《高中物理 第三章 磁場 第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課件 新人教版選修31》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第三章 磁場 第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課件 新人教版選修31（35頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第第 4 節(jié)節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力通電導(dǎo)線在磁場中受到的力 第三章第三章 磁磁 場場 1.知道安培力的概念知道安培力的概念，會用左手定則判定安培力的方會用左手定則判定安培力的方向向 2.學(xué)會用公式學(xué)會用公式 FBIL 計算計算 B 與與 I 垂直和平行兩種情況下垂直和平行兩種情況下安培力的大小安培力的大小 3.了解磁電式電流表的基本構(gòu)造及工作原理了解磁電式電流表的基本構(gòu)造及工作原理 第三章第三章 磁磁 場場一、安培力的方向一、安培力的方向 1安培力：安培力：_在磁場中受的力在磁場中受的力 2左手定則：左手定則：伸開左手伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直使拇指與其余四個手指垂直，并且都并且
2、都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從_進入進入，并使并使_指向電流的方向指向電流的方向， 這時這時_所指的方向就是通電導(dǎo)線在所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中磁場中所受安培力的方向所受安培力的方向 通電導(dǎo)線通電導(dǎo)線掌心掌心四指四指拇指拇指 1(1)安培力的方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直安培力的方向與磁感應(yīng)強度的方向垂直( ) (2)應(yīng)用左手定則時應(yīng)用左手定則時，四指指向電流方向四指指向電流方向，拇指指向安培力方拇指指向安培力方向向( ) (3)安培力的方向與導(dǎo)線的方向垂直安培力的方向與導(dǎo)線的方向垂直( ) 提示：提示：(1) (2) (3) ILB0ILBsin 2(1)
3、通電導(dǎo)線在磁場中不一定受安培力通電導(dǎo)線在磁場中不一定受安培力( ) (2)一通電導(dǎo)線放在磁場中某處不受安培力一通電導(dǎo)線放在磁場中某處不受安培力，該處的磁感應(yīng)強度該處的磁感應(yīng)強度不一定不一定是零是零( ) (3)若磁場一定若磁場一定，導(dǎo)線的長度和電流也一定的情況下導(dǎo)線的長度和電流也一定的情況下，導(dǎo)線平行導(dǎo)線平行于磁場時于磁場時，安培力最大安培力最大，垂直于磁場時垂直于磁場時，安培力最小安培力最小( ) 提示：提示：(1) (2) (3) 三、磁電式電流表三、磁電式電流表 1磁電式儀表最基本的組成部分是磁電式儀表最基本的組成部分是_和放在磁鐵兩極之間和放在磁鐵兩極之間的的_ 如圖所示 如圖所示，
4、通電線圈在磁場中通電線圈在磁場中受到受到_而偏轉(zhuǎn) 線而偏轉(zhuǎn) 線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大圈偏轉(zhuǎn)的角度越大， 被測電流就被測電流就_ 根據(jù)線圈 根據(jù)線圈_，可以知道被測電流的方向可以知道被測電流的方向 2磁電式儀表的優(yōu)點是磁電式儀表的優(yōu)點是_，可以測出很弱的電流；缺可以測出很弱的電流；缺點是線圈的導(dǎo)線點是線圈的導(dǎo)線_，允許通過的電流允許通過的電流_(幾十微安到幾幾十微安到幾毫安毫安) 磁鐵磁鐵線圈線圈安培力安培力越大越大偏轉(zhuǎn)的方向偏轉(zhuǎn)的方向靈敏度高靈敏度高很細很細很弱很弱 用磁電式電流表測量電流時用磁電式電流表測量電流時， 通電線圈的左右兩邊受到的安培力通電線圈的左右兩邊受到的安培力的大小是否隨著線圈的轉(zhuǎn)
5、動而變化呢？的大小是否隨著線圈的轉(zhuǎn)動而變化呢？ 提示：提示： 通電線圈在安培力作用下轉(zhuǎn)動時通電線圈在安培力作用下轉(zhuǎn)動時， 安培力總與磁感應(yīng)強度安培力總與磁感應(yīng)強度的方向垂直的方向垂直， 磁感應(yīng)強度的大小又不變磁感應(yīng)強度的大小又不變， 故線圈左右兩邊受到的故線圈左右兩邊受到的安培力的大小不變安培力的大小不變 知識點一知識點一 安培力方向的判定安培力方向的判定 1不管電流方向與磁場方向是否垂直不管電流方向與磁場方向是否垂直，安培力的方向總是垂直安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面于磁場方向和電流方向所決定的平面，即總有即總有 FI 和和 FB.在在判斷安培力方向時首先確定磁場和電流
6、所確定的平面判斷安培力方向時首先確定磁場和電流所確定的平面， 從而判斷從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上出安培力的方向在哪一條直線上， 然后再根據(jù)左手定則判斷出安然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向 但應(yīng)注意培力的具體方向 但應(yīng)注意， 當(dāng)電流方向與磁場方向在同一直線當(dāng)電流方向與磁場方向在同一直線上時上時，電流不再受安培力作用電流不再受安培力作用 左手定則的應(yīng)用左手定則的應(yīng)用 畫出圖畫出圖中各磁場對通電導(dǎo)線的安培力的方向中各磁場對通電導(dǎo)線的安培力的方向 解析解析 A、 B、 C、 D、 E、 F、G 中電流方向均與磁場方向垂直中電流方向均與磁場方向垂直，而而 H 中電流方向與磁場方向不垂直
