高中物理课时讲练通人教选修 通电导线在磁场中受到的力.pptx

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1、1.知道安培力的方向与电流、磁感应强度方向的关系，会用左手定则判断安培力的方向。2.理解安培力的计算公式，会应用公式计算匀强磁场中安培力的大小。3.知道磁电式电表的基本构造及运用它测量电流大小和方向的基本原理。第1页/共48页重点：1.正确应用左手定则判断安培力的方向。2.匀强磁场中安培力大小的计算。难点：安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系。第2页/共48页一、安培力的方向1安培力_在磁场中受的力。2决定安培力方向的因素(1)_方向。(2)_方向。通电导线电流磁感应强度第3页/共48页3左手定则如图所示，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

2、使四指指向_，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。垂直掌心电流的方向第4页/共48页4安培力的特点与电流方向、磁感应强度的方向都_，即安培力F_于B和I所决定的平面。垂直垂直第5页/共48页二、安培力的大小及磁电式仪表1.安培力的大小(1)当通电导线垂直磁场方向放置时所受安培力的大小为：F=_。(2)当磁感应强度B的方向与通电导线平行时，导线所受安培力F=_。(3)当磁感应强度B的方向与通电导线方向成角时，F=_。为B与I的夹角。ILB0ILBsin第6页/共48页2.磁电式仪表(1)基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的_。(2)工作原理：线圈第7页/共48页如图所示，当

3、电流通过线圈时，线圈在磁场中受到_的作用而偏转，电流越大，安培力就越大，线圈偏转角度也就越大，并且与电流大小成_。根据线圈的偏转角度大小，就可以判断通过的电流大小。当线圈中的_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即可判断被测电流的方向。(3)优、缺点：优点是_度高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。安培力正比电流方向灵敏第8页/共48页【判一判】(1)安培力的方向一定与电流的方向垂直。()(2)通电导体只要在磁场中就会受到安培力。()(3)由于线圈偏转角度与电流大小成正比，所以磁电式仪表的刻度盘的刻度是均匀的。()第9页/共4

4、8页提示：(1)根据左手定则可以判断，安培力的方向一定与电流的方向垂直，故(1)正确。(2)当磁感应强度方向与电流方向平行时，安培力为零，故(2)错误。(3)线圈偏转角度与通过的电流大小成正比，所以磁电式仪表的刻度盘的刻度是均匀的，从刻度盘上就可以读出被测电流大小，故(3)正确。第10页/共48页1.演示如图所示实验，观察现象，回答以下问题：第11页/共48页(1)上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否改变，说明什么问题？提示：改变磁场的方向，受力方向相反，说明安培力的方向与磁场的方向有关。第12页/共48页(2)改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变，说明了什么？提示：改变

5、电流方向，受力方向相反，说明安培力的方向与电流方向有关。(3)你能否根据实验现象画出安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系？提示：安培力方向与电流方向和磁场方向都垂直，三者的空间关系如图所示。第13页/共48页(4)试根据安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系，总结通电导线在磁场中所受安培力方向的判断方法。提示：安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系可以用左手定则判断：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。第14页/共48页2.安培力垂直于通电导线、磁场方向

6、，那么电流方向也一定与磁场方向垂直吗?提示：根据左手定则，通电导线在磁场中所受安培力一定垂直于导线、磁场的方向，但由于导线可以沿任何方向放入磁场，所以电流方向与磁场方向可以成任意角度。第15页/共48页【误区警示】对于安培力、电流方向和磁场方向的空间关系，学生常常误认为三者两两垂直，教师要向学生明确安培力的方向一定与电流、磁场方向都垂直，但电流方向与磁场方向可以成任意角度。第16页/共48页3.当通电导线与磁场不垂直时，如何判断安培力方向?【思路分析】当通电导线和磁场不垂直时安培力方向的判断是一难点，这里教师可以引导学生根据矢量的分解方法，将磁感应强度分解，从而把通电导线和磁场不垂直的情况分解

