1.1 安培力 课件（45张PPT）

(共45张PPT)
第一章 磁场
粤教版 选择性必修一
第一节 安培力
温故知新
同向电流相互吸引，反向电流相互排斥
通电导线在磁场中受到的力F∝I，F∝L

力的方向？
力的大小？
安培力：通电导线在磁场中受到的力
一、认识安培力
安培力
通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。
麦克斯韦把安培誉为“电学中的牛顿”。
安培
1775 ─ 1836
这个力的方向跟哪些因素有关呢？
这个力的大小又跟哪些因素有关呢？
二、安培力的方向
安培力方向
互换磁极南北极
互换电源正负极
磁场方向
电流方向
（保持B⊥I）
观察金属棒的运动方向
探究安培力的方向-实验设计
猜想：安培力的方向与哪些因素有关？
研究方法：控制变量法
用两根细铜丝把一根金属棒悬挂起来，放入蹄形磁铁形成的磁场中。
垂直于纸面向里的磁场
垂直于纸面向外的磁场
垂直于纸面向里的电流
垂直于纸面向外的电流
竖直向下的磁场
竖直向上的磁场
磁场和通电导线的平面图画法
二、安培力的方向
探究实验：安培力的方向
实验记录：
B方向 ↓ ↑
I方向
金属棒 运动方向
N
S
N
S
N
S
N
S
立体图转平面图
B
I
I
B
F
改变磁场方向
F
改变电流方向
F
再次改变磁场方向
F
二、安培力的方向
探究实验：安培力的方向
实验记录：
实验分析：
通电导线在磁场中所受安培力方向与电流和磁场方向都有关。
B方向 ↓ ↑
I方向
金属棒 运动方向
N
S
N
S
F
F
N
S
F
N
S
F
二、安培力的方向
总结规律-安培力的方向
伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内;
磁感线垂直穿入掌心
四指指向电流的方向
拇指所指的就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
左手定则
F⊥B、F⊥I
B
I
F
左手定则
二、安培力的方向
N
S
N
S
N
S
F
F
F
N
S
F
左手定则
四指
磁感线
大拇指
电流
穿手心
安培力
B
B
B
B
电流与磁场方向垂直
二、安培力的方向
电流与磁场方向不垂直
B∥
B⊥
F(垂直纸面向外)
法一：分解磁感应强度B
法二：分解电流 I
I∥
I⊥
F(垂直纸面向外)
二、安培力的方向
电流与磁场方向不垂直
B∥
B⊥
F(垂直纸面向外)
法一：分解磁感应强度B
法二：分解电流 I
I∥
I⊥
F(垂直纸面向外)
不管电流方向与磁场方向是否垂直，安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，即总有F⊥I和F⊥B。
判断安培力方向常见的两类问题
立体图转平面图，物理学规定“叉进点出”，具体：
垂直于纸面向里的磁场
垂直于纸面向外的磁场
垂直于纸面向里的电流
垂直于纸面向外的电流
立体图
平面图
课堂练习
答案：
课堂练习
答案：
安培定则 左手定则
用途 判断电流产生的 磁场方向 判断电流在磁场中的
受力方向
因果关系 电流是因 磁场是果 电流和磁场都是因
安培力是果
安培定则与左手定则对比理解
2．安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别
区别 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则
用途 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向
适用对象 直线电流 环形电流或 通电螺线管 电流在磁场中
应用方法 拇指指向电流 的方向 四指弯曲的方向 表示电流的环绕方向 磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向
结果 四指弯曲的方向 表示磁感线的方向 拇指指向轴线上 磁感线的方向 拇指指向电流受到的安培力的方向
2．安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别
区别 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则
用途 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向
适用对象 直线电流 环形电流或 通电螺线管 电流在磁场中
应用方法 拇指指向电流 的方向 四指弯曲的方向 表示电流的环绕方向 磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向
结果 四指弯曲的方向 表示磁感线的方向 拇指指向轴线上 磁感线的方向 拇指指向电流受到的安培力的方向
画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。
课堂练习
答案：
应用规律-安培力的方向