7、中電流方向與磁場方向不垂直，由左手定則判斷如圖：由左手定則判斷如圖： 通電導(dǎo)線間的相互作用力通電導(dǎo)線間的相互作用力 在等邊三角形的三個頂點在等邊三角形的三個頂點 A、B、C 處處，各有一條長直導(dǎo)各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面線垂直穿過紙面， 導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流， 方向如圖所方向如圖所示過示過 C 點的導(dǎo)線所受安培力的方向點的導(dǎo)線所受安培力的方向( ) A與與 AB 邊平行邊平行，豎直向上豎直向上 B與與 AB 邊平行邊平行，豎直向下豎直向下 C與與 AB 邊垂直邊垂直，指向左邊指向左邊 D與與 AB 邊垂直邊垂直，指向右邊指向右邊 C解析解析 如圖所示如圖所
8、示，根據(jù)安培定則根據(jù)安培定則，過過 A、B 點的導(dǎo)線在點的導(dǎo)線在 C 點所點所激發(fā)的磁場方向分別為激發(fā)的磁場方向分別為 B、B，應(yīng)用平行四邊形定則可知過，應(yīng)用平行四邊形定則可知過 C點的導(dǎo)線所在處的合磁場方向根據(jù)左手定則可知安培力點的導(dǎo)線所在處的合磁場方向根據(jù)左手定則可知安培力 FC的的方向與方向與 AB 邊垂直邊垂直，指向左邊指向左邊，故選項故選項 C 正確正確 兩平行通電導(dǎo)線的相互作用規(guī)律兩平行通電導(dǎo)線的相互作用規(guī)律 (1)同向電流相互吸引同向電流相互吸引，異向電流相互排斥異向電流相互排斥 (2)其力的方向的判定可由左手定則和安培定則來判定：如圖其力的方向的判定可由左手定則和安培定則來判定
9、：如圖，b導(dǎo)導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場可由安培定則確定線中電流產(chǎn)生的磁場可由安培定則確定，a 導(dǎo)線導(dǎo)線中電流處于中電流處于 b導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場中導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場中， b在在a處的磁場方向為垂直紙面向外處的磁場方向為垂直紙面向外，由左手定則判定由左手定則判定 a 受到的安培力向右受到的安培力向右，同理同理，b 受到的安培力向受到的安培力向左左 長度為長度為 L、通有電流為、通有電流為 I 的直導(dǎo)線放入一勻的直導(dǎo)線放入一勻強磁場中強磁場中，電流方向與磁場方向如圖所示電流方向與磁場方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強度為已知磁感應(yīng)強度為 B，對于下列對于下列各圖中各圖中，導(dǎo)線所受安培力的大小計算正確的是導(dǎo)線
10、所受安培力的大小計算正確的是( ) A解析解析 A 圖中圖中，導(dǎo)線不和磁場垂直導(dǎo)線不和磁場垂直，故將導(dǎo)線投影到垂直磁場故將導(dǎo)線投影到垂直磁場方向上方向上，故故 FBILcos ，A 正確；正確；B 圖中圖中，導(dǎo)線和磁場方向?qū)Ь€和磁場方向垂直垂直，故故 FBIL，B 錯誤；錯誤；C 圖中導(dǎo)線和磁場方向垂直圖中導(dǎo)線和磁場方向垂直，故故 FBIL，C 錯誤；錯誤；D 圖中導(dǎo)線和磁場方向垂直圖中導(dǎo)線和磁場方向垂直，故故 FBIL，D錯誤錯誤 A解析：解析： 磁場發(fā)生微小變化時磁場發(fā)生微小變化時， 因各選項中載流線圈在磁場的面積因各選項中載流線圈在磁場的面積不同不同，由法拉第電磁感應(yīng)定律由法拉第電磁感應(yīng)
11、定律 EntnBSt知載流線圈知載流線圈在磁場中的面積越大在磁場中的面積越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，感應(yīng)電流越大感應(yīng)電流越大，載流線圈中的電流變化越大載流線圈中的電流變化越大， 所受的安培力變化越大所受的安培力變化越大， 天平越容天平越容易失去平衡易失去平衡，由題圖可知由題圖可知，選項選項 A 符合題意符合題意 對公式對公式 FILBsin 的正確理解是求解安培力大小的關(guān)鍵對的正確理解是求解安培力大小的關(guān)鍵對于等效長度的問題于等效長度的問題，既可分段求解既可分段求解，然后求合力然后求合力，又可采用等效又可采用等效方法進行計算方法進行計算 知識點三知識點三 安培力作用下導(dǎo)體的
12、運動安培力作用下導(dǎo)體的運動 不管是電流還是磁體不管是電流還是磁體， 對通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的對通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況， 然后結(jié)合左手定然后結(jié)合左手定則準確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運動 在實際操作過程則準確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運動 在實際操作過程中中，往往采用以下幾種方法：往往采用以下幾種方法： 電流元法電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線則判斷每段電流元受力的方向，然后判
13、斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線的運動方向所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線的運動方向特殊位特殊位置法置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動到某個便于分析的特殊位置時，判斷通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動到某個便于分析的特殊位置時，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向其所受安培力的方向，從而確定其運動方向等效法等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可等環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立等效后再確定相互作用情況也成立等效后再確定相互作用情況結(jié)論法結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流互相
