人教版选择性必修第二册1.1 磁场对通电导线的作用力 课件(55张PPT)

文档属性

名称 人教版选择性必修第二册1.1 磁场对通电导线的作用力 课件(55张PPT)
格式 pptx
文件大小 29.9MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-11-12 09:25:53

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文档简介

(共55张PPT)
1. 1磁场对通电导线的作用力
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.通过实验探究安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向之间的关系。 2.掌握安培力的表达式F=IlBsin θ,并会进行有关计算。 3.了解磁电式电流表的结构及其工作原理。 1.科学思维
掌握安培力作用下导体运动问题的分析方法,运用矢量合成思维对磁感应强度和安培力进行合成。
2.科学探究
通过实验探究得到安培力的方向与哪些因素有关。
3.关键能力
科学探究能力和空间思维能力。
在右图中,当导体棒中有电流流过时,导体棒就会因受力而发生运动。这个力的方向该如何判断?它的大小除了与磁感应强度有关外,还与哪些因素有关?
电磁炮的工作原理是什么?
国家兴亡,我的责任!
电磁炮
安培力
电场
电荷
磁场
通电导线
安培力
电场力
安培
1775 ─ 1836
安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献,为了纪念他,人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力(Ampère force),把电流的单位定为安培。
麦克斯韦把安培誉为“电学中的牛顿”
这个力的方向如何判断,
这个力的大小又跟哪些因素有关呢?
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
动画模拟
现象记录
一、安培力的方向
F
实验探究
动画模拟
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
现象记录
一、安培力的方向
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
实验探究
动画模拟
现象记录
一、安培力的方向
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
向下
垂直于纸面向里
水平
向左
F
I
B
F

S
B
F
N
一、安培力的方向
①改变磁场方向
②改变电流方向
I
B
F
I
B
F
I
B
F
你能用简洁的方法表达F、B、I方向的关系?
一、安培力的方向
I
B
F
安培力的方向与导线、磁感应强度方向都垂直。也就是说,安培力的方向总是垂直于导线和磁感应强度方向所在的平面。
如何判断安培力的方向呢
I
B
F
一、安培力的方向

S
B
F
利用左手定则判断安培力方向
①伸出左手,使大拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面
②使磁感线垂直穿过手掌,四指指向电流方向
③大拇指所指的方向就是直线电流所受安培力的方向
N
一、安培力的方向




大拇指——所受安培力的方向
磁感线——垂直穿入手心
四指——指向电流的方向
伸开左手:
安培力方向的判断步骤:
安培力的方向
左手定则
电磁轨道炮
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
练习:一根容易形变的弹性导线,两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态:当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是( )
D
通电直导线中的电流
环形电流或通电螺线管
判断电流在磁场中的受力方向
电流在磁场中
左手定则
作用
具体情况
具体操作
结果


