(精品)物理：3.4 通电导线在磁场中受到的力课件(人教版选修3-1).ppt

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1、第四第四节节通通电导线电导线在磁在磁场场中受到的力中受到的力课标课标定位定位学学习习目目标标：1.掌掌握握安安培培力力方方向向的的判判断断方方法法左左手手定定则则2掌握安培力大小的掌握安培力大小的计计算方法算方法3了解磁了解磁电电式式电电流表的原理流表的原理 重点重点难难点：安培力的大小点：安培力的大小计计算和方向判定算和方向判定一、安培力的方向一、安培力的方向1安安培培力力：通通电电导导线线在在磁磁场场中中受受的的力力称称为为安安培培力力2.图图341安培力方向的判定安培力方向的判定左手定左手定则则伸出左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且伸出左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一

2、个平面内；都与手掌在同一个平面内；让让_从掌心从掌心进进入，并使四指指向入，并使四指指向_的方向，的方向，这时这时拇指所拇指所指的方向就是通指的方向就是通电导线电导线在磁在磁场场中所受中所受_的方向的方向(如如图图341所示所示)磁感磁感线线电电流流安培力安培力3方方向向特特点点：安安培培力力的的方方向向一一定定垂垂直直于于B和和I决决定定的平面的平面二、安培力的大小二、安培力的大小1当当B与与I垂直垂直时时，安培力的大小，安培力的大小F_.2当当B与与I平行平行时时，安培力的大小，安培力的大小F_.3当当B与与I成成角角时时，安培力的大小，安培力的大小F_，是磁感是磁感应应强强度度B的方向与

3、的方向与导线导线方向的方向的夹夹角角ILB0ILBsin思考感悟思考感悟通通电电导导体体如如果果是是弯弯曲曲的的，如如何何确确定定它它的的有有效效长长度？度？提示：提示：导导体两端的体两端的连线连线即即为为有效有效长长度度三、磁三、磁电电式式电电流表流表1构构造造：_、_、螺螺旋旋弹弹簧簧(又又叫叫游游丝丝)、指指针针、极靴、极靴、圆圆柱形柱形铁铁芯等芯等2原理：当被原理：当被测电测电流通入流通入线线圈圈时时，线线圈受圈受_作用而作用而转动转动，线线圈的圈的转动转动使螺旋使螺旋弹弹簧扭簧扭转转形形变变，产产生阻碍生阻碍线线圈圈转动转动的力矩当的力矩当发发培力培力产产生的生的转动转动与螺旋与螺旋

4、弹弹簧形簧形变产变产生的阻碍达到生的阻碍达到_时时，指，指针针停留在某一刻度停留在某一刻度_越大，越大，_就越大，就越大，_就越大就越大磁磁铁铁线线圈圈安培力安培力平衡平衡电电流流安培力安培力指指针针偏角偏角一、安培力方向的判断一、安培力方向的判断左手定左手定则则1安培力的方向安培力的方向总总是垂直于磁是垂直于磁场场方向和方向和电电流方流方向所决定的平面在判断向所决定的平面在判断时时首先确定磁首先确定磁场场与与电电流流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直条直线线上，然后再根据左手定上，然后再根据左手定则则判断出安培力的判断出安培力的具体方向具

5、体方向2当当电电流流方方向向跟跟磁磁场场方方向向不不垂垂直直时时，安安培培力力的的方方向向仍仍垂垂直直电电流流与与磁磁场场所所决决定定的的平平面面，所所以以仍仍可可用用左左手手定定则则来来判判断断安安培培力力的的方方向向，只只是是磁磁感感线线不不再再垂垂直直穿穿过过手手心心(电电流流与与B垂垂直直时时，一一定定要要让让磁感磁感线线垂直穿垂直穿过过手心，否手心，否则则可能出可能出现错误现错误)3注意区注意区别别安培力的方向和安培力的方向和电场电场力的方向与力的方向与场场的方向的关系，安培力的方向的方向的关系，安培力的方向总总是与磁是与磁场场的方的方向垂直，而向垂直，而电场电场力的方向与力的方向与