F1


F2
F2

F1
b导线
a导线
a导线
b导线
a导线
b导线
同向电流相互吸引


F1


F2
F2

F1
b导线
a导线
a导线
b导线
a导线
b导线
应用规律-安培力的方向
反向电流相互排斥
思考：如图所示，通电直导线AB固定，CD可以自由移动，请你判断通电后CD的运动情况
两相交直导线间的相互作用：有转到同向的趋势。
A
B
D
C
×
×
×
×
×
·
·
·
·
·
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
F
F
1．直线电流与直线电流间的作用：
（1）平行同向直线电流间作用是
相互吸引，如图甲所示。
（2）平行反向直线电流间作用是
相互排斥，如图乙所示。
（3）相互交叉直线电流间作用是
转动成为同向电流同时相互吸引，
如图所示。
【典型案例梳理】
2．直线电流与环形电流间的作用
（1）直线电流与环形电流共面时，
看较近的两平行电流同向相互
吸引，反向相互排斥。如图所示。
【典型案例梳理】
（2）直线电流垂直环形电流平面时
①若直线电流通过环形电流的圆心时，
它们之间相互不受力，如图所示。
②若直线电流不通过环形电流的圆心时，
环形电流将以过直线电流的环形电流的
直径为转轴转动，如图所示。
【典型案例梳理】
3．环形电流与环形电流间的作用
（1）平行同向环形电流间作用是
相互吸引，如图所示。
（2）平行反向环形电流间作用是
相互排斥，如图所示。
（3）相互交叉环形电流间作用是
转动成为同向电流同时相互吸引，
如图所示。
【典型案例梳理】
分析导体在磁场中运动的常用方法
电流 元法 把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线的运动方向
等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断
【考点突破——安培力作用下导体的运动问题】
【典例】一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合。当两线圈通以如图所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将(　　)
A．不动
B．顺时针转动
C．逆时针转动
D．向纸面内平动
B
特殊位 置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向
结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势
转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向
分析导体在磁场中运动的常用方法
【典例】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的电流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
A　[方法一：电流元法
把直线电流等效为AO、OB两段电流，由左手定则可以判断出AO段受力方向垂直纸面向外，OB段受力方向垂直纸面向内，因此，从上向下看AB将以中心O为轴顺时针转动；
方法二：特殊位置法
用导线转过90°的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力的方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动。故选A。]
判断导体在磁场中运动情况的常规思路
不管是电流还是磁体，对通电导体的作用都是通过磁场来实现的，因此，此类问题可按下面步骤进行分析：
(1)确定导体所在位置的磁场分布情况。
(2)结合左手定则判断导体所受安培力的方向。
(3)由导体的受力情况判定导体的运动状态和方向。
三、安培力的大小
（1）在匀强磁场B 中垂直于磁场放置长为L、电流为 I 的通电直导线，则导线所受安培力F为：
（2）通电直导线(电流I)与磁场B平行时：
B
L
I
B
I
三、安培力的大小
F(垂直纸面向外)
法一：分解磁感应强度B
法二：分解电流 I / 投影导线
F(垂直纸面向外)
（3）当导线（电流I）与磁场B方向成θ角时:
B∥
B⊥
B
I∥
I⊥
I
(θ为B与I的正向夹角)
三、安培力的大小
对安培力公式F＝BIL sin θ的理解
1. B 垂直于 I ，匀强磁场，直导线
2. 不垂直变垂直(分解 B，或投影 L )
θ是B和I正向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析。
3. L 是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度，即弯曲导线可视为起点到终点的一条通电直导线。
三、安培力的大小
对安培力公式F＝BIL sin θ的理解
L
L
L
L
任一闭合通电导线——L=0，F=0
【典例】如图所示，用两根轻细金属丝将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内，当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态。为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的磁感应强度最小值、方向为(　　)
A．tan θ，竖直向上
B．tan θ，竖直向下
C．sin θ，平行于悬线向下　
D．sin θ，平行于悬线向上
D
D　[要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值。由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为Fmin＝mgsin θ，即BminIL＝mg sin θ，得Bmin＝sin θ，方向应平行于悬线向上。故选D。]
如图所示，水平放置的两导轨P、Q间的距离L＝0.5 m，垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B＝2 T，垂直于导轨放置的ab棒的质量m＝1 kg，系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重量G＝3 N的物块相连。已知ab棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.2，电源的电动势E＝10 V、内阻r＝0.1 Ω，导轨的电
阻及ab棒的电阻均不计。要想ab棒处于静止状态，
R应在哪个范围内取值？(g取)
课堂练习
[解析]　依据物体的平衡条件可得，ab棒恰不向右滑动时：
G－μmg－BI1L＝0，
ab棒恰不向左滑动时：G＋μmg－BI2L＝0，
依据闭合电路欧姆定律可得I1＝，I2＝，
由以上各式代入数据可解得R1＝9.9 Ω，R2＝1.9 Ω，
所以R的取值范围为1.9 Ω≤R≤9.9 Ω。
[答案]　1.9 Ω≤R≤9.9 Ω