高中物理选修通电导线在磁场中受到的力优秀课件.ppt

高中物理选修通电导线在磁场中受到的力第1页，本讲稿共24页2023/2/111知识回顾知识回顾如何描述磁场强弱？如何描述磁场强弱？第2页，本讲稿共24页2023/2/112安培力的方向安培力的方向1 1 1 1、定义定义定义定义：磁场对电流的作用力称为安培力，：磁场对电流的作用力称为安培力，：磁场对电流的作用力称为安培力，：磁场对电流的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。是为了纪念安培而命名的。是为了纪念安培而命名的。是为了纪念安培而命名的。实验表明实验表明实验表明实验表明：通电导体在磁场中受力方向与电流：通电导体在磁场中受力方向与电流：通电导体在磁场中受力方向与电流：通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。方向和磁场方向有关。方向和磁场方向有关。方向和磁场方向有关。思考思考思考思考 安培力的方向可能与哪些因素有关呢？安培力的方向可能与哪些因素有关呢？安培力的方向可能与哪些因素有关呢？安培力的方向可能与哪些因素有关呢？第3页，本讲稿共24页2023/2/113实验结果分析实验结果分析试画出下述两实验结果的正视图：试画出下述两实验结果的正视图：B BB BI I I IF F F FI I I IF F F F第4页，本讲稿共24页2023/2/114F、B、I方向关系BIF示意图安培力方向既与电流方向垂直又与磁安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面面左手定则：伸开左手伸开左手,使拇指与其余使拇指与其余四个手指垂直四个手指垂直,并且都与手掌在同一平并且都与手掌在同一平面内面内;让磁感应线从掌心进入让磁感应线从掌心进入,并使四并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向力的方向遵循左手定则BIF再次提醒：一定要使用左手！再次提醒：一定要使用左手！第5页，本讲稿共24页2023/2/115FIBFIBBBIFBI30FFIIIBBB安培力方向的判断安培力方向的判断第6页，本讲稿共24页2023/2/116问题：问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用场发生相互作用 请使用刚学过的知识解释本实验结请使用刚学过的知识解释本实验结果。果。同向电流相互吸引。同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。反向电流相互排斥。结论结论:第7页，本讲稿共24页2023/2/117（1 1）在在匀强磁场匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向中，在通电直导线与磁场方向垂直垂直的情况的情况下，导线所受安培力下，导线所受安培力F F等于磁感应强度等于磁感应强度B B、电流、电流I I和导线的和导线的长度长度L L三者的乘积。三者的乘积。问题问题:如果既不平行也不垂直呢？如果既不平行也不垂直呢？即：即：（2 2）平行时：）平行时：B BI安培力的大小安培力的大小第8页，本讲稿共24页2023/2/118IB B把磁感应强度把磁感应强度B B分解为两个分量：分解为两个分量：一个分量与导线垂直一个分量与导线垂直 B B1 1=Bsin=Bsin另一分量与导线平行另一分量与导线平行 B B2 2=Bcos=Bcos平行于导线的分量平行于导线的分量B B2 2不对通电导线产生作用力，通电导不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由线所受作用力仅由B B1 1决定决定即即F=ILBF=ILB1 1F=ILBsinF=ILBsinB B2 2B B1 1将将B B1 1=Bsin=Bsin代入得代入得通电直导线与磁场方向通电直导线与磁场方向不垂直不垂直的情况的情况安培力的大小安培力的大小第9页，本讲稿共24页2023/2/119公式：公式：F=F=NBNBILsinILsin表示磁场方向与电流方向间的夹角表示磁场方向与电流方向间的夹角,N,N为线圈匝数为线圈匝数或导体棒的根数。或导体棒的根数。注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场问题问题1:1:若若B B与与I I不垂直时，不垂直时，F F安安与与B B和和I I方向关系可以概括方向关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？结论：结论：F F一定与一定与B B垂直，一定与垂直，一定与I I垂直。但垂直。但B B与与I I不一定垂直。不一定垂直。问题2：F、B、I一定两两垂直吗？安培力的大小安培力的大小第10页，本讲稿共24页2023/2/1110重庆市石柱中学校 姚国均安培安培力力第第2 2课时课时第11页，本讲稿共24页2023/2/1111试画出下列各图中通电导体棒试画出下列各图中通电导体棒abab所受安培所受安培力的方向：力的方向：知识回顾知识回顾第12页，本讲稿共24页2023/2/1112L LF=BF=BI IL LF=BF=BI IL L中的中的L L为有效长度为有效长度L LL LL L思考与讨论思考与讨论试指出下述各图中的安培力的大小。试指出下述各图中的安培力的大小。试指出下述各图中的安培力的大小。试指出下述各图中的安培力的大小。第13页，本讲稿共24页2023/2/1113安培力作用下导体的平衡安培力作用下导体的平衡安培力作用下导体的平衡安培力作用下导体的平衡1、根据平衡条件做好受力分析，画出受力示意图，一般画平面图，2、必要时结合闭合电路欧姆定律等进行分析解答。第14页，本讲稿共24页2023/2/1114例例1 1：如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒abab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a a到到b b的稳定电流的稳定电流I I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法：为零，可采用哪些方法：()（A）适当增大电流）适当增大电流I （B）将电流反向并适当改变大小）将电流反向并适当改变大小（C）适当增大磁场）适当增大磁场（D）将磁场反向并适当改变大小）将磁场反向并适当改变大小ACabI第15页，本讲稿共24页2023/2/1115 自由自由固定固定FF 两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势例例2：第16页，本讲稿共24页2023/2/1116如图所示，蹄形磁体用悬线悬于如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O O点，在磁铁点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是()()GGLX GGLX 巩固练习巩固练习A A静止不动静止不动B B向纸外平动向纸外平动C CN N极向纸外，极向纸外，S S极向纸内转动极向纸内转动D DN N极向纸内，极向纸内，S S极向纸外转动极向纸外转动C第17页，本讲稿共24页2023/2/1117磁场中某处的磁感线如图所示磁场中某处的磁感线如图所示 ()()A.aA.a、b b两处的磁感应强度的大小不等两处的磁感应强度的大小不等,B,Ba aBBb bB.aB.a、b b两处的磁感应强度的大小不等两处的磁感应强度的大小不等,B,Ba aBBb bC.C.