6、电场电场的方向平行的方向平行特特别别提提醒醒：(1)F安安I，F安安B，但但B与与I不不一一定定垂直垂直(2)判判断断通通电电导导线线在在磁磁场场中中所所受受安安培培力力时时，注注意意一定要用左手，并注意各方向间的关系一定要用左手，并注意各方向间的关系(3)若已知若已知B、I方向，方向，F安安方向唯一确定，但若已方向唯一确定，但若已知知B(或或I)、F安安方向、方向、I(或或B)方向不唯一方向不唯一即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)1.图图342中的通中的通电导线电导线在磁在磁场场中受力分析正中受力分析正确的是确的是()图图342解析：解析：选选C.注意安培定注意安培定则

7、则与左手定与左手定则则的区的区别别，判断通判断通电导线电导线在磁在磁场场中的受力用左手定中的受力用左手定则则二、二、对对安培力大小安培力大小计计算公式的深刻理解算公式的深刻理解1公公式式FILB中中L指指的的是是“有有效效长长度度”当当B与与I垂垂直直时时，F最大，最大，FILB；当；当B与与I平行平行时时，F0.2弯曲弯曲导线导线的有效的有效长长度度L，等于，等于连连接两端点直接接两端点直接的的长长度度(如如图图343所示所示)；相；相应应的的电电流沿流沿L由始端由始端向末端向末端图图3433若磁若磁场场和和电电流成流成角角时时，如，如图图344所法所法图图344可可以以将将磁磁感感应应强强

8、度度B正正交交分分解解成成BBsin和和BBcos，而，而B对电流是没有作用的对电流是没有作用的FILBILBsin，即，即FILBsin.特特别别提提醒醒：(1)公公式式FILBsin中中是是B和和I方方向向的的夹夹角角，不不能能盲盲目目应应用用题题目目中中所所给给的的夹夹角角，要要根据具体情况进行分析根据具体情况进行分析(2)公式中的公式中的L可以理解为垂直于磁场方向的可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度有效长度”即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2.(2010年高考上海卷年高考上海卷)如如图图345所示，所示，长为长为2l的的直直导线导线折成折成边长边长相等，相等，

9、夹夹角角为为60的的V形，并置于形，并置于与其所在平面相垂直的匀与其所在平面相垂直的匀强强磁磁场场中，磁感中，磁感应应强强度度为为B.当在当在该导线该导线中通以中通以电电流流强强度度为为I的的电电流流时时，该该V形通形通电导线电导线受到的安培力大小受到的安培力大小为为()图图345A0B0.5BIlCBIl D2BIl解析：解析：选选C.V形通形通电导线电导线的等效的等效长长度度为图为图中虚中虚线线部分，所以部分，所以FBIl，故，故C对对三、安培力作用下三、安培力作用下导导体运体运动动方向的判断方向的判断如如果果通通电电导导体体放放置置在在非非匀匀强强磁磁场场中中，则则不不能能够够运运用用F

10、BIL进进行行定定量量的的计计算算，但但可可用用FBIL和和左左手手定定则则进进行行定定性性的的讨讨论论，常常用用的的方方法法有有以以下下几种：几种：1电电流元分析法流元分析法把整段把整段电电流等效分成很多段直流等效分成很多段直线电线电流元，先用流元，先用左手定左手定则则判断出每小段判断出每小段电电流元所受安培力的方流元所受安培力的方向，从而判断出整段向，从而判断出整段电电流所受合力的方向，最流所受合力的方向，最后确定运后确定运动动方向，注意一般取方向，注意一般取对对称的两段称的两段电电流流元分析元分析2等效分析法等效分析法环环形形电电流流可可以以等等效效为为小小磁磁针针(或或条条形形磁磁铁铁

11、)，条条形形磁磁铁铁也也可可等等效效成成环环形形电电流流，通通电电螺螺线线管管可可以以等等效成很多的效成很多的环环形形电电流来分析流来分析3特殊位置分析法特殊位置分析法根根据据通通电电导导体体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，判断其运判断其运动动方向，然后推广到一般位置方向，然后推广到一般位置4结论结论法法两两平平行行直直线线电电流流在在相相互互作作用用过过程程中中，无无转转动动趋趋势势，同同向向电电流流互互相相吸吸引引，反反向向电电流流互互相相排排斥斥；两两不不平平行行的的直直线线电电流流相相互互作作用用时时，有有转转到到平平行行且且电电流方向相同的流方向相同的趋势趋势即