14、吸引，反向電流互相排趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究轉(zhuǎn)換研究對象法對象法定性分析磁體在電流磁場作用下的運動或運定性分析磁體在電流磁場作用下的運動或運動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動或運動趨勢所受合力及運動或運動趨勢 如圖所示如圖所示， 把輕質(zhì)導(dǎo)電線
15、圈用絕緣細線懸掛在磁鐵把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵 N 極極附近附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈則線圈( ) A向左運動向左運動 B向右運動向右運動 C靜止不動靜止不動 D無法確定無法確定 A解析解析 法一：法一：等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則，線圈等效成小磁針后線圈等效成小磁針后，左端是左端是 S 極極，右端是右端是 N 極極，異名磁極相吸異名磁極相吸引引，線圈線圈向左運動向左運動 法二：法二：電流元法如圖所示電流元法如圖
16、所示，取其中的上、下兩小段分析取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左， 故線圈故線圈向左運動向左運動 2. 如圖兩條導(dǎo)線相互垂直如圖兩條導(dǎo)線相互垂直，但相隔一段距但相隔一段距離其中導(dǎo)線離其中導(dǎo)線 AB 固定固定，導(dǎo)線導(dǎo)線 CD 能自由活動能自由活動，當(dāng)直流電流按圖當(dāng)直流電流按圖示方向通入兩條導(dǎo)線時示方向通入兩條導(dǎo)線時，導(dǎo)線導(dǎo)線 CD 將將(從紙外向紙內(nèi)看從紙外向紙內(nèi)看)( ) A順時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導(dǎo)線順時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導(dǎo)線 AB B逆時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導(dǎo)線逆時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導(dǎo)線 AB C順時針方向轉(zhuǎn)動同時
17、離開導(dǎo)線順時針方向轉(zhuǎn)動同時離開導(dǎo)線 AB D逆時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導(dǎo)線逆時針方向轉(zhuǎn)動同時靠近導(dǎo)線 AB D解析：解析：法一法一：電流元法分析：電流元法分析，把電流把電流 CD等效成等效成 CO、OD 兩段電流兩段電流，由安培定則由安培定則畫出畫出 CO、OD 所在位置的所在位置的 AB 電流的磁電流的磁場場，由左手定則可判斷由左手定則可判斷 CO、OD 受力如圖甲所示受力如圖甲所示，可見導(dǎo)線可見導(dǎo)線 CD逆時針逆時針轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動； 由特殊位置法分析由特殊位置法分析，當(dāng)當(dāng) CD 逆時針轉(zhuǎn)動逆時針轉(zhuǎn)動 90時時，俯視圖如圖乙所，俯視圖如圖乙所示，并畫出示，并畫出 AB 此時在此時在 CD 導(dǎo)線處的磁
18、感應(yīng)強度的方向?qū)Ь€處的磁感應(yīng)強度的方向，據(jù)左手據(jù)左手定則可判斷定則可判斷 CD 受力指向受力指向 AB，可見可見 CD 靠近靠近 AB，D 正確正確 法二法二：結(jié)論法兩不平行的直線電流相互作用時結(jié)論法兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢電流方向相同的趨勢， 所以所以 CD 逆時針轉(zhuǎn)動同時靠近逆時針轉(zhuǎn)動同時靠近 AB， 選項選項 D正確正確 在判斷安培力作用下導(dǎo)體的運動時在判斷安培力作用下導(dǎo)體的運動時， 幾種方法中幾種方法中，等效法和結(jié)論法比較簡單等效法和結(jié)論法比較簡單 鏈接高考鏈接高考安培力作用下的平衡問題安培力作用下的平衡問題 (12分分)(2015高考全
19、國卷高考全國卷) 如圖如圖，一長為一長為10 cm的金屬棒的金屬棒ab用兩個完全相同用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中；磁場的中；磁場的磁感應(yīng)強度大小為磁感應(yīng)強度大小為 0.1 T， 方向垂直于紙面方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣金屬棒通過開關(guān)與一下端與金屬棒絕緣金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為電動勢為 12 V 的電池相連的電池相連， 電路總電阻為電路總電阻為 2 .已知開關(guān)斷開時已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量為兩彈簧的伸長量為 0.5 cm；閉合開關(guān)；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后系統(tǒng)重新平衡后， 兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變
