機轉(zhuǎn)動 電流計發(fā)揮作用 自學教材 1 概念對電流的作用力 2 科學探究 安培力與哪些因素有關(guān) 1 探究方法 且保持通電導線與磁感線垂直 2 探究過程 在通電導線長度和電流不變的情況下 改變 探究磁感應強度的大小和方向?qū)Π才嗔Φ挠绊?磁場 控制變量法 磁感應 強度 在磁感應強度和通電導線在磁場中的長度不變的情況下 改變電流的大小和方向 探究電流的和對安培力的影響 在磁感應強度與電流的大小和方向不變的情況下 改變通電導線在磁場中的 探究通電導線在磁場中的長度對安培力的影響 大小 方向 長度 3 結(jié)論在勻強磁場中 通電導線與磁場方向垂直時 安培力的大小 F IlB 4 判斷安培力方向的方法 左手定則伸開左手 讓拇指與其余四指 并與手掌在同一平面內(nèi) 讓磁感線穿過手心 四指指向方向 那么 拇指所指方向即為通電直導線在磁場中的方向 如圖6 1 1所示 圖6 1 1 垂直 垂直 電流 受力 重點詮釋 1 對安培力的認識 1 安培力的計算方法 當B與I垂直時 F IlB 當B與I成 角時 F IlBsin 當B與I平行時 F 0 2 公式F IlB和F IlBsin 中的l指的是 有效長度 如圖6 1 2所示 彎曲導線的有效長度l等于連接兩端點直線的長度 相應的電流沿l由始端流向末端 圖6 1 2 3 安培力公式適用于勻強磁場 或通電導線所處區(qū)域的磁感應強度的大小和方向相同 2 安培力的方向 1 安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面 在判斷時首先確定磁場和電流所確定的平面 從而判斷安培力的方向在哪一條直線上 然后再根據(jù)左手定則判斷安培力的具體方向 2 當電流方向跟磁場方向不垂直時 安培力的方向仍垂直于電流和磁場所決定的平面 所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向 只是磁感線不再垂直穿過手心 3 判斷通電導線或線圈在安培力作用下的運動方向的方法 1 電流元分析法 把整段電流分成很多小段直線電流 其中每一小段就是一個電流元 先用左手定則判斷每小段電流元受到的安培力的方向 再判斷整段電流所受安培力的方向 從而確定導體的運動方向 2 特殊位置分析法 根據(jù)通電導體在特殊位置所受安培力的方向 判斷其運動方向 然后推廣到一般位置 3 等效分析法 環(huán)形電流可等效為小磁針 通電螺線管可等效為條形磁鐵 其南 北極由安培定則判定 1 把長為L 0 15m的導體棒置于磁感應強度為B 1 0 10 2T的勻強磁場中 使導體棒和磁場方向垂直 如圖6 1 3所示 若導體棒中的電流I 2 0A 方向向左 則導體棒受到的安培力大小F N 安培力的方向為豎直向 選填 上 或 下 圖6 1 3 解析 導體棒所受安培力F ILB 2 0 0 15 1 0 10 2N 3 0 10 3N 由左手定則可知 安培力的方向豎直向下 答案 3 0 10 3下 1 電流表 等都是安培力的應用 2 電流計工作原理 構(gòu)造 圓柱形鐵芯固定于間 鐵芯外面套有纏繞著線圈并可轉(zhuǎn)動的鋁框 鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有指針和游絲 電動機 蹄形磁鐵兩極 原理 當被測電流通入線圈時 線圈受安培力作用而轉(zhuǎn)動 線圈的轉(zhuǎn)動使游絲扭轉(zhuǎn)形變 產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩 當安培力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動與游絲形變產(chǎn)生的阻礙達到平衡時 指針停留在某一刻度 越大 安培力就越大 就越大 圖6 1 4 電流 指針偏角 解析 游絲形變產(chǎn)生的阻力力矩與安培力引起的動力力矩平衡時 線圈停止轉(zhuǎn)動 故從轉(zhuǎn)動角度來看二力方向相反 電流計內(nèi)磁場是均勻輻射磁場 在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi) 不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度 它的平面都跟磁感線平行 線圈所在各處的磁場大小相等方向不同 