12、即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3.如如图图346所所示示，两两个个完完全全相相同同的的线线圈圈套套在在一一水水平平光光滑滑绝绝缘缘圆圆柱柱上上，但但能能自自由由移移动动，若若两两线线圈圈内内通通以以大大小小不不等等的的同同向向电电流流，则则它它们们的的运运动动情情况况是是()A都都绕圆绕圆柱柱转动转动B以不等的加速度相向运以不等的加速度相向运动动C以相等的加速度相向运以相等的加速度相向运动动D以相等的加速度背向运以相等的加速度背向运动动解析：解析：选选C.同向同向环环形形电电流流间间相互吸引，相互吸引，虽虽然两然两电电流大小不等，但由牛流大小不等，但由牛顿顿第三定律知，

13、两第三定律知，两线线圈圈作用力必大小相等，故作用力必大小相等，故C正确正确图图346四、安培力作用下的平衡四、安培力作用下的平衡问题问题1安培力作安培力作为为通通电导电导体所受的外力参与受力分体所受的外力参与受力分析，析，产产生了通生了通电导电导体在磁体在磁场场中的平衡、加速及中的平衡、加速及做功做功问题问题，这类问题这类问题与力学知与力学知识联识联系很系很紧紧密，密，解解题时题时把安培力等同于重力、把安培力等同于重力、弹弹力、摩擦力等力、摩擦力等性性质质力；力；对对物体物体进进行受力分析行受力分析时时，注意安培力，注意安培力大小和方向的确定；求解大小和方向的确定；求解时时注意注意对对力学中静

14、力力学中静力学、学、动动力学及功和能等有关知力学及功和能等有关知识识的的综综合合应应用用2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决决步步骤骤和和前前面面学学习习的的共共点点力力平平衡衡相相似似，一一般般也也是是先先进进行行受受力力分分析析，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要漏漏掉掉了安培力了安培力3与与闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律相相结结合合的的题题目目，主主要要应应用：用：(1)闭闭合合电电路欧姆定律；路欧姆定律；(2)安培力公式安培力公式FILB；(3)物体平衡条件物体

15、平衡条件特特别别提提醒醒：(1)安安培培力力作作为为一一种种性性质质力力，在在受受力力分析分析时时要要单单独分析，不可与其他力混独分析，不可与其他力混为为一一谈谈(2)为为方便方便对问题对问题的分析和便于列方程在受力的分析和便于列方程在受力分析分析时时先将立体先将立体图图画成平面画成平面图图，即面成俯，即面成俯视图视图、剖面剖面图图或或侧视图侧视图等等即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)4.质质量量为为m的通的通电导电导体棒体棒ab置于置于倾倾角角为为的的导轨导轨上，如上，如图图347所示已知所示已知导导体棒与体棒与导轨间导轨间的的动动摩擦因数摩擦因数为为，在，在图图348

16、中所加各种磁中所加各种磁场场中，中，导导体棒均静止，体棒均静止，则导则导体棒与体棒与导轨间导轨间摩擦力摩擦力为为零的可能情况是零的可能情况是()图图347图图348解析：解析：选选AB.要使静摩擦力要使静摩擦力为为零，如果零，如果FN0，必，必有有Ff0.图图B选项选项中安培力的方向中安培力的方向竖竖直向上，与重直向上，与重力的方向相反，可能使力的方向相反，可能使FN0，B是正确的；如果是正确的；如果FN0，则导则导体除受静摩擦力体除受静摩擦力Ff以外的其他力的合以外的其他力的合力只要力只要为为零，那么零，那么Ff0.在在图图A选项选项中，中，导导体所受体所受到的重力到的重力G、支持力、支持力

17、FN及安培力及安培力F安安三力合力可能三力合力可能为为零，零，则导则导体所受静摩擦力可能体所受静摩擦力可能为为零零图图C、D选选项项中，从中，从导导体所受到的重力体所受到的重力G、支持力、支持力FN及安培及安培力力F安安三力的方向分析，合力不可能三力的方向分析，合力不可能为为零，所以零，所以导导体所受静摩擦力不可能体所受静摩擦力不可能为为零，故正确的零，故正确的选项应为选项应为A、B.课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一安培力方向的判断安培力方向的判断例例例例1 1如如图图349所所示示，a、b为为平平行行放放置置的的两两根根长长直直导导线线，当当a、b中中通通入入方方向向相相同同的的电电流流

