6.1 探究磁场对电流的作用 课件 (1)

课件42张PPT。第6章　 磁场对电流和运动电荷的作用第6章　 磁场对电流和运动电荷的作用第1节　探究磁场对电流的作用目标导航
1.通过实验探究磁场对电流的作用力，体会控制变量法在科学研究中的应用．
2．知道安培力，会计算安培力的大小．(重点)
3．会用左手定则判断安培力的方向．(重点)
4．了解电动机和电流计的构造和工作原理.(难点)一、科学探究——安培力
1．安培力：物理学将磁场对____的作用力称为安培力．
2．影响安培力的因素
(1)实验探究采用的方法：__________法．电流控制变量(2)当通电导线与磁感线垂直时，实验结论是：
①当其他因素不变，磁感应强度增大时，安培力______；
②当其他因素不变,电流增大时，安培力____；
③当其他因素不变，导体长度增大时，安培力_____；
④安培力的方向由_______________和________共同决定．增大增大增大磁感应强度方向电流方向3．安培力的大小和方向
(1)大小：F＝_____.
(2)公式的适用条件
①通电导线与磁场方向______．
②__________或非匀强磁场中很短的导体．IlB垂直匀强磁场4.方向判断
_________．如图所示，伸开左手，让拇指与其余四指____，并与手掌在
同一平面内，让磁感线垂直
穿过____，四指指向____方
向，那么，拇指所指方向即
为通电直导线在磁场中的__________．左手定则垂直手心电流受力方向想一想
1．电流方向、磁感应强度方向、安培力方向三者是否共面？
提示：不共面．安培力既垂直于磁感应强度，又垂直于电流，即安培力垂直于磁感应强度与电流确定的平面．二、安培力就在你身边
1．应用：电流表、_________等都是安培力的应用．
2．电流计工作原理
(1)构造(如图)：圆柱形铁芯
固定于____________间，铁
芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝．电动机蹄形磁铁两极(2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受________作用而转动，线圈的转动使游丝扭转形变，产生阻碍线圈转动的反向力．当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针停留在某一刻度．____越大，_______就越大，_________就越大．安培力电流安培力指针偏角想一想
2．如何利用电流计确定电流的流向？
提示：根据指针的偏转方向，也就是根据线圈受安培力的方向．利用左手定则可确定电流的方向．要点一　安培力大小的计算
?学案导引
1．磁场的磁感应强度越大，通电导线受的安培力就越大吗？
2．有同学认为，公式F＝IlB中的l就是导体的长度，对吗？1．公式F＝IlB中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大，F＝IlB；当B与I平行时，F＝0.
2．弯曲导线的有效长度l，等于连接两端点直线的长度(如图)；相应的电流沿l由始端流向末端．3．若磁场和电流成θ角时，如图所示．可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥对电流是没有作用的．F＝IlB⊥＝IlBsinθ，即F＝ILBsinθ.特别提醒：(1)公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夹角，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．
(2)公式F＝IBlsinθ中的lsinθ也可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”．
(3)用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中． 如图所示，长为L的导线AB放在相互平行的金属导轨上，导轨宽度为d，通过的电流为I，垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为B，则AB所受的磁场力的大小为(　　)
A．BIL　　　
B．BIdcosθ
C．BId/sinθ
D．BIdsinθ【思路点拨】　求解本题应注意以下两点：
(1)公式F＝ILB中的L为导线的有效长度．
(2)公式F＝ILB适用于匀强磁场中导线与磁感线垂直的情况．【答案】　C
【误区警示】　解答本题时易误认为F＝BId或F＝BIL，这是对公式的适用条件及公式中各字母的含义不清楚所致．变式训练
1．(2012·东台高二质检)如图，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．0.5BIl
C．BIl D．2BIl解析：选C.导线有效长度为2lsin30°＝l，根据安培力公式，该V形通电导线受到的安培力大小为F＝BIl.故选C.要点二　安培力方向的判断
?学案导引
1．安培力的方向与磁感应强度的方向相同吗？
2．安培力一定和导线垂直，导线一定和磁感线垂直吗？1．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，在判断安培力方向时首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．