7、成垂直和平行两种情况，再利用安培定则判定通电导线的受力方向。第17页/共48页提示：如图所示，可将磁感应强度B垂直分解为两个方向，一个是与通电导线垂直的B1，另一个是与通电导线平行的B2，与通电导线平行的磁场B2不会对通电导线产生安培力的作用，所以用左手定则判断与导线垂直的分磁场B1对导线的安培力方向，即为总磁场B对导线的安培力方向。第18页/共48页【知识点拨】1.安培力方向的判断(1)在判断安培力方向时首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向。(2)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向;已知F、B的方向,且导线的位置确定

8、时，可唯一确定I的方向;已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定。(3)平行通电直导线间的安培力的方向：电流方向相同，两导线相互吸引，电流方向相反,两导线相互排斥。第19页/共48页2.对比分析安培力方向和静电力方向(1)通电导线在磁场中所受安培力的方向总是与磁场的方向垂直；(2)电荷在电场中所受电场力的方向与电场的方向相同或相反。第20页/共48页【探究归纳】1.安培力的方向用左手定则判断。2.F安I，F安B，但B与I不一定垂直。第21页/共48页【典例1】(2012济南高二检测)如图所示的匀强磁场中,已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向,其中正确的是()第22

9、页/共48页【思路点拨】解答本题要把握以下两点：(1)把平面图转化为立体图。(2)安培力的方向应用左手定则判断。第23页/共48页【解析】选C。根据左手定则，A中受力方向应该向下，A错误；B中电流方向与磁场方向平行，不受力，B错误；C正确；D中受力方向应垂直纸面向外，D错误。第24页/共48页 安培力的大小及磁电式仪表1.探究安培力的大小从第2节的学习中我们已经知道，垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，它受的安培力FBIL，这时导线受的安培力最大，试讨论下面两种情况下安培力的大小。(1)当磁感应强度B的方向与导线方向平行时。提示：当磁感应强度B的方向与导线方向平行时，导线受

10、的安培力最小，为零。第27页/共48页(2)当磁感应强度B的方向与导线方向成角时。提示：当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，可以把它分解成与导线垂直的分量B和与导线平行的分量B，BBsin,BBcos。其中B不产生安培力，导线受的安培力只由B产生，所以一般情况下的安培力的表达式为FBILsin,为磁感应强度方向与导线方向的夹角。第28页/共48页2.磁电式电流表中磁场分布有何特点呢?这样分布的原因又是什么?提示：电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度，该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的

11、。这样的磁场,可使线圈转动时，它的两个边所经过位置的磁场强弱都相同，从而使表盘的刻度均匀。第29页/共48页【知识点拨】计算安培力应注意的两个问题(1)公式中L为有效长度。若导线是弯曲的，此时公式中的L并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有效长度”,它等于在磁场中连接导线两端点直线的长度。相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端。(2)安培力公式一般用于匀强磁场。在非匀强磁场中，若导体很短时也可以使用，此时B的大小和方向与导体所在处B的大小和方向相同;若在非匀强磁场中导体很长，可将导体分成若干小段，求出各段受的磁场力，然后求它们的合力。第30页/共48页【探究归纳】1.安培力公式F=BILs

12、in。(1)当磁感应强度与导线方向垂直时，F=BIL，所受安培力最大。(2)当磁感应强度与导线方向平行时，所受安培力最小，为零。(3)安培力的大小与磁感应强度B、电流强度I、导线长度L以及电流和磁场方向的夹角四个因素有关。2.磁感应强度B是磁场本身属性和安培力F、IL乘积无关。3.磁电式电流表的工作原理是电流在磁场中受安培力的作用。第31页/共48页【典例2】(2012常熟高二检测)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B0.50 T、方向竖直向上的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E4.5 V、内阻r0.50