四个手指弯曲的方向指向电流的环绕方向
大拇指指向轴线上的磁感线方向
四个手指弯曲的方向表示磁场的方向
大拇指指向电流的方向
磁感线垂直穿过掌心,四指指向电流的方向
大拇指指向电流所受到的安培力的方向
判断电流的磁场方向
安培定则
左手定则和安培定则
①在适用对象上:
一、安培力的方向
左手定则和安培定则
②在电流与磁场的关系上:
安培定则中的“磁场”与“电流”密不可分,同时存在、同时消失,“磁场”就是电流的磁效应产生的磁场;
左手定则中的“磁场”与“电流”可以单独存在,“磁场”是外加的磁场,不是通电导线产生的磁场。
一、安培力的方向
左手定则和安培定则
③在因果关系上:
安培定则中的“电流”是“因”,磁场为“果”,正是有了电流(直流电流、环形电流、螺线管电流)才出现了由该电流产生的磁场;
左手定则中的“磁场”和“电流”都是“因”,磁场对通电导线的作用力是“果”,有因才有果,而此时的两个“因”对产生磁场的作用力来说缺一不可。
一、安培力的方向
左手定则和安培定则
④判断电流方向选取定则的原则:
当已知磁感线的方向,要判断产生该磁场的电流方向时,选用安培定则判断电流的方向;
当已知导体所受安培力的方向时,用左手定则判断电流的方向。
一、安培力的方向
分析同向、反向电流之间的相互作用情况。
实验现象
理论分析
F
a
b
判定电流b的受力方向:
①电流b处于电流a的磁场中;
②根据安培定则,作出电流a周围的磁场分布示意图;
③根据左手定则,确定电流b的受力方向。
结论:
同向电流相互 ,
反向电流相互 。
吸引
排斥
A
B
A的磁场对B发生作用
F安A对B
F安B对A
A
B
B的磁场对A发生作用
A对B的作用力
B对A的作用力
分析
同向电流
F
F
反向电流
9.〖2017.4〗(安培力)如图所示,两平行直导线cd和ef竖直放置,通以方向相反、大小相等的电流,a、b两点位于两导线所在的平面内,则(  )
A.b点的磁感应强度为零
B.ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里
C.cd导线受到的安培力方向向右
D.同时改变两导线的电流方向,cd导线受到的安培力方向不变
9.D [解析] 根据右手螺旋定则可知,b处的两个分磁场方向均为垂直纸面向外,选项A错误;ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外,选项B错误;根据左手定则可判断,方向相反的两个电流互相排斥,选项C错误,选项D正确
浙江高考真题练
D
浙江高考真题练
〖2020.1学考〗16.如图所示,两条平行直导线A和B中通入方向相反的电流,AB所受安培力分别记为FA、FB,则( )
A.B在A处产生的磁场方向垂直纸面向外
B.A在B处产生的磁场方向垂直纸面向外
C.FA的方向向左
D.FB的方向向左
第14题图
第15题图
第16题图
C
练习. 在地球赤道附近某建筑上有一竖立的避雷针,当一团带正电的乌云经过其正上方时,避雷针发生放电,此过程地磁场对避雷针的作用力方向是 (  )
A. 向东 B. 向南
C. 向西 D. 向北
解析:电子沿避雷针向上运动,避雷针中电流向下,在赤道上的磁场由南向北,应用左手定则可知避雷针受到的安培力向东,选项A正确.
A
练习 、如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根直导线MN,导线与磁场垂直,给导线通以由N向M的电流,则( )
A. 磁铁对桌面压力减小,不受桌面的摩擦力作用
B. 磁铁对桌面的压力减小,受桌面的摩擦力作用
C. 磁铁对桌面的压力增大,受桌面的摩擦力作用
D. 磁铁对桌面的压力增大,不受桌面摩擦力作用
两条直导线相互垂直,如图所示,但相隔一个小距离,其中一条AB是固定的,另一条CD能自由转动,当直流电流按图示方向通入两条导线时,CD导线将( )
A、顺时针方向转动,同时靠近导线AB
B、顺时针方向转动,同时离开导线AB
C、逆时针方向转动,同时离开导线AB
D、逆时针方向转动,同时靠近导线AB
A
B
C
D
I
I
D
结论:两通电导线有达到电流方向相同,并靠近的趋势
综合训练
练习:如图所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)(  )
A.顺时针方向转动,同时下降
B.顺时针方向转动,同时上升
C.逆时针方向转动,同时下降
D.逆时针方向转动,同时上升
A
同向相吸
合作与交流:
有人做了一个如图 1.1-12 所示的实验:把一根柔软的弹簧悬挂起来,使它的下端刚好跟槽中的水银接触,观察通电后的现象。请你分析一下,通电后有可能发生怎样的现象?
旋转的液体
原来静止的液体为什么旋转起来了呢?
左手定则;安培力
9.〖2016.4〗(左手定则;安培力)法拉第电动机原理如图所示.条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心,N极向上.一根金属杆斜插在水银中,杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连.电源负极与金属杆上端相连,与电源正极连接的导线插入水银中.从上往下看,金属杆(  )
A.向左摆动 B.向右摆动
C.顺时针转动 D.逆时针转动
【分析】闭合开关S,有电流通过金属杆,金属杆受到安培力作用,根据左手定则判断安培力方向,分析金属杆的运动情况.