2．已知I、B的方向，可惟一确定F的方向；已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定I的方向；已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定．3．由于B、I、F的方向关系在三维立体空间中，所以解决该类问题时，应具有较好的空间想像力．如果是在立体图中，还要善于把立体图转换成平面图．
4．判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向的几种方法(1)电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每小段就是一个电流元．先用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力方向,再判断整段电流所受安培力的方向,从而确定导线的运动方向．
(2)特殊位置分析法：根据通电导线在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置．(3)等效分析法：环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等效为条形磁铁，其南、北极由安培定则判定．
(4)结论法：
两平行通电直导线，无转动趋势，且同向电流互相吸引，反向电流互相排斥．
两不平行通电直导线，有转动到平行且方向相同的趋势．(5)转换研究对象法：定性分析磁体在电流磁场作用下的运动，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，再由牛顿第三定律，确定磁体受电流磁场的反作用力，进而确定磁体所受的合力及运动方向． 如图所示，把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向电流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【精讲精析】　如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分，中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力．左端一段所在处的磁场方向斜向上，根据左手则其受力方向向外．右端一
段所在处的磁场方向斜
向下，受力方向向里．当转过一定角度时，中间一段电流不再与磁场方向平行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看导线将边逆时针方向转动边向下运动，C选项正确．
【答案】　C【规律总结】　分析通电导线在安培力作用下的运动情况，一般步骤是：①画出导线所在处磁感线方向和分布情况．
②用左手定则确定各段通电导线所受的安培力．
③据所受安培力确定运动情况．变式训练
2．如图所示，现有两条相互平行的直导线,通有相同方向的电流时，判断导线a、b所受安培力的方向．解析：如图所示，电流a处在电流b的磁场中，由安培定则,电流b在电流a处的磁场方向向外,如图甲所示，由左手定则，电流a所受的安培力向右；电流b处在电流a产生的磁场中，电流a在电流b处的磁场方向向里，如图乙所示，由左手定则，电流b所受的
安培力向左．即a、b两
条导线相互吸引．
答案：a受力向右，b受力向左安培力作用下的平衡问题
[经典案例]　(10分)质量为m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示．现调节滑动变阻器的触头，求为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？(g取10 m/s2)
【思路点拨】　审题时特别注意以下两点：
(1)静摩擦力的方向有两种可能．
(2)临界状态对应的是最大静摩擦力．【解题样板】　如图甲、乙所示是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图，根据甲图列式如下：
F1－mgsinθ－f1＝0，
N－mgcosθ＝0，f1＝μN，
F1＝BImaxd，(2分)
解上述方程得：Imax＝0.46 A．(2分)根据乙图列式如下：
F2＋f2－mgsinθ＝0，N－mgcosθ＝0，(2分)
f2＝μN，F2＝BImind.
解上述方程得：Imin＝0.14 A．(2分)
因此电流范围是0.14 A≤I≤0.46 A．(2分)
【答案】　0.14 A≤I≤0.46 A【方法总结】　解答此类问题应做到：
(1)必须先将立体图转化为平面图，然后对物体进行受力分析，要注意安培力方向的确定,最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程．
(2)注意最大静摩擦力可能有不同的方向，因而求解结果是一个范围.电磁炮
早在20世纪初，有人提出了用磁场对电流的作用力发射炮弹的想法．一些国家相继进行试验和试制，但收效甚微．主要原因是发射速度太小或者能发射的炮弹太轻(只有几克)，因此远远不能与常规大炮相比．美国西屋电气公司从20世纪50年代开始研究电磁炮，经过不断努力，终于在1980年造出一门实验型电磁炮．这门电磁炮炮身长10 m、重约3 t．有两根长长的、互相平行的铜制轨道作为发射架，发射架放在磁场中，两轨道之间放有炮弹．当接通电源时，几十万安培的电流从一条轨道经炮弹流向另一条轨道，通电炮弹在磁场中受到巨大的作用力，从而使质量为300 g的炮弹以4000 m/s的速度发射出去．其工作原理如图所示，目前，日本研制的电磁炮发射速度已达到7000 m/s，不过仍处
于试验研究阶段，还不
能在战场上使用．电磁炮具有初速度大、射程远、命中率高等优点．它既可以发射炮弹击毁远距离目标，也可以向宇宙空间发射卫星和飞船．有的科学家认为，在未来的航空航天事业中，电磁力发射将代替传统的喷气发射．