《2018-2019學年高中物理 第三章 磁場 4 通電導線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019學年高中物理 第三章 磁場 4 通電導線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、4通電導線在磁場中受到的力,,1知道什么是安培力知道通電導線在磁場中所受安培力的方向與電流、磁場方向都垂直，它的方向由左手定則判斷知道左手定則的內容，會用左手定則熟練地判定安培力的方向，并會用它解答有關問題 2會用安培力公式FBIL解答有關問題. 知道電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大，等于BIL. 3了解磁電式電流表的內部構造的原理,教學目標,,,【重點】 安培力的方向確定和安培力大小的計算 【難點】 左手定則的運用(尤其是當電流和磁場不垂直時，左手定則如何變通使用),重點難點,,,安培力的方向和大小是重點，弄清安培力、電流、磁
2、感應強度三者方向的空間關系是難點安培力的方向一定與電流、磁感應強度方向垂直，但電流方向與磁感應強度的方向可以成任意角度；當電流方向與磁感應強度的方向垂直時，安培力最大，對此學生常?；煜臻g想象能力對本節(jié)學習至關重要，要使學生能夠看懂立體圖，熟悉各種角度的側視圖、俯視圖和剖面圖，需要一定的鞏固訓練 建議用實驗觀察法、邏輯推理法、講解法等教學方法.,教學建議,,,【導入一】 復習引入 讓學生回憶在第二節(jié)中講到的通電導線在磁場中受力大小與什么因素有關 教師講述：我們已經(jīng)初步了解磁場對通電導線的作用力安培在這方面的研究做出了杰出的貢獻，為了紀念他，人們把通電導線在磁場中所受的作用力叫作安培力這節(jié)課我們
3、對安培力作進一步的討論,新課導入,,,【導入二】 復習提問： 1磁感應強度是由什么決定的？ 答：磁感應強度是由產(chǎn)生磁場的電流的大小、分布和空間位置確定的 2磁感應強度的定義式是什么？ 答： . 3磁感應強度的定義式在什么條件下才成立？ 答：只有在通電直導線垂直磁場方向放入勻強磁場中，公式 才成立,新課導入,,,新課導入,,4垂直磁場方向放入勻強磁場的通電導線長L1 cm，通電電流I10 A，若它所受的磁場力F5 N，則該磁場的磁感應強度B是多少？ 答：因為通電導線垂直磁場方向放入勻強磁場，所以根據(jù)磁感應強度的定義式有 T50 T. 5若上題中通電導線平行磁場方向放入該磁場中，那么磁場
4、的磁感應強度是多大？通電導線受到的磁場力是多少？ 答：當電流仍為I10 A，LB 時，該處磁感應強度不變，仍為B50 T，而通電導線所受磁場力F0.,1.定義:人們把 在磁場中受到的力稱為安培力. 2.單位:牛頓,符號為N. 3.大小:F=. 4.左手定則:伸開左手,使拇指與其余四指垂直,并且都與手掌在同一平面內,讓磁感線從掌心進入,并使四指指向電流的方向,這時所指的方向就是通電導線所受安培力的方向.,安培力,,知識必備,知識點一,通電導線,BILsin ,拇指,1.磁電式電流表的構造和特點 (1)構造:磁鐵、軟鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴. (2)特點:兩極間的極靴和極靴中間的鐵質圓柱使極
5、靴與圓柱間的磁場都沿 方向均勻分布,使線圈平面始終與磁感線,使表盤刻度.,磁電式電流表,,知識必備,知識點二,半徑,平行,均勻,2.工作原理:如圖3-4-1所示.當電流通過線圈時,線圈左、右兩邊所受的安培力的方向相反,于是架在軸上的線圈就要轉動,通過轉軸收緊螺旋彈簧使其變形,反抗線圈的轉動,從線圈偏轉的角度就能判斷通過的大小.根據(jù)指針的偏轉方向,可以知道被測的方向.,,知識必備,圖3-4-1,電流,電流,想一想 靜電力與電場強度的方向在同一直線上,安培力和磁感應強度的方向也在同一直線上嗎?怎樣判定安培力的方向?,,學習互動,安培力方向的判定,考點一,要點總結 電流所受的安培力的方向既跟
6、磁場的方向垂直,又跟電流的方向垂直,所以安培力總是垂直于磁感線和通電導線所確定的平面. FB,FL,但L與B不一定垂直.,,學習互動,,學習互動,例1畫出圖3-4-2中通電直導線A受到的安培力的方向.,圖3-4-2,,學習互動,,如圖所示 解析 (1)中電流與磁場垂直,由左手定則可判斷出A所受安培力方向如圖甲所示. (2)中條形磁鐵在A處的磁場分布如圖乙所示,由左手定則可判斷A受到的安培力的方向如圖乙所示.,甲,乙,,學習互動,,(3)中由安培定則可判斷出電流A處磁場方向如圖丙所示,由左手定則可判斷出A受到的安培力方向如圖丙所示. (4)中由安培定則可判斷出電流A處磁場如圖丁所示,由左手定則可