所以安培力與電流大小有關(guān)而與所處位置無關(guān) 電流越大 安培力越大 指針轉(zhuǎn)過的角度越大 答案 C 例1 如圖6 1 5所示 其中A B圖已知電流方向及其所受磁場力的方向 試判斷并在圖中標出磁場方向 C D圖已知磁場方向及它對電流作用力的方向 試判斷電流方向或電源的正負極并在圖中標出 圖6 1 5 思路點撥 磁場的方向 電流的方向 安培力的方向三者遵守左手定則 電流的方向跟磁場的方向可以不垂直 但安培力的方向一定垂直于磁場和電流所決定的平面 解析 由左手定則判斷 A圖磁場方向垂直紙面向外 B圖磁場方向在紙面內(nèi)垂直F向下 C D圖電流方向均垂直于紙面向里 答案 見解析 1 運用左手定則判定安培力的方向時 注意圖形的轉(zhuǎn)化 將抽象的立體圖形轉(zhuǎn)化為便于受力分析的圖形 2 運用左手定則時 無論B I是否垂直 一定要讓磁感線垂直穿過手心 四指指向電流的方向 則拇指所指方向即為安培力的方向 例2 如圖6 1 6所示 在勻強磁場中放有下列各種形狀的通電導線 電流為I 磁感應強度為B 求各導線所受到的安培力的大小 圖6 1 6 思路點撥 根據(jù)公式F IlB中各符號的意義計算 D圖 從a b的半圓形電流 分析圓弧上對稱的每一小段電流 受力抵消合并后 其有效長度為ab F 2IRB 所以 F IlBsin 可以推廣到任意形狀的導線在勻強磁場中的受力計算 若在D圖中 用導線將ab接通形成閉合線圈 則ab弧受力與ab直徑受力方向剛好相反 故合力為零 所以 閉合的通電線圈受安培力為零 E圖中 F 0 本題考查對安培力大小計算公式的正確理解 F IlBsin IlB B 為磁場在垂直導線電流方向的分量 為有效磁場 或者F Il B 其中l(wèi) 為垂直于磁場方向的有效長度 圖6 1 7 例3 在傾角為 的光滑斜面上 放置一通有電流I 長l 質(zhì)量為m的導體棒 如圖6 1 7所示 試問 1 欲使棒靜止在斜面上 外加勻強磁場的磁感應強度B的最小值和方向 2 欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力 外加勻強磁場的磁感應強度B的大小和方向 審題指導 光滑 無摩擦力 靜止 合外力為零 圖6 1 8 1 圖6 1 8甲中若B最小 則F最小 F應與支持力N垂直 此時磁場方向垂直斜面向上 2 圖6 1 8乙中 斜面無壓力 則F應與重力等大反向 此時磁場方向水平向左 1 必須先將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖 然后對物體受力分析 要注意安培力方向的確定 最后根據(jù)平衡條件或物體的運動狀態(tài)列出方程 2 注意靜摩擦力可能有不同的方向 因而求解結(jié)果是一個范圍 在上例題中 分析棒有可能靜止在斜面上且要求B垂直于l 應加外磁場的方向范圍 解析 如圖建立直角坐標系 棒在斜面上受重力mg和支持力N 如圖所示 若使棒能在斜面上平衡 安培力F的范圍將被限定在F1與F2之間 并且F的方向應包括F2的方向 但不包括F1的方向 則磁場的方向應被限定在B1與B2之間 不包括B1 如圖所示 則B與正x軸方向的夾角 范圍為 答案 見解析 圖6 1 9 例4 如圖6 1 9所示 把一通電直導線AB放在蹄形磁鐵磁極的正上方 導線可以自由移動 當導線中通過如圖所示方向的電流I時 試判斷導線的運動情況 解析 根據(jù)圖甲所示的導線所處的特殊位置判斷其轉(zhuǎn)動情況 將導線AB從N S極的中間O分成兩段 AO BO段所處的磁場方向如圖中所示 由左手定則可得AO段受安培力的方向垂直紙面向外 BO段受安培力的方向垂直紙面向里 可見從上向下看 導線AB將繞O點逆時針轉(zhuǎn)動 再根據(jù)導線轉(zhuǎn)過90 時的特殊位置判斷其上下運動情況 如圖乙所示 導線AB此時受安培力方向豎直向下 導線將向下運動 所以 導線在轉(zhuǎn)動的同時還要向下運動 答案 從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動 同時向下運動 分析在安培力作用下通電導體運動情況的一般步驟 1 畫出通電導線所在處的磁感線方向及分布情況 2 用左手定則確定各段通電導線所受安培力 3 據(jù)初速度方向結(jié)合牛頓運動定律確定導體的運動情況 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全