《磁場對電流的作用》PPT課件.ppt

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,磁場對電流的作用,要點疑點考點,課前熱身,能力思維方法,延伸拓展,,要點疑點考點,一、安培力1.安培力：通電導線在磁場中受到的作用力叫安培力.【說明】磁場對通電導線中定向移動的電荷有力的作用，磁場對這些定向移動電荷作用力的宏觀表現(xiàn)即為安培力.,,要點疑點考點,2.安培力的計算公式：F=BILsin?；通電導線與磁場方向垂直時，即?=900，此時安培力有最大值；通電導線與磁場方向平行時，即?=00，此時安培力有最小值，F(xiàn)min=0N；0＜?＜90時，安培力F介于0和最大值之間.,,要點疑點考點,3.安培力公式的適用條件；①一般只適用于勻強磁場；②導線垂直于磁場；③L為導線的有效長度，即導線兩端點所連直線的長度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端；如圖11-2-1所示，幾種有學長度；,圖11-2-1,,要點疑點考點,④安培力的作用點為磁場中通電導體的幾何中心；⑤根據(jù)力的相互作用原理，如果是磁體對通電導體有力的作用，則通電導體對磁體有反作用力.【說明】安培力的計算只限于導線與B垂直和平行的兩種情況.,,要點疑點考點,二、左手定則1.通電導線所受的安培力方向和磁場B的方向、電流方向之間的關(guān)系，可以用左手定則來判定.2.用左手定則判定安培力方向的方法：伸開左手，使拇指跟其余的四指垂直且與手掌都在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，并使四指指向電流方向，這時手掌所在平面跟磁感線和導線所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通電導線所受安培力的方向.,,要點疑點考點,3.安培力F的方向既與磁場方向垂直，又與通電導線方向垂直，即F總是垂直于磁場與導線所決定的平面.但B與I的方向不一定垂直.4.安培力F、磁感應(yīng)強度B、電流I三者的關(guān)系①已知I、B的方向，可惟一確定F的方向；②已知F、B的方向，且導線的位置確定時，可惟一確定I的方向；③已知F、I的方向時，磁感應(yīng)強度B的方向不能惟一確定.,,,課前熱身,1.下列關(guān)于通電直導線在勻強磁場中受安培力的說法，正確的有(AB)A.安培力的方向與磁場方向垂直，同時又與電流方向垂直B.若某段導線在磁場中取某一方向時受到的磁場力最大，此時導線必與磁場方向垂直C.若導線受到的磁場力為0，導線所在處的磁感應(yīng)強度必為0D.安培力的大小只跟磁場的強弱和電流有關(guān),,課前熱身,2.一根通有電流的直銅棒用軟導線掛在如圖11-2-2所示的勻強強場中，此時懸線中的張力大小小于銅棒的重力，欲使懸線中張力變?yōu)?，可采用的方法是(AC),圖11-2-2,,課前熱身,A.保持原磁場不變，適當增大電流且方向不變B.使電流反向，并適當減弱磁場C.電流大小、方向不變，適當增強磁場D.使磁場反向，適當增大電流并反向,,課前熱身,3.畫出圖11-2-3中通電導線棒ab所受的各個力的方向(在方框中畫).若導線長為L，通過電流為I，磁感應(yīng)強度為B，寫出安培力的大小(摩擦不計).,圖11-2-3,,課前熱身,4.如圖11-2-4所示，給一根松弛的導體線圈中通上電流，線圈將會(A)A.縱向收縮，徑向膨脹B.縱向伸長，徑向膨脹C.縱向伸長，徑向收縮D.縱向收縮，徑向收縮,,,能力思維方法,【例1】關(guān)于磁感應(yīng)強度的概念，以下說法中正確的有(B)A.電流元IL在磁場中受力為F，則磁感應(yīng)強度B一定等于F/ILB.電流元IL在磁場中受力為F，則磁感應(yīng)強度B可能大于或等于F/ILC.磁場中電流元受力大的地方，磁感應(yīng)強度一定大D.磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向，與電流元在此點的受力方向相同,,能力思維方法,【解析】對于B=F/IL來說，該公式僅是定義式，并不是決定式，磁感應(yīng)強度B的大小和方向是由磁場決定的，與電流的大小和方向，甚至于有無電流均無關(guān).其次它有其適用條件，即在勻強磁場中，電流的方向與磁場垂直時，該公式才適用，在此種情況下，安培力、磁感應(yīng)強度、電流三者的方向是兩兩垂直的，且此時安培力F也為定值電流在某勻強磁場中所受的最大值，否則應(yīng)當以B=F/ILsina來計算.故答案為B項.,,能力思維方法,【解題回顧】此類問題的關(guān)鍵并不是安培力的大小和方向的確定，而是對物體的受力分析和運動分析，并結(jié)合動力學知識綜合考慮，將看似電學的問題轉(zhuǎn)化為力學問題.,,能力思維方法,【例2】如圖11-2-5(a)，相距20cm的兩根光滑平行銅導軌，導軌平面傾角為a=370，上面放著質(zhì)量為80g的金屬桿ab，整個裝置放在B=0.2T的勻強磁場中.(1)若磁場方向豎直向下，要使金屬桿靜止在導軌上，必須通以多大的電流.(2)若磁場方向垂直斜面向下，要使金屬桿靜止在導軌上，必須通以多大的電流。,,能力思維方法,【解析】此類問題的共性是先畫出側(cè)視圖，并進行受力分析.