18、时时，a、b将将发发生怎生怎样样的作用？的作用？图图349【思路点思路点拨拨】当直当直导线导线a中通入中通入电电流流时时，在它，在它的周的周围围就就产产生了磁生了磁场场，磁，磁场场方向可用安培定方向可用安培定则则确定，另一通确定，另一通电电直直导线导线b处处在它的磁在它的磁场场中要受到中要受到安培力的作用，其方向可用左手定安培力的作用，其方向可用左手定则则判断，同判断，同理理a也也处处在在b的磁的磁场场中要受安培力作用中要受安培力作用【精精讲讲精析精析】由安培定由安培定则则可知可知a导线导线中的中的电电流在流在a导线导线的右的右侧产侧产生从外向里的磁生从外向里的磁场场，如，如图图3410所示，

19、所示，b导线导线受力的方向由左手定受力的方向由左手定则则可以判断出是可以判断出是向左的，同理向左的，同理a将受到向右的安培力，可将受到向右的安培力，可见见，两同，两同向的向的电电流流发发生相互吸引的作用生相互吸引的作用图图3410【答案答案】见见精精讲讲精析精析【规规律律总结总结】从上例中可以看出：从上例中可以看出：(1)电电流流与与电电流流之之间间的的作作用用也也是是相相互互的的，完完全全遵遵从牛从牛顿顿第三定律；第三定律；(2)作作为结论记为结论记住：同向住：同向电电流相互吸引，异向流相互吸引，异向电电流相互排斥流相互排斥变变式式训练训练1在在图图3411所示的所示的电电路中，路中，电电池

20、池均相同，当开关均相同，当开关S分分别别置于置于a、b两两处时处时，导线导线MM与与NN之之间间的安培力的大小分的安培力的大小分别为别为Fa、Fb，可判断两段，可判断两段导线导线()图图3411A相互吸引，相互吸引，FaFb B相互排斥，相互排斥，FaFbC相互吸引，相互吸引，FaFb D相互排斥，相互排斥，FaFb解析：解析：选选D.无无论论开关置于开关置于a还还是置于是置于b，两，两导线导线中中通通过过的都是反向的都是反向电电流，相互流，相互间间作用力作用力为为斥力，斥力，A、C错误错误开关置于位置开关置于位置b时电时电路中路中电电流流较较大，大，导导线间线间相互作用力也相互作用力也较较大

21、，故大，故D正确正确类型二类型二通通电导电导体在安培力作用下的运体在安培力作用下的运动问题动问题例例例例2 2如如图图3412所所示示，把把轻轻质质导导电电线线圈圈用用绝绝缘缘细细线线悬悬挂挂在在磁磁铁铁N极极附附近近，磁磁铁铁的的轴轴线线穿穿过过线线圈圈的的圆圆心心且且垂垂直直于于线线圈圈平平面面，当当线线圈圈内内通通入入如如图图方方向向的的电电流后，流后，则线则线圈圈()A向左运向左运动动 B向右运向右运动动C静止不静止不动动 D无法确定无法确定图图3412【思思路路点点拨拨】此此题题可可以以采采用用电电流流元元法法，也也可可采采用等效法用等效法【精精讲讲精析精析】法一：等效法把通法一：等

22、效法把通电线电线圈等效圈等效成小磁成小磁针针由安培定由安培定则则，线线圈等效成小磁圈等效成小磁针针后，后，左端是左端是S极，右端是极，右端是N极，异名磁极相吸引，极，异名磁极相吸引，线线圈向左运圈向左运动动图图3413法法二二：电电流流元元法法如如图图3413所所示示，取取其其中中的的上上、下下两两小小段段分分析析，根根据据其其中中心心对对称称性性线线圈圈所所受受安安培培力力的的合合力力水水平平向向左左，故故线线圈圈向向左左运运动动【答案答案】A【题题后反思后反思】在用在用电电流元法分析流元法分析问题时问题时，要，要在在对对称的特殊位置称的特殊位置选选取取电电流元流元变变式式训练训练2 (20

