3.4《磁场对通电导线的作用力》PPT课件(新人教版 选修3-1)

(共31张PPT)
新课标人教版课件系列
《高中物理》
选修3-1
3.4《磁场对通电导线
的作用力》
教学目标
（一）知识与技能
1、知道什么是安培力。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题.
2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.
3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。
（二）过程与方法
通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算。培养学生的间想像能力。
（三）情感态度与价值观
使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法.并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解，感受物理知识之间的联系。
二、重点与难点：
重点：安培力的方向确定和大小的计算。
难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。
三、教具：磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、滑动变阻器、多媒体。
演示：按照右图所示进行实验。
1、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。
通电导线在磁场中受到的力称为安培力
一、安培力的方向
I
B
F
2、上下交互磁场的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化
F
I
B
F
I
B
I
B
F
F、B、I方向关系
B
I
F
示意图
安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面
左手定则：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平面内;让磁感应线从掌心进入,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
遵循左手定则
B
I
F
示意图
安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面
F
I
B
F
I
B
α
α
B
B
I
F
α
B
I
判定以下通电导线所受安培力的方向
30°
F
F
I
I
I
B
B
B
问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用
用学过的知识加以判断
同向电流相互吸引。
反向电流相互排斥。
结论:
F
F
F
同向电流
F
反向电流
（1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。
问题:如果既不平行也不垂直呢？
二、安培力的大小
即： F=ILB
（2）平行时：F＝0
B
θ
I
I
B
把磁感应强度B分解为两个分量：
一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ
另一分量与导线平行 B2=Bcosθ
平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定
即F=ILB1
F=ILBsinθ
θ
B2
B1
二、安培力的大小
将B1=Bsinθ代入得
通电直导线与磁场方向不垂直的情况
公式： F=ILBsinθ
θ表示磁场方向与电流方向间的夹角
在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场
二、安培力的大小
问题:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以概括为那句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？
B
I
F
如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( )
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外，S极向纸内转动
D．N极向纸内，S极向纸外转动
C
两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（　）
A.顺时针方向转动，同时靠近ab
B.逆时针方向转动，同时离开ab
C.顺时针方向转动，同时离开ab
D.逆时针方向转动，同时靠近ab
a
b
c
d
D
0
0.02N
水平向右
0.02N
垂直导线
斜向左上方
将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向
I
B
I
B
30°
I
B
B
a
c
b
I
如图所示，直角三角形abc组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC=40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。
F
在图中，匀强磁场磁感应强度为B，有一段长L，通有电流为I的直导线ab，电流方向从a到b，则导线所受磁场力大小和方向如何？并将立体图改画为平面图
α
α
B
α
b
a
z
x
y
B
O
a
b
B
α
B
a
b
α
F
B
α
α
B
F
α
B
x
y
F
B
α
如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为0.5m，质量为0.1kg的金属棒MN，此时弹簧伸长10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方向如何？
M
N
I
B
2A，方向从M到N
磁电式电流表
1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
.
［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的.
所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，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.
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.
该磁场并非匀强磁场
［问题］该磁场是否匀强磁场？
［问题］该磁场的特点？
2、电流表的工作原理
1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小
随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。
2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。
3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
表盘的刻度均匀，θ∝I
关于磁场对通电直导线的作用力,下列说法正确的是( )
A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直
C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直
D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂于由B和I所确定的平面
BCD
磁场中某处的磁感线如图所示( )
A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba>Bb
B.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaC.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处大
D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处小
a
b
B
如图所示，通电直导线A与贺形通电导线环B固定放置在同一水平面上,通有如图所示的电流时,通电直导线受到水平向 的安培力作用.当A、B中电流大小保持不变,但同时改变方向时,通电直导线A所受的安培力方向水平向 .
A
I
B
I
右
右
如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流,线圈将会( )
A.纵向收缩,径向膨胀
B.纵向伸长,径向膨胀
C.纵向伸长,径向收缩
D.纵向收缩,径向收缩
纵向
A
把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电波,当开关接通后,将看到的现象 是( )
A.弹簧向上收缩
B.弹簧被拉长
C.弹簧上下振动
D.弹簧仍静止不动
S
C
如图所示，导线abc为垂直折线,其中电流为I,ab=bc=L,导线拓在的平面与匀强磁场垂直,匀强磁场的磁感应强度为B,求导线abc所受安培力的大小和方向.
a
b
c
如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中,所受的安培力大小变化是( )
B
A.逐渐变大
B.先变大后变小
C.逐渐变小
D.先变小后变大
I
B
如图所示，MN是一条水平放置的固定长直导线,导线中通有大小不一为I1,方向如图所示的电流.P是一个通有电流I2的,与MN共面的金属圆环,圆环P在磁场作用下将( )
M
I1
P
A.沿纸面向上运动
B.沿纸面向下运动
C.上半部垂直纸面向外,
下半部垂直纸面向里转动
D.上半部垂直纸面向里,
下半部垂直纸面向外转动
I2
N
B
如图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，些时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以( )
A.适当减小磁感应强度
B.使磁场反向
C.适当增大电流
D.使电流反向
M
N
a
b
C
如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L、质量为m的通电直导线，电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止在斜面上，外加磁场，磁感应强度的大小和方向可以是( )
A.B=mgsinθ/IL，方向垂直斜面向下
B.B=mgtan/IL，方向竖直向下
C.B=mg/IL，方向水平向左
D.B=mgcosθ/IL，方向水平向左
θ
I
BC
如图所示导线abcd置于坚直向上的匀强磁场中,可绕OO`轴转动,导线通电后向纸外偏离竖直方向α角而平衡,如果改用密度为原来1/2的导线,要使该导线在原来位置平衡,下列方法可采用的是( )
A.将磁感强度改为原来的1/2
B.将bc边的长度改为原来的1/2
C.将电流强度减为原来的1/2
D.将ab和cd两边的长度减为原来的1/2
O
O`
a
b
c
d
α
α
B
ACD