20、了兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變了 0.3 cm.重力加速度重力加速度大小取大小取 10 m/s2.判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求并求出金屬棒的質(zhì)量出金屬棒的質(zhì)量 審題點睛審題點睛 本題解題的關(guān)鍵是導(dǎo)體棒兩次處于平衡狀態(tài)本題解題的關(guān)鍵是導(dǎo)體棒兩次處于平衡狀態(tài)，彈簧彈簧彈力的變化量等于安培力彈力的變化量等于安培力 解析解析 依題意依題意，開關(guān)閉合后開關(guān)閉合后，電流方向從電流方向從 b 到到 a，由左手定則由左手定則可知可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下金屬棒所受的安培力方向豎直向下(1 分分) 開關(guān)斷開時開關(guān)斷開時， 兩彈簧各自相對于其原長
21、伸長了兩彈簧各自相對于其原長伸長了l10.5 cm.(2 分分) 由胡克定律和力的平衡條件得由胡克定律和力的平衡條件得 2kl1mg (2 分分) 式中式中，m 為金屬棒的質(zhì)量為金屬棒的質(zhì)量，k 是彈簧的勁度是彈簧的勁度系數(shù)系數(shù)，g 是重力加速是重力加速度的大小度的大小 開關(guān)閉合后開關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為金屬棒所受安培力的大小為 FIBL (2 分分) 式中式中，I 是回路電流是回路電流，L 是金屬棒的長度兩彈簧各自再伸長了是金屬棒的長度兩彈簧各自再伸長了l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡條件得由胡克定律和力的平衡條件得 2k(l1l2)mgF (3 分分) 由歐姆定律有由歐姆
22、定律有 EIR (1 分分) 式中式中，E 是電池的電動勢是電池的電動勢，R 是電路總電阻是電路總電阻 聯(lián)立聯(lián)立式式，并代入題給數(shù)據(jù)得并代入題給數(shù)據(jù)得 m0.01 kg.(1 分分) 答案答案 安培力的方向豎直向下安培力的方向豎直向下 金屬棒的質(zhì)量為金屬棒的質(zhì)量為 0.01 kg (2016江蘇揚州中學(xué)測試江蘇揚州中學(xué)測試)如圖所示如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離 L0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角角 37， 在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)， 分布著磁感應(yīng)強度分布著磁感應(yīng)強度 B0.50 T，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場 金屬
23、導(dǎo)軌的一端接有電動方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場 金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢勢 E4.5 V、內(nèi)阻、內(nèi)阻 r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量 m0.040 kg 的導(dǎo)體棒的導(dǎo)體棒 ab 放在金屬導(dǎo)軌上放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止導(dǎo)體棒恰好靜止 導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好， 導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻點間的電阻 R02.5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計金屬導(dǎo)軌電阻不計，g 取取 10 m/s2.已知已知sin 370.60，cos 370.80，求：求： (1)通過導(dǎo)體棒的電流；通過導(dǎo)體棒的電流； (2)導(dǎo)體棒受到的
24、安培力大??；導(dǎo)體棒受到的安培力大?。?(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力導(dǎo)體棒受到的摩擦力 解析：解析：(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律根據(jù)閉合電路歐姆定律，得通過導(dǎo)體棒的電流得通過導(dǎo)體棒的電流 IER0r1.5 A. (2)導(dǎo)體棒受到的安培力導(dǎo)體棒受到的安培力 F安安BIL0.30 N. (3)將重力正交分解將重力正交分解， 設(shè)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面方向的分力為設(shè)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面方向的分力為 F1，則則 F1mgsin 370.24 N 所以所以 F1F安安，導(dǎo)體棒受力如圖導(dǎo)體棒受力如圖，根據(jù)平衡條件根據(jù)平衡條件有有 F1FfF安安 解得解得 Ff0.06 N，方向沿斜面向下方向沿斜面向下 答案：答案：(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿斜面向下方向沿斜面向下
高中物理 第三章 磁場 第4節(jié) 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力課件 新人教版選修31