同一通电导线放在同一通电导线放在a a处受力一定比放在处受力一定比放在b b处大处大D.D.同一通电导线放在同一通电导线放在a a处受力一定比放在处受力一定比放在b b处小处小abBGGLX GGLX 巩固练习巩固练习第18页，本讲稿共24页2023/2/1118 如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流流,线圈将会线圈将会 ()()A.A.纵向收缩纵向收缩,径向膨胀径向膨胀B.B.纵向伸长纵向伸长,径向膨胀径向膨胀C.C.纵向伸长纵向伸长,径向收缩径向收缩D.D.纵向收缩纵向收缩,径向收缩径向收缩纵向纵向A AGGLX GGLX 巩固练习巩固练习第19页，本讲稿共24页2023/2/111912121212、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（）A A A A磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B B B B磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C C C C磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D D D D磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用 A课堂练习课堂练习第20页，本讲稿共24页2023/2/11201 1、磁电式电流表的构造、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。（软铁制成）。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。.磁电式电流表磁电式电流表第21页，本讲稿共24页2023/2/1121 电流表构造中最大电流表构造中最大电流表构造中最大电流表构造中最大的特点就是在蹄形磁铁的特点就是在蹄形磁铁的特点就是在蹄形磁铁的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀和铁芯间的磁场是均匀和铁芯间的磁场是均匀和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直地辐向分布的（即沿直地辐向分布的（即沿直地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所径方向分布），如图所径方向分布），如图所径方向分布），如图所示。示。示。示。这样的构造使得线框这样的构造使得线框这样的构造使得线框这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始在转动过程中，其平面始在转动过程中，其平面始在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安终与磁场平行，即受到安终与磁场平行，即受到安终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终培力的线框中的两边始终培力的线框中的两边始终培力的线框中的两边始终与磁场垂直。与磁场垂直。与磁场垂直。与磁场垂直。第22页，本讲稿共24页2023/2/11222 2、电流表的工作原理电流表的工作原理电流表的工作原理电流表的工作原理 如图所示，当电如图所示，当电流通过线圈时，线圈流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使在安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生的力矩当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止平衡时，线圈才停止转动。转动。第23页，本讲稿共24页2023/2/1123 由于安培力与电流成正由于安培力与电流成正由于安培力与电流成正由于安培力与电流成正比，当线圈中流入的电流越大时，比，当线圈中流入的电流越大时，比，当线圈中流入的电流越大时，比，当线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈线圈上产生的安培力越大，线圈线圈上产生的安培力越大，线圈线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，和指针转过的角度也越大。因此，和指针转过的角度也越大。因此，和指针转过的角度也越大。因此，根据指针偏转角度的大小，可以根据指针偏转角度的大小，可以根据指针偏转角度的大小，可以根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。知道被测电流的强弱。知道被测电流的强弱。知道被测电流的强弱。由左手定则可知，当流由左手定则可知，当流由左手定则可知，当流由左手定则可知，当流入线圈中的电流方向改变时，线入线圈中的电流方向改变时，线入线圈中的电流方向改变时，线入线圈中的电流方向改变时，线圈上产生的安培力的方向也改变，圈上产生的安培力的方向也改变，圈上产生的安培力的方向也改变，圈上产生的安培力的方向也改变，从而使线圈和指针偏转的方向也从而使线圈和指针偏转的方向也从而使线圈和指针偏转的方向也从而使线圈和指针偏转的方向也改变。所以，根据指针偏转的方改变。所以，根据指针偏转的方改变。所以，根据指针偏转的方改变。所以，根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。向，可以知道被测电流的方向。向，可以知道被测电流的方向。向，可以知道被测电流的方向。=NB=NBI IS/kS/k第24页，本讲稿共24页2023/2/1124