第2节磁场对通电导线的作用安培力优秀PPT.ppt

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1、第第2节磁场对通电导节磁场对通电导线的作用安培力线的作用安培力现在学习的是第1页，共44页现在学习的是第2页，共44页安德烈玛丽安培(A.M.Ampere,17751836年)，法国物理学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和化学也有贡献电流的国际单位安培即以其姓氏命名安培最主要的成就是18201827年对电磁作用的研究主要成就有：(1)发现了安培定则；(2)发现电流的相互作用规律；(3)提出分子电流假说；(4)总结了电流元之间的作用规律1827年，安培将他的电磁现象的研究综合在电动力学现象的数学理论一书中，这是电磁学史上一部重要的经典论著，此外他还在数学和化学领域取得重要成就现在学习的是

2、第3页，共44页(对应学生用书第45页)现在学习的是第4页，共44页现在学习的是第5页，共44页一、安培力1定义：磁场对通电导线的作用力叫安培力2安培力的大小(1)当IB时，FBIL.(2)当IB时，F0(3)当I与B的夹角为时，FBILsin_.现在学习的是第6页，共44页3安培力的方向可用左手定则来判断左手定则：如图所示，伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向沿电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向现在学习的是第7页，共44页自主探究：你能分清安培定则和左手定则吗？答案：安培定则是用来判断通电直导线或通电螺线管的

3、磁场方向的，用右手；而左手定则是判断电流或电荷在磁场中受力的，用左手现在学习的是第8页，共44页二、电动机直流电动机由磁场、转动线圈、滑环、电刷、电源组成现在学习的是第9页，共44页(对应学生用书第4547页)现在学习的是第10页，共44页 安培力的方向与磁场的方向的关系在解决有关磁场对电流的作用问题时要注意：1安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面，但磁场方向和电流方向并不一定垂直2在具体判断安培力的方向时，由于受电场力方向判断方法的影响，有时会与电场力和电场的方向关系相混淆，现对电场力与安培力进行比较.电场力安培力研究对象点电荷电

4、流元受力特点正电荷受力方向与电场方向相同，沿电场线切线方向，负电荷相反安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直判断方法结合电场线方向和电荷正、负判断用左手定则判断现在学习的是第11页，共44页 安培力与磁场的方向关系、电场力与电场的方向关系实例：将一个电荷量为5105 C的正电荷，放入电场强度为10 V/m的电场中，所受电场力大小一定是5104 N，方向则与电场方向(电场强度的方向)相同，若该电荷是负电荷则电场力大小不变，但方向则与电场方向(电场强度方向)相反，将一段长1 m，通电电流为1 A的导体放入磁感应强度为1 T的磁场中，所受安培力大小不能确定，因为安培力大小与导体的放置方式有关，方向则垂

5、直于磁感应强度与电流确定的平面名师警示：(1)将一个电荷放入电场中，该电荷所受电场力的大小及方向都是确定的，但通电导体放入磁场后，安培力的大小不确定，方向也不确定，与导体放置的方式有关(2)电荷所受电场力方向与电场存在简单的相同、相反关系，但安培力方向则由左手定则来判断现在学习的是第12页，共44页 公式FBIL在实际应用中的理解1公式FILB中L指的是“有效长度”当B与I垂直时，F最大；当B与I平行时，F0.2弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点线段的长度(如图)；相应的电流沿L由始端流向末端现在学习的是第13页，共44页3若磁场和电流成角时，如图所示可以将磁感应强度B正交分解成BBsin

6、和BBcos，而B对电流是没有作用的FBILBILsin，即FBILsin.现在学习的是第14页，共44页【例1】(2010年泉州模拟)如图所示，两平行金属导轨间的距离L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B0.5 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势E4.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R02.5，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，

7、求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力大小现在学习的是第15页，共44页思路点拨：解答本题时可按以下思路分析：现在学习的是第16页，共44页答案：(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N现在学习的是第17页，共44页 本题在解题时容易出错的地方是不能进行很好的受力分析，主要原因在于没有将立体图转化为平面图，我们在解题时要引起足够重视变式探究1-1：若例1中导轨是光滑的，则导体棒恰好静止在导轨上时，磁感应强度B的最小值是多少？方向如何？答案：0.4 T垂直于斜面向上现在学习的是第18页，共44页磁场中导体运动的判断电流和磁体对通电导体的作用

8、是通过磁场来实现的，分析时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要发生的运动，具体方法总结如下：电流元法把整段导线分为多段直线电流元，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或运动趋势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，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向或运动趋势方向现在学习的是第19页，共44页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

9、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反作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向或运动趋势方向现在学习的是第20页，共44页【例题】如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升现在学习的是第21页，共44页思路点拨：解答本题时可按以下思路分析：现

10、在学习的是第22页，共44页 解析：判断导线的转动方向可用电流元法：把直线电流等效为AO、OO、OB三段(OO段极短)电流元，由于OO段电流方向与该处磁场方向相反，所以不受安培力作用；AO段电流元所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则可知其所受安培力方向垂直纸面向外；OB段电流元所在处的磁场方向斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里，综上可知导线将以OO段为轴顺时针转动(俯视)判断导线的升降情况可用特殊位置法：用导线转过90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力的方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动，选A.答案：A.现在学习的是第23页，共44页 此题还可应用“转换研究对象法”即假

11、设导线固定不动，判断出蹄形磁铁的N、S极受力方向，从而确定蹄形磁铁的转动方向，再根据具体情况，把结论反过来即可现在学习的是第24页，共44页针对训练：如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图所示方向的电流后，线圈的运动情况是()A线圈向左运动 B线圈向右运动C从上往下看顺时针转动 D从上往下看逆时针转动现在学习的是第25页，共44页解析：法一：电流元法首先将圆形线圈分成很多小段，每一段可看做一直线电流，取其中上、下两小段分析，其截面图和受安培力情况如图(甲)所示根据对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动，

