(共38张PPT)
1.1 磁场对通电导线的作用力
通电导线在磁场中受的力称为安培力(Ampère force)
安培力的方向
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个平面内;让磁感线从掌心垂直进入,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
左手定则----判断安培力的方向
P6练习与应用1.图 1.1-9 的磁场中有一条通电导线,其方向与磁场方向垂直。图 1.1-9 甲、乙、丙分别标明了电流、磁感应强度和安培力三个量中的两个量的方向,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。)
安培力的大小
垂直于磁场B的方向放置的长为的一段导线,当通过的电流为时,它所受的安培力
当磁感应强度 B 的方向与通电导线的方向平行时,导线受力为 0
应用:磁电式电流表
图1.1-6展示了我们实验中常用的磁电式电流表的结构,它所依据的物理学原理就是通电线圈因受安培力而转动。
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。
磁电式电流表的优点是灵敏度高,可以测出很弱的电流;缺点是线圈的导线很细,允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。如果要用它测量较大的电流,就要根据在必修第三册中学到的方法扩大其量程。
(2024.1浙江选考)4.磁电式电表原理示意图如图所示,两磁极装有极靴,极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向,两者之间有可转动的线圈。a、b、c 和 d 为磁场中的四个点。下列说法正确的是( )
A.图示左侧通电导线受到安培力向下
B.a、b 两点的磁感应强度相同
C.圆柱内的磁感应强度处处为零
D.c、d 两点的磁感应强度大小相等
P6练习与应用2. 将图中立体图转化成平面图,并画出通电导体棒ab所受的安培力的方向。
【拓展提升1】将图中立体图转化成平面图,并画出通电导体棒ab所受的安培力的方向。已知磁感应强度为 B,导轨宽度为 l,质量为 m 的导体棒 ab 中通有电流 I,求导体棒 ab 静止时所受的摩擦力大小。
【拓展提升2】如图所示,在倾角为37o的斜面上,放置两条宽L=0.5m的平行导轨,将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上,在导轨上横放一根质量为m=0.2kg的金属棒ab,ab与导轨之间的动摩擦因素μ=0.60,电源电动势E=12V,内阻r=1Ω,磁场方向垂直轨道所在平面,B=0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止,滑动变阻器的使用电阻R应满足什么关系?(g取10m/s2,其它电阻不计)
B
G
FN
F
F
【拓展提升3】
【典型例题】在倾角为 θ 的光滑绝缘斜面上,放置一根通有电流为I、长为 L、质量为m的导体棒。
⑴欲使棒静止在斜面上,加一竖直向上的磁场,磁感应强度B的大小为多少?
(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力,外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向。
(3)欲使棒静止在斜面上,外加匀强磁场磁感应强度的最小值和方向如何?
4.如图 1-3 所示,长为 2l 的直导线折成边长相等、夹角为 60° 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。当在导线中通以电流 I 时,该 V 形通电导线受到的安培力为多大?
1.安培力的方向
安培力既垂直于B,也垂直于I,即垂直于B与I决定的平面.
2.安培力公式F=BIl的应用条件
(1)l与B垂直.
(2)l是指有效长度.
弯曲通电导线的有效长度l等于连接导线
两端点的直线的长度,相应的电流方向
沿两端点连线由始端流向末端,如图所示.
提升关键能力
方法技巧
【随堂演练1】如图所示,水平导轨接有电源,导轨上固定有三根导体棒a、b、c, c为直径与b等长的半圆,长度关系为c最长,b最短。将装置置于竖直向下的匀强磁场中,在接通电源后,三根导体棒中有等大的电流通过,则三根导体棒a、b、c受到的安培力大小Fa、Fb、Fc关系为
【随堂演练2】如图所示,纸面内的金属圆环中通有电流I,圆环圆心为O、半径为R, P、Q为圆环上两点,且OP垂直于OQ,磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于纸面向里,则:
(1)整个圆环受到的安培力?
(2)大圆弧PQ受到的安培力?
4.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?
做一做:
P21复习与提高A组3. 如图1-2所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面。当线圈内通以图示方向的电流后,线圈的运动情况怎样?请用以下两种方法分析:
(1)把线圈截成许多小段,每小段视为通电直导线,分析磁场对各小段导线的作用力。
(2) 把整个线圈等效成一个小磁针。
如图所示,在条形永久磁铁右边有一闭合金属圆环,当圆环通过如图中所示的电流时,受到永磁铁的磁场力方向是( )
A.向左
B.向右
C.从上往下看顺时针转动
D.从上往下看逆时针转动
P21复习与提高A组2.把一根通电的硬导线放在磁场中,导线所在区域的磁感线呈弧形,如图 1-1 所示。导线可以在空中自由移动和转动,导线中的电流方向由 a 向 b。
(1)描述导线的运动情况。
(2)虚线框内有产生以上弧形磁感线的磁场源,它可能是条形磁体、蹄形磁体、通电螺线管、直线电流。请你分别按每种可能考虑,大致画出它们的安放位置。
【随堂挑战】如图所示,条形磁铁放在桌面上,一根通电导线由S极的上端平到N极的上端的的过程中,导线保持与磁铁垂直,导线中的电流方向向里,磁铁保持静止。则此过程中,讨论磁铁受到桌面
(1)支持力与磁铁重力mg的大小关系?