如圖所示11-2-5(b)由平衡條件得(1)F=BIL=mgtanaI=mgtana/BL=15A(2)當磁場垂直斜面向下時F=BIL=mgsinaI=mgsina/BL=12A,,能力思維方法,【解題回顧】學生要明確在該題中最后結(jié)果并不是很重要，相比而言，此題中的處理問題的方法卻是重點，即要先以側(cè)視的方式畫出受力圖，切記.,,能力思維方法,【例3】如圖11-2-6所示，在同一水平面上的兩導軌相互平行，并處在豎直向上的勻強磁場中，一根質(zhì)量為3.6kg，有效長度為2m的金屬棒放在導軌上，當金屬棒中的電流為5A時，金屬棒做勻速運動；當金屬棒中的電流增加到8A時，金屬棒的加速度為2m/s2，求磁場的磁感強度.,,能力思維方法,【解析】在求解加速度問題中首要問題是受力分析并求解合外力，并以圖示.本題的宗旨是要求學生對導體進行受力分析并結(jié)合牛頓第二定律.,,能力思維方法,此題中電流的方向?qū)Y(jié)果并不影響，可假設(shè)，如圖所示為其側(cè)面受力圖：兩種情況受力方向是相同的.初態(tài)時有F合=F1-?mg=0末態(tài)時有F‘合=F2-?mg=ma且F1=BI1L、F2=BI2L聯(lián)立方程解得B=1.2T,,能力思維方法,【例4】如圖11-2-7所示，把一重力不計的通電導線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導線可以自由轉(zhuǎn)動，當導線通入圖示方向電流I時，導線的運動情況是(從上往下看)(A),,能力思維方法,A.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降；B.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升；C.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降；D.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升；,,能力思維方法,【解析】本題主要用電流元法和特殊位置法，即在N、S上方，均在電流上選取一段微小電流，分析其受力，以確定導線的轉(zhuǎn)動，再將電流轉(zhuǎn)到特殊位置時再確定其平動.【解題回顧】定性判斷通電導線或線圈在安培力作用下的運動問題：主要方法：(1)電流元法；(2)特殊位置法；(3)等效法；(4)利用結(jié)論法；,,能力思維方法,【例5】如圖11-2-8所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長直導線，導線與磁鐵垂直，給導線通以垂直紙面向外的電流，則(A),,能力思維方法,A.磁鐵對桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用；B.磁鐵對桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用C.磁鐵對桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用D.磁鐵對桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用,,能力思維方法,【解析】本題中，并不急于分析受力，其步驟是先確定電流所在位置的磁場，再分析其受力，這并不難.特殊的是最終要根據(jù)相互作用的原理以確定磁體的受力得出最終結(jié)果.,,,延伸拓展,【例6】根據(jù)磁場對電流會產(chǎn)生作用力的原理，人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置——電磁炮，其原理如圖11-2-9所示，把待發(fā)射的炮彈(導體)放置在強磁場中的兩平行導軌上，給導軌通入大電流，使炮彈作為一個載流導體在磁場作用下沿導軌加速運動，并以某一速度發(fā)射出去，試判斷圖中炮彈的受力方向，如果想提高某種電磁炮的發(fā)射速度，理論上可怎么辦?,圖11-2-9,,延伸拓展,【解析】此題的物理模型實際是通電導體受安培力作用并做功.導體所受安培力大小為F=BIL，方向水平向右，在安培力作用下，導體做勻加速直線運動：用動能定理得：BILs=mv2/2其中s、m、v分別為導軌長度、炮彈彈體質(zhì)量、炮彈出膛速度.所以v=，即可以通過增強磁場、加大電流、增寬導軌間距、加長導軌長度、減少炮彈體質(zhì)量來提高炮彈出膛速度.,,延伸拓展,【例7】如圖11-2-10所示，兩根平行光滑軌道水平放置，相互間隔d=0.1m，質(zhì)量為m=3g的金屬棒置于軌道一端.勻強磁場B=0.1T，方向豎直向下，軌道平面距地面高度h=0.8m，當接通開關(guān)S時，金屬棒由于受磁場力作用而被水平拋出，落地點水平距離s=2m，求接通S瞬間，通過金屬棒的電量.,圖11-2-10,,延伸拓展,【解析】此題導體運動的過程實際上分為兩個，一是加速度過程，此過程中牽涉到安培力的問題；二是平拋運動，該運動學生較為熟悉.而問題的關(guān)鍵在兩種運動連結(jié)點上的速度，此速度可以說是承上啟下.先由平拋運動確定其平拋初速度：h=gt２/2、s=vt解得：v=5m/s而該速度亦為水平加速的末速此后的問題可用動量定理來求解：即：BILt=mv且q=It=mv/BL=1.5C,,延伸拓展,【解題回顧】對于短時間內(nèi)的打擊或沖擊問題是動量定理最應(yīng)當優(yōu)先考慮的，而在此題中似乎并無電量問題，但有電流，電流與電量的關(guān)系中恰好有時間關(guān)系，即要考慮力的時間作用效果，綜合上述內(nèi)容，故考慮用動量定理.,,