13、的直流电源。现把一个质量m0.06 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R0=2.5，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2。已知sin37=0.60，cos370.80，求：第32页/共48页(1)比较棒两端a、b电势高低，并求出两端电势差。(2)导体棒受到的安培力和摩擦力。(3)若斜面光滑，欲使导体棒静止在斜面上，求所加匀强磁场的最小值及方向。第33页/共48页【思路点拨】解答本题需要把握以下三点：(1)应用闭合电路欧姆定律求导体棒中电流，进而求电势差。(2)由安培力公式F=BIL求安培力大小。(3)对导体棒受力

14、分析，根据平衡条件，列方程求摩擦力。第34页/共48页【解析】(1)b端电势高(或a端电势低)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有：代入数据有I=1.5 A，棒两端的电势差U=IR0=1.52.5 V=3.75 V(2)导体棒受到的安培力大小F安=BIL=0.501.50.40 N=0.3 N方向：水平向右对导体棒受力分析，导体棒沿斜面的方程：mgsin37=F安cos37+Ff代入数据得：Ff=0.12 N方向：沿斜面向上第35页/共48页(3)对导体棒受力分析知，当安培力跟重力沿斜面的分力平衡时，安培力最小mgsin37=F安F安=BIL代入数据得磁感应强度的最小

15、值B=0.6 T由左手定则知：B的方向垂直斜面向上。答案：(1)b端电势高 3.75 V(2)0.3 N 水平向右 0.12 N 沿斜面向上(3)0.6 T 垂直斜面向上第36页/共48页【规律方法】与安培力相关的平衡问题的处理技巧正确解决安培力参与下的平衡问题，应掌握以下技巧:(1)正确理解有安培力参与的物体平衡问题。此平衡与前面所学的物体平衡一样，也是利用物体的平衡条件求解，其中的安培力是众多受力中的一个。(2)明确解决此类问题所需的相关知识。闭合电路欧姆定律;安培力公式F=BILsin和左手定则;物体平衡条件。第37页/共48页(3)建立正确的解题思路。解决此类平衡问题与前面学习的共点力

16、平衡的解题步骤相似，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求解，其中重要的是正确判断安培力的方向。第38页/共48页【温馨提示】安培力是一性质力，在对物体受力分析时要分析安培力，当物体受到安培力处于平衡状态时，也满足力的平衡条件。第41页/共48页【典例】如图所示，两倾斜放置的光滑平行金属导轨间距为L，电阻不计，导轨平面与水平方向的夹角为，导轨上端接入一内阻可忽略的电源，电动势为E。一粗细均匀的金属棒电阻为R，金属棒水平放在导轨上且与导轨接触良好。欲使金属棒静止在导轨上不动，则以下说法正确的是()考查内容考查内容安培力作用下的平衡安培力作用下的平衡第42页/共48页A可加竖

17、直向下的匀强磁场，磁感应强度为B可加竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为C所加匀强磁场磁感应强度的最小值为D如果在所加竖直向下磁场下处于静止状态的金属棒的直径变为原来的2倍，金属棒将沿导轨向下滑动第43页/共48页【思路点拨】解答本题要把握以下四点：(1)安培力方向的判定；(2)安培力大小的计算公式；(3)物体受力平衡的条件；(4)欧姆定律的应用。第44页/共48页【解析】选A。金属棒在金属导轨上处于静止状态时，根据平衡条件可知所受合力为零，若加竖直向下的磁场，安培力的方向水平向右，则有ILBcosmgsin，又 得B A正确；若加竖直向上的磁场，安培力方向水平向左，金属棒不可能静止，B错误；根据物体的平衡条件可得安培力最小时磁场方向垂直斜面向下，最小值Fmgsin，B C错误；当金属棒的直径变为原来的2倍时，质量变为原来的4倍，同时电阻变为原来的 倍，安培力也变为原来的4倍，原来静止的金属棒仍将保持静止，D错误。第45页/共48页第46页/共48页第47页/共48页感谢您的观看！第48页/共48页