(2)摩擦力方向的变化情况?
12.如图所示,铜棒ab长0.1 m,质量为0.06 kg,两端与长为0.15m的轻铜线相连,静止于竖直平面上,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B=0.5 T,现接通电源,使铜棒中保持有恒定电流通过,铜棒发生摆动。已知最大偏转角为37°,则在摆到最大偏角的过程中恒定电流的大小为多少?
3.湖北武当山金殿,以前在雷雨交加时,金殿的屋顶常会出现盆大的火球,来回滚动。雨过天晴时,大殿金光灿灿,像被重新炼洗过一般,这就是人们所说的“雷火炼殿”奇观。近些年为了保护古建筑,在金殿顶部安装了避雷针,此后,“雷火炼殿”的奇观消失了。假设某次雷雨时,有一团带大量负电荷的乌云经过其正上方时,发生放电现象。下列说法正确的是( C )
A.通过避雷针的电流,方向是从云到殿
B.通过避雷针的电流,不受安培力
C.通过避雷针的电流,所受安培力方向偏西
D.通过避雷针的电流,所受安培力方向竖直向下
6.如图所示,位于纸面内的细直导线长L=5 m,通有I=3 A的恒定电流,平行于纸面有一水平向右的匀强磁场,磁感应强度B=2 T。当导线与B成60°夹角时,发现其受到的安培力为零,则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B′的可能值为( C )
A.T B.T C.T D. T
P22复习与提高B组:1. 如图1-5所示,金属杆ab的质量为m,长为l,通过的电流为I,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面为θ角斜向上,结果ab静止于水平导轨上。求:
(1)金属杆ab受到的摩擦力;
(2)金属杆对导轨的压力。
P22复习与提高B组: 2. 如图1-6所示,宽为l的光滑导轨与水平面成α角,质量为m、长为l的金属杆水平放置在导轨上。空间存在着匀强磁场,当回路总电流为I1 时,金属杆恰好能静止。求:
(1)磁感应强度B至少有多大?此时方向如何?
(2)若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应把回路总电流I2 调到多大才能使金属杆保持静止?
方向:沿斜面向上
3.如图 1.1-11 所示为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈,匝数为 n,线圈的水平边长为 l,处于匀强磁场内,磁感应强度 B 的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流 I 时,调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向,大小不变。这时需要在左盘中增加质量为 m 的砝码,才能使两臂再达到新的平衡。
(1)导出用 n、m、l、I 表示磁感应强度 B的表达式。
(2)当 n = 9,l = 10.0 cm,I = 0.10 A,m = 8.78 g 时,磁感应强度是多少?
A
如图所示,把一根柔软的弹簧悬挂起来,使它的下端刚好和槽中的水银接触,按图示连接电路,通电后,会看到弹簧上下跳动,关于这个现象,下列说法正确的是( )
A. 弹簧上下跳动的原因是通电后弹簧受到电场力
B. 将滑动变阻器的滑片向左移动时,弹簧将跳动得更加明显
C. 将电源的正、负极对调一下,弹簧的跳动现象将消失
D. 若换一劲度系数更大的弹簧,则弹簧将跳动得更加明显
B
2.如图所示,在玻璃皿的中心有一个柱形电极,沿边缘内壁放一个圆形电极,将两电极接在电池的两极上,然后在玻璃皿中加入盐水,把玻璃皿放在蹄形磁铁的磁场中,N极在下,S极在上,下列说法正确的是
A.盐水将顺时针旋转(自上往下看)
B.盐水将逆时针旋转(自上往下看)
C.通电盐水受到的力叫静电力
D.判断通电盐水在磁场中的受力方向应用右手定则
√
7. 如图1-4所示,质量为m、长为l的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′,并处于匀强磁场中。当导线中通以沿x轴正方向的电流I,且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角为θ。有以下三种磁感应强度方向:
(1)沿z轴正方向;(2)沿y轴正方向;(3)沿悬线向上。
请判断哪些是可能的,可能时其磁感应强度大小是多少?如果不可能,请说明原因。
如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,金属棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 θ,如果仅改变下列某一条件,θ 角的相应变化情况是( )
A. 金属棒质量变大,θ 角变大
B. 两悬线等长变短,θ 角变小
C. 金属棒中的电流变大,θ 角变大
D. 磁感应强度变大,θ 角变大
CD
如图所示,两平行光滑导轨相距0.2m,与水平面夹角为450,金属棒MN的质量为0.1kg,处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中,电源电动势为6V,内阻为1Ω,为使MN处于静止状态,则电阻R应为多少?(其他电阻不计)
【答案】R=0.2Ω
【例题】
如图所示,两平行金属导轨间的距离L,金属导轨所在的平面与水平面夹角为 ,垂直于导轨所在平面的匀强磁场的磁感应强度为B,金属导轨的一端接有电动势为E、内阻为r的直流电源.现把一个质量为m的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒静止且有沿导轨向上运动的趋势.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻为R0,金属导轨电阻不计.现让磁场从图示方向顺时针缓慢转为竖直向上的方向,该过程中金属棒受的( )
A. 合力增大 B. 安培力大小不变
C. 弹力增大 D. 摩擦力增大
BC