【解答】解:闭合开关S,有向上的电流通过金属杆,金属杆处在磁铁的磁场中,受到安培力作用,根据左手定则得知,安培力方向与金属杆垂直向里,使金属杆以磁铁棒为轴逆时针转动.选项ABC错误,D正确.
故选:D.
浙江高考真题练
D
挑战练习
在玻璃皿中,沿内壁边缘放一个环形电极,中心放一个圆柱形电极,把它们分别接在电源的正、负两极,然后在玻璃皿中注入导电液体,再将整个玻璃皿如左图所示放入磁场中,磁铁的上部为S极,下部为N极.液体将会旋转起来,从上往下看,如右图所示,关于液体的旋转下列说法中正确的是
A.如果导电液是正离子导电,从上往下看液体顺时针旋转
B.如果导电液是负离子导电,从上往下看液体顺时针旋转
C.如果是液体中有等量的正负离子,从上往下看液体不旋转
D.如果是液体中有等量的正负离子,从.上往下看液体逆时针旋转
10.〖2016.10〗(安培力的判断方法)如图所示,把一根通电的硬直导线ab,用轻绳悬挂在通电螺线管正上方,直导线中的电流方向由a向b。闭合开关s瞬间,导线a端所受安培力的方向是( )
A.向上 B.向下
C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里
【解题思路】根据右手定则可知,开关闭合后,螺线管产生的磁极N极在右侧。根据左手定则可知,a端受力垂直纸面向里,选项D正确。
浙江高考真题练
D
F=ILB
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,所受的安培力F为:
②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时:
F=0
①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时:
F=ILB
思考:如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢?
二、安培力的大小
I
B
B//
B⊥
θ
F=ILB⊥=ILBsinθ
其中平行方向的B//不产生安培力,导线所受的安培力只是垂直方向的B⊥产生,由此又得:
θ=0时
平行:F=0
θ=90时
垂直:F=BIL
把磁感应强度B分解为两个分量:
①一个分量与导线垂直 B⊥=Bsinθ
②另一分量与导线平行 B//=Bcosθ
I
B
F
F依然垂直于BI组成的平面
二、安培力的大小
〖2019.6学〗21.(6分)如图所示,金属细杆垂直放置于间距为L的水平平行金属导轨上,并处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。已知电源电动势为E、内阻为r,金属细杆连入电路的电阻值为R,其他电阻均不计。则闭合开关瞬间:
(1)细杆所受安培力水平向左还是水平向右?
(2)电路中电流I多大?
(3)细杆所受安培力F多大?
浙江高考真题练
【例题】质量为 m,长度为 L 的导体棒 MN 垂直导轨放置且静止于水平导轨上,通过 MN 的电流为 I,匀强磁场的磁感应强度为 B,垂直于电流方向且与导轨平面成 θ 角斜向下,如图所示,求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。
解析:画出平面图,由左手定则判断出安培力方向,对MN 受力分析,如图所示,
对导体棒 MN 由平衡条件得:水平方向:Ff = Fsin θ
竖直方向:FN =Fcos θ+mg
安培力 F = BIL,
所以 M所受的支持力 FN = BILcos θ+mg
所受摩擦力 Ff = BILsin θ
答案:BILcos θ+mg BILsin θ
F
F
公式F=ILB的理解
从起点到终点的长度
有效长度L:
弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度;相应的电流沿L由始端流向末端。
闭合L=0
二、安培力的大小
练习.如图长为2L的直导线折成边长相等,夹角为600的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B,当在该导线中通以电流强度为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为( )
A. 0 B. 0.5BL C. BIL D. 2BIL
C
练习. (多选)通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内,电流方向如图所示,ab边与NM平行。关于MN的磁场对线框的作用,下列叙述正确的是( )
A.线框有两条边所受的安培力方向相同
B. 线框有两条边所受的安培力大小相同
C. 线框所受安培力的合力向左
D. 线框所受安培力的合力向右
M
N
a
b
c
d
I1
I2
B C
练习.如图所示,长l=60cm、质量m=6.0×10-2 kg、粗细均匀的金属棒,两端用完全相同的绝缘弹簧挂起,放在磁感应强度B=0.4T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,若不计弹簧重力,g取10 m/s2.
(1)要使弹簧不伸长,金属棒中电流的大小和方向如何
(2)若在金属棒中通入自左向右、大小为I=0.2A的电流金属棒下降x1=1cm;若通入金属棒中的电流仍为0.2A,但方向相反,这时金属棒下降了多少
1.17 cm
当电流同向时,mg=BlI+2kx1
当电流反向时, mg=-BlI+2kx2