7、判斷出A受到的安培力方向如圖丁所示.,丙,丁,想一想你知道電流天平和電流表的工作原理嗎?電流在磁場里的受力與哪些因素有關?,,學習互動,安培力的計算,考點二,要點總結 1.在磁感應強度為B的勻強磁場中,長為L的導線通入電流I: (1)若磁場和電流垂直,則F=BIL; (2)若磁場和電流平行,則F=0; 2.公式中L指的是“有效長度”.彎曲導線的有效長度L等于連接兩端點的線段的長度(如圖3-4-3所示);相應的電流沿L由始端流向末端.,,學習互動,圖3-4-3,,學習互動,例2長度為L、通有電流為I的直導線放入一勻強磁場中,電流方向與磁場方向如圖3-4-4所示,已知磁感應強度為B,對于各圖中導線
8、所受安培力的大小計算正確的是(),圖3-4-4,,學習互動,,答案 A 解析 A圖中,導線不和磁場垂直,將導線投影到垂直磁場方向上,故F=BILcos ,A正確;B圖中,導線和磁場方向垂直,故F=BIL,B錯誤;C圖中,導線和磁場方向垂直,故F=BIL,C錯誤;D圖中,導線和磁場方向垂直,故F=BIL,D錯誤.,,學習互動,例3半徑為R的半圓形導線框放在如圖3-4-5所示的勻強磁場中,電流大小為I,磁感應強度為B,則導線框所受的安培力為多大?,圖3-4-5,,學習互動,,答案 2BIRsin 解析 由于導線框的首尾相連的有向線段的長度為2R,且有向線段沿垂直于磁場方向上的投影為2Rsin ,所
9、以導線框所受的安培力為F=2BIRsin .,想一想通電導體在安培力作用下怎樣運動?有哪些方法可用來判斷導體的運動情況?,,學習互動,安培力作用下導體的運動問題,考點三,要點總結 不管是電流還是磁體,對通電導線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的,因此必須要清楚導線所在位置的磁場分布情況,然后結合左手定則準確判斷導線的受力情況或將要發(fā)生的運動,在實際操作過程中,往往采用以下五種方法:,,學習互動,,學習互動,,學習互動,（續(xù)表）,,學習互動,例4如圖3-4-6所示,將通電直導線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方,直導線可自由轉動,則接通開關S的瞬間() A.A端向上運動,B端向下運動,懸線張力不變 B.A端
10、向下運動,B端向上運動,懸線張力不變 C.A端向紙外運動,B端向紙內運動,懸線張力變小 D.A端向紙內運動,B端向紙外運動,懸線張力變大,圖3-4-6,,學習互動,,答案 D 解析 當開關S接通時,根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如圖所示,由左手定則知此時通電直導線A端受力指向紙內,B端受力指向紙外,故導線將轉動,由特殊位置法知當導線轉到與磁感線垂直時,整個導線受到的磁場力方向豎直向下,故懸線張力變大,D正確.,,學習互動,例5 2018石家莊一中期中 如圖3-4-7所示,在磁感應強度B=1.0 T、方向豎直向下的勻強磁場中有一個與水平面成=37角的平行導電滑軌,滑軌上垂直放置一個可以自由
11、滑動的金屬桿ab.已知接在滑軌中的電源電動勢E=12 V,內阻不計,滑軌間距L=0.5 m,金屬桿質量m=0.2 kg,桿與平行滑軌間的動摩擦因數(shù)=0.5,不計滑軌與ab桿的電阻,g取10 m/s2.當接在滑軌上的變阻器R接入電路的阻值在什么范圍內變化時,可以使ab桿在滑軌上保持靜止?(sin 37=0.6,cos 37=0.8),圖3-4-7,,學習互動,,答案 1.5 R16.5 解析 ab桿剛好不下滑時受力如圖甲所示,設此時安培力為F1,變阻器接入電路的電阻為R1,根據(jù)平衡條件有 FN1=mgcos +F1sin mgsin =FN1+F1cos 又F1=BI1L,I1=, 解得R1=1
12、6.5 ,,學習互動,,ab桿剛好不上滑時受力如圖乙所示,設此時安培力為F2,變阻器接入電路的電阻為R2,根據(jù)平衡條件有 FN2=mgcos +F2sin mgsin +FN2=F2cos 又F2=BI2L,I2= 解得R2=1.5 故1.5 R16.5 .,備用習題,,1. 如圖3412所示，兩條導線相互垂直，但相隔一段距離其中AB固定，CD能自由運動，當直線電流按圖示方向通入兩條導線時，導線CD將(從紙外向紙內看)() A順時針方向轉動同時靠近導線AB B逆時針方向轉動同時離開導線AB C順時針方向轉動同時離開導線AB D逆時針方向轉動同時靠近導線AB,圖3412,,備用習題,,備用習題,