12、选项A正确现在学习的是第26页，共44页法二：等效法将环形电流等效成一条形磁铁，如图(乙)所示，据异名磁极相吸引知，线圈将向左运动，选A.也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流，根据结论“同向电流相吸引，异向电流相排斥”，也可判断出线圈向左运动，选A.答案：A.现在学习的是第27页，共44页(对应学生用书第9192页)现在学习的是第28页，共44页【测控导航】考查点题号1.安培力3、4、7、8、9、11、122.左手定则1、5、6、9、103.磁电式电流表原理2现在学习的是第29页，共44页巩固基础1某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F相互关系如图所示，其中正确的是(D)解析：根据左手定则可判定

13、A项中安培力方向应竖直向下，B项中安培力方向应垂直磁场方向斜向上，C项中导线不受安培力，D项中安培力方向正确现在学习的是第30页，共44页2关于磁电式电流表内的磁铁和铁心间的均匀辐向分布的磁场，下列说法正确的有(D)A该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同B该磁场的磁感应强度方向处处相同，大小不等C该磁场的磁感应强度大小和方向都不相同D距轴线等距离处的磁感应强度大小都相等解析：磁电式电流表内磁场是均匀辐向分布的，距轴线等距离处的磁感应强度大小相等，方向不同故选项D正确现在学习的是第31页，共44页3通电的三角形闭合线框处在与其表面垂直的匀强磁场中，如图所示，则线框所受安培力(A)A为零B方向

14、垂直ab边向外C方向垂直bc边向外D条件不充分，无法求解解析：由于折线acb的等效长度与ab相等，且电流等大、反向，因此ab受的安培力与折线acb所受的安培力大小相等，方向相反，合力为零，即线框所受安培力的合力为零，故选项A正确现在学习的是第32页，共44页4通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是(BC)A线框有两条边所受的安培力方向相同B线框有两条边所受的安培力大小相同C线框所受安培力的合力向左D线框所受安培力的合力向右解析：由题中图示的电流方向可知，通电线框abcd处的磁场方向是垂直于纸面向里

15、的由左手定则可知导线框abcd的4条边所受的安培力方向都不同：Fab向左，Fbc向上，Fcd向右，Fda向下bc边与ad边到通电直导线MN的距离相等，由对称性知，Fbc与Fad大小相等；由于ab边比cd边距MN近，所以FabFcd，故线框所受安培力的合力向左故B、C正确现在学习的是第33页，共44页5(2010年南通模拟)如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A.A与螺线管垂直，“”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里开关S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是(C)A水平向左 B水平向右C竖直向下 D竖直向上解析：开关闭合后根据安培定则可判定通

16、电螺线管的磁场在导线所在位置处磁感线的方向为水平向右，再由左手定则判定导线受到安培力的方向为竖直向下，C项正确现在学习的是第34页，共44页6如图(甲)所示，将一个光滑斜面置于匀强磁场中，通电直导体棒置于斜面上，电流方向垂直纸面向里，图(乙)四个图中，有可能使导体棒在斜面上保持静止的是(AB)现在学习的是第35页，共44页解析：对A、B、C、D四种情况下的通电导体进行受力分析，如图所示A中合力可为零，B中当重力和安培力相互平衡时，不受支持力作用，C、D中合力不可能为零所以可能使导体棒在斜面上保持静止的是A、B.现在学习的是第36页，共44页现在学习的是第37页，共44页8(2010年大连模拟)

17、水平放置的光滑金属导轨宽L0.2 m，所接电源电动势E3 V，电源内阻及导轨电阻不计匀强磁场竖直向下穿过导轨，磁感应强度B1 T导体棒ab的电阻R6，质量m10 g，垂直放在导轨上并良好接触(如图)，求合上开关的瞬间：(1)金属棒受到安培力的大小和方向；(2)金属棒的加速度答案：(1)0.1 N水平向右(2)10 m/s2水平向右现在学习的是第38页，共44页提升能力现在学习的是第39页，共44页10如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F，为使F0，可能达到要求的方法是(C)A加水平向右的磁场 B加水平向左的磁场C加垂直纸面向里的磁场 D

18、加垂直纸面向外的磁场解析：为使F0，则F安必竖直向上且F安mg，由左手定则可判断C正确现在学习的是第40页，共44页11如图所示，质量为m、长为L的导体棒MN电阻为R，初始时静止于光滑的水平轨道上，并垂直轨道，电源电动势为E，内阻不计匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成角斜向上方，开关闭合后导体棒开始运动，则(BD)A导体棒向左运动B开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEL/RC开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BELsin/RD开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为BELsin/mR现在学习的是第41页，共44页12如图所示，PQ和EF为水平放置的平行金属导轨，间距为l1.0 m，导体棒ab垂直PQ、EF跨放在导轨上，棒的质量为m20 g，棒的中点用细绳经轻滑轮与物体c相连，物体c的质量M30 g在垂直导轨平面方向存在磁感应强度B0.2 T的匀强磁场，磁场方向竖直向上，重力加速度g取10 m/s2.若导轨是粗糙的，且导体棒与导轨间的最大静摩擦力为导体棒ab重力的0.5倍，若要保持物体c静止不动，应该在棒中通入多大的电流？电流的方向如何？现在学习的是第42页，共44页答案：1.0 AI2.0 A由a到b现在学习的是第43页，共44页现在学习的是第44页，共44页