解得 x2=1.17 cm.
2.5A 向右
练习. 如图所示可测量磁感应强度。天平的右臂挂有一个矩形线圈,宽度l=20cm,匝数N=10,线圈下端悬在匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面.当线圈通有电流I=0.2A时(方向如图),调节砝码使天平平衡,此时m1>m2.当电流大小不变,方向反向时,右边再加上质量为m=10g的砝码后,天平重新平衡,g取10 m/s2.
求磁感应强度的大小和方向
答案:方向 垂直纸面向里 大小为 0.125 T
(注:mg=2NBLl )
如图所示,水平面内有相距为L=0.4m的两平行固定金属导轨,导轨左端接有电动势E=3V,内阻r=1Ω 的电源,金属棒ab跨接在金属导轨上,与两金属导轨垂直并接触良好,棒ab接入电路部分的电阻R=1Ω ,金属导轨电阻不计。整个装置处于磁感强度大小B=1T的匀强磁场中,磁场方向与棒ab垂直且与水平面成 角斜向右上方,棒ab始终静止于导轨上。下列说法正确的是(  )
A.棒ab所受的摩擦力方向水平向右
B.通过棒ab的电流为3A
C.棒ab所受的摩擦力大小为0.3N
D.棒ab所受的安培力大小为0.6N
AD
练习
如图甲所示,在水平地面上固定一对与水平面倾角为α 的光滑平行导电轨道,轨道间的距离为L,两轨道底端的连线与轨道垂直,顶端接有电源。将一根质量为m的直导体棒ab 放在两轨道上,且与两轨道垂直。已知通过导体棒的恒定电流大小为I,方向由a到b,图乙为图甲沿a到b 方向观察的平面图。若重力加速度为g,在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场,使导体棒在轨道上保持静止。
(1)请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图;
(2)求出磁场对导体棒的安培力的大小;
(3)如果改变导轨所在空间的磁场方向,试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值及其方向。
方向为垂直轨道平面斜向上
在实验室中,常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表,它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的
磁电式电流表
阅读磁电式电流表内容思考如下问题
1.线圈的转动是怎样产生的?
2.线圈为什么不能一直转动下去?
3.为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?
4.如何根据指针偏转方向来确定电路上电流的方向?
5.使用时要特别注意什么?
磁电式电流表
1、磁电式电流表的构造:
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
极靴
线圈
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)。
我们实验中常用的磁电式电流表
三、磁电式电流表
最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。
最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的(即沿直径方向分布),如图所示。
这样的构造使得线框在转动过程中,其平面始终与磁场平行,即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。
1、磁电式电流表的构造:
三、磁电式电流表
2、磁电式电流表的工作原理:
均匀的辐向分布的磁场,使线圈无论转到什么位置,它的平面都跟磁感线平行,表盘的刻度就是均匀的了”。
当安培力产生的力矩和弹簧的扭
转力矩相平衡时,线圈才停止转动。
线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针的偏转方向也随着改变。
三、磁电式电流表
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
7.〖2018.4〗(安培力)处于磁场B中的矩形金属线框可绕轴OO’ 转动,当线框中通以电流I时,如图所示,此时线框左右两边受安培力F的方向正确的是( )
浙江高考真题练
D
安培力的方向
判定方法:左手定则
特点:垂直于B和I确定的平面
安培力的大小
安培力的应用
——磁电式电流表
极靴
线圈
1、磁场中有一条通电导线,其方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感线和安培力三个量中的两个,试画出第三个量的方向。(本书用“.”表示磁感线垂直于纸面向外,“×”表示磁感线垂直于纸面向里, 表示电流垂直于纸面向外, 表示电流垂直于纸面向里。)
.
B

I
B
F
F
B
I
F
I
F
I
F
2、在垂直纸面向里的匀强磁场B中,有一个垂直磁感线的环形线圈,通有顺时针电流I,如图所示,则下列叙述中正确的是( )
A、环形线圈所受的磁力的合力为零
B、环形线圈所受的磁力的合力不为零
C、环形线圈有收缩的趋势
D、环形线圈有扩张的趋势
AD
B
a
c
b
I
3、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。