23、11年哈年哈师师大附中高二期中大附中高二期中)如如图图3414所示，两根垂直所示，两根垂直纸纸面、平行且固定放置面、平行且固定放置的直的直导线导线M和和N，通有同向等，通有同向等值电值电流；沿流；沿纸纸面与面与直直导线导线M、N等距放置的另一根可自由移等距放置的另一根可自由移动动的通的通电导线电导线ab，则则通通电导线电导线ab在安培力作用下运在安培力作用下运动动的情况是的情况是()图图3414A沿沿纸纸面逆面逆时针转动时针转动B沿沿纸纸面面顺时针转动顺时针转动Ca端端转转向向纸纸外，外，b端端转转向向纸纸里里Da端端转转向向纸纸里，里，b端端转转向向纸纸外外解析：解析：选选D.根据根据长长直

24、直导线导线周周围围磁磁场场的分布的分布规规律律和矢量合成法和矢量合成法则则，可以判断两，可以判断两电电流流M、N连线连线上上方方处处磁磁场场方向水平向右，方向水平向右，ab上半段所受安培力上半段所受安培力垂直于垂直于纸纸面向里，两面向里，两电电流流M、N连线连线下方下方处处磁磁场场方向水平向左，方向水平向左，ab下半段所受安培力垂直于下半段所受安培力垂直于纸纸面向外，所以面向外，所以a端端转转向向纸纸里，里，b端端转转向向纸纸外，外，选选项项D正确正确质质量量为为m0.02 kg的通的通电细电细杆杆ab置于置于倾倾角角为为37的平行放置的的平行放置的导轨导轨上，上，导轨导轨的的宽宽度度d0.2

25、 m，杆，杆ab与与导轨间导轨间的的动动摩擦因数摩擦因数0.4，磁，磁感感应应强强度度B2 T 的匀的匀强强磁磁场场与与导轨导轨平面垂直且平面垂直且方向向下，如方向向下，如图图3415所示所示现调节现调节滑滑动变动变阻器的触阻器的触头头，试试求出求出为为使杆使杆ab静止不静止不动动，通，通过过ab杆的杆的电电流范流范围为围为多少？多少？类型三类型三安培力作用下的平衡安培力作用下的平衡例例例例3 3图图3415【自自主主解解答答】杆杆ab中中的的电电流流为为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导轨轨向向上上当当电电流流较较大大时时，导导体体有有向向上上的的运运动动趋趋势势，所

26、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达达到到最最大大时时，磁磁场场力力为为最最大大值值F1，此此时时通通过过ab的的电电流流最最大大为为Imax；同同理理，当当电电流流最最小小时时，应应该该是是导导体体受受向向上上的的最最大大静静摩摩擦擦力力，此此时时的安培力的安培力为为F2，电电流流为为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图如如图图3416所示，所示，由平衡条件列方程求解由平衡条件列方程求解根据第一幅受力根据第一幅受力图图列式如下：列式如下：F1mgsinFf10FN1mgcos0Ff1FN1F1BImaxd解上述方程得：解上述方程得：Imax0.

27、46 A图图3416根据第二幅受力根据第二幅受力图图F2Ff2mgsin0FN2mgcos0Ff2FN2F2BImind.解上述方程得：解上述方程得：Imin0.14 A.【答案答案】0.14 AIab0.46 A【规规律律总总结结】(1)必必须须先先将将立立体体图图转转换换为为平平面面图图，然然后后对对物物体体受受力力分分析析，要要注注意意安安培培力力方方向向的的确确定定最后根据平衡条件或物体的运最后根据平衡条件或物体的运动动状状态态列出方程列出方程(2)注意静摩擦力可能有不同的方向，因而求解注意静摩擦力可能有不同的方向，因而求解结结果果是一个范是一个范围围变变式式训练训练3质质量量为为m，

28、长长度度为为L的的导导体棒体棒MN静止于水平静止于水平导导轨轨上，通上，通过过MN的的电电流流为为I，匀，匀强强磁磁场场的磁感的磁感应应强强度度为为B，方向与，方向与导轨导轨平面成平面成角斜向下，如角斜向下，如图图3417所示，求棒所示，求棒MN所受的支持力大小和摩所受的支持力大小和摩擦力大小擦力大小图图3417解解析析：画画出出平平面面图图，由由左左手手定定则则判判断断出出安安培培力力方向，方向，对对MN受力分析如受力分析如图图所示，由平衡条件得：所示，由平衡条件得：水平方向：水平方向：FfFsin 坚坚直方向：直方向：FNFcos mg安安培培力力FBIL，所所以以MN所所受受的的支支持持力力FNBILcos mg，所受摩擦力，所受摩擦力FfBILsin.答案：答案：BILcos mgBILsin