13、,2. 如圖3414所示，放在臺秤上的條形磁鐵兩極未知，為了探明磁鐵的極性，在它中央的正上方固定一導線，導線與磁鐵垂直，給導線通以垂直紙面向外的電流，則() A如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵左端是北極 B如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵右端是北極 C無論如何臺秤的示數(shù)都不可能變化 D以上說法都不正確,圖3414,,備用習題,,答案 B 解析 b帶電后，由于靜電感應，a的近端和遠端分別出現(xiàn)等量的負電荷和正電荷，b對a的吸引作用大于排斥作用，故b先吸引a，a、b接觸后帶同種電荷，相互排斥，選項B正確,備用習題,,3. (多選)已知質量為m的通電細桿ab與導軌間的動摩擦因數(shù)為，有電流時，ab恰好在導軌上靜
14、止，如圖3415所示圖3416是它的四個側視圖，則圖中四種可能的勻強磁場方向，其中能使桿ab與導軌之間的摩擦力為零的是(),圖3415,ABCD,圖3416,,,備用習題,答案 AB 解析 用左手定則判斷各圖中通電細桿所受的安培力的方向，再判斷通電細桿所受的合力可知，選項A、B正確,,,自我檢測,1. (左手定則應用)如圖3-4-8所示,表示磁場對直線電流的作用力示意圖中正確的是 (),答案 .A 解析 應用左手定則,A中安培力豎直向上,A正確;B中導線不受安培力,C中安培力豎直向上,D中安培力垂直紙面向外,B、C、D錯誤.,圖3-4-8,,,自我檢測,2.(等效長度的理解)如圖3-4-9所示
15、,長為2l的直導線折成邊長相等、夾角為60的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中,磁感應強度為B.當在該導線中通以大小為I的電流時,該V形通電導線受到的安培力大小為 (),答案 C 解析 V形導線通入電流I時,每條邊受到的安培力大小均為BIl,方向分別垂直于導線斜向上,再由平行四邊形定則可得其合力F=BIl,選項C正確.,圖3-4-9,A.0B.BIl C.BIlD.2BIl,,自我檢測,3.(安培力作用下的平衡問題)如圖3-4-10所示,金屬棒MN兩端由等長的輕質細線水平懸掛,處于豎直向上的勻強磁場中,棒中通以由M向N的電流,平衡時兩懸線與豎直方向的夾角均為.如果僅改變下列某一個條件,
16、角的相應變化情況正確的是() A.棒中的電流變大,則角變大 B.兩懸線等長變短,則角變小 C.金屬棒質量變大,則角變大 D.磁感應強度變大,則角變小,圖3-4-10,,,自我檢測,答案 A 解析 以MN為研究對象,受力分析如圖所示,根據(jù)平衡條件有tan ==,由該式知,金屬棒中的電流變大,則角變大,A正確;兩懸線變短,不影響平衡狀態(tài),則角不變,B錯誤;金屬棒質量變大,則角變小,C錯誤;磁感應強度變大,則角變大,D錯誤.,,自我檢測,4.(安培力作用下的運動問題)最近研制出一種可以投入使用的電磁軌道炮,其原理如圖3-4-11所示,炮彈(可視為長方形導體)置于兩固定的平行導軌之間,并與導軌內壁密接
17、,開始時炮彈靜止在導軌的一端,通以電流后炮彈會被磁場力加速,最后從位于導軌另一端的出口高速射出.設兩導軌之間的距離d=0.10 m,導軌長L=5.0 m,炮彈質量m=0.30 kg,導軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示.可認為,炮彈在軌道內運動時,它所在處磁場的磁感應強度始終為B=2.0 T,方向垂直于紙面向里.若炮彈在出口處的速度為v=2.0103 m/s,忽略摩擦力與重力的 影響以及發(fā)射過程中電流產(chǎn)生的焦耳熱,試求: (1)通過導軌的電流I; (2)發(fā)射過程中電源的最大輸出功率P.,圖3-4-11,,,自我檢測,答案 (1)6.0105 A(2)2.4108 W 解析 (1)炮彈的加速度為a=,炮彈做勻加速運動,有v2=2aL 解得I==6.0105 A. (2)電源的最大輸出功率P=BIdv=2.4108 W.,
2018-2019學年高中物理 第三章 磁場 4 通電導線在磁場中受到的力課件 新人教版選修3-1.ppt
