高中物理选修3-1课件：3.4通电导线在磁场中受到的力 （共50张PPT）
文档属性
| 名称 | 高中物理选修3-1课件：3.4通电导线在磁场中受到的力 （共50张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 5.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-10-09 22:20:19 | ||
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文档简介
课件50张PPT。2018/10/30【探究】 安培力的方向与哪些因素有关一.安培力的方向与磁场方向有关与电流方向有关演示实验【记录数据】↓⊙→↓?←→↑?一.安培力的方向左手定则：伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流的向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的向。 学科网 1、安培力方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，即安培力方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面。【结论】①伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直共面
②让磁感线从掌心进入
③使四指指向电流方向, 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。
2、左手定则 1、画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向解析:无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则．答案:如图所示课堂练习【例2】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。平面图－－侧视图b a3. 在赤道上空,水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线( )
A．受到竖直向上的安培力
B．受到竖直向下的安培力
C．受到由南向北的安培力
D．受到由西向东的安培力
[解析] 赤道上空的地磁场方向是由南向北的，
电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方向
图如图所示，由左手定则可判断出导线受到的安
培力的方向是竖直向上的，选项A正确．A【演示】平行通电直导线 之间的相互作用综合应用:用学过的知识分析【结论】
同向电流相互吸引.
反向电流相互排斥.2、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路,当开关接通后,将看到的现象是( )课堂练习A.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长
C.弹簧上下振动 D.弹簧静止不动解析:通电后，弹簧各相邻线圈中电流方向相同，线圈之间相互吸引,使得弹簧收缩，电路断开;电路断开后，因电流消失，线圈之间的相互作用消失,弹簧在弹力和自身重力作用下下落，于是电路又接通，弹簧又收缩，……如此周而复始，形成弹簧上、下振动，电路交替通断。C1.当电流与磁场方向垂直时:F = ILB (B⊥L)二.安培力的大小2.当电流与磁场方向夹θ角时:F = ILBsinθ
(θ为B与L的夹角)2.当电流与磁场方向夹θ角时:F = ILBsinθ
(θ为B与L的夹角)
二、安培力的大小：
（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。 即： F=ILB（2）平行时：F＝0（3）公式：F=ILBsinθθ表示磁场方向与电流方向间的夹角? 在中学阶段，F=I L B sinθ仅适用于匀强磁场;
在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线．
对公式F=BIL的理解★ B垂直于I,匀强磁场，直导线★ 不垂直变垂直(分解B，或投影L)★ 弯曲导线变成直导线
L是有效长度，不一定是导线实际长度若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。课堂练习3、如图所示，导线abc为垂直折线，其中电流为I，ab＝bc＝L.导线所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．
【解析】(1)弯曲通电导线的有效长度L等于连接曲线两端点直线的长度，相应的电流沿L的始端流向末端.
(2)任意闭合通电导线的有效长度为零，所受安培力为零．题后反思 ———————(自选例题，启迪思维)AAC[借题发挥] 对公式F＝ILBsin θ的正确理解是求解安培力大小的关键．对于等效长度的问题，既可分段求解，然后求合力，又可采用等效方法进行计算．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。.三、磁电式电流表［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电流表的特点1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；2、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；3、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。4、关于磁电式电流表，以下说法正确的是（??? ）
A.使通电线圈转动的动力矩是安培力的力矩
B.线圈和指针偏转的角度越大，说明安培力产生的力矩越大
C.线圈停止转动时，两个螺旋弹簧产生的阻力矩与安培力矩相平衡
D.根据指针偏转角度的大小，就可以知道被测电流的强弱解析:当线圈中通入电流时，磁铁的磁场就会对线圈中的电流产生安培力，安培力的力矩使线圈转动起来，线圈一转动，就带动弹簧扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动角度的增大而增大.当弹簧产生的阻力矩与安培力产生的动力矩平衡时，线圈停止转动，指针稳定在某一位置.电流越大，线圈受到的安培力越大，安培力的力矩越大，线圈转动的角度越大，故可以根据指针偏转角度的大小，知道被测电流的强弱，A、B、C、D都正确.课堂练习ABCD做一做 旋转的液体 在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极,沿边缘内壁放一个圆环形电极,把它们分别与电池的两极相连,然后在玻璃皿中放入导电液体,例如盐水.如果把玻璃皿放在磁场中,液体就会旋转起来.观察发生的现象,用学过的知识解释.液体旋转的方向与你事先的判断是否一致.解析：在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心；玻璃皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，从上往下看,导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转；液体旋转起来的原因是液体在磁场力作用下运动． 提示:在电源外部，电流由正极流向负极；由左手定则可以判断出导电液体受到的安培力方向，从而判断出液体的旋转方向．小 结1、安培力方向判定：左手定则2、安培力大小计算：
F=ILBsinθ
3、磁电式电流表的结构与工作原理第四节 通电导线在磁场中受到的力
第2课时安培力作用下导体运动方向的判断判断导体在磁场中运动情况的常规思路
1．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，因此必须要清楚导体所在位置的磁场分布情况.
2．结合左手定则准确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方向． ———————(自选例题，启迪思维)ADD2、等效分析法:3、特殊位置分析法:安培力的应用----物体运动的判定方法：环形电流、通电螺线管、条形磁铁[规律总结] 判断导体在磁场中运动情况的常用方法4、利用结论法：结论一：两电流平行时，同向电流之间相互吸引，反向电流相互排斥；结论二：两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势。课堂练习【例3】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思考3.质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的导轨上，如图所示．已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，在图中所加各种磁场中，导体棒均静止，则导体棒与导轨间摩擦力为零的可能情况是( )三、安培力作用下的平衡问题AB【规律总结】必须先将立体图转换为平面图，然后对物体受力分析，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．变式：如图所示,导体杆ab的质量为m,电阻为R,放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上,导轨间距为d,电阻不计,系统处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,电池内阻不计。问:若导线光滑,电源电动势E应为多大才能使导体杆静止在导轨上?三、安培力作用下的平衡问题拓展：质量为m，长度为L的导体棒MN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，方向与导轨平面成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．答案：BILcos θ＋mg BILsin θ三、安培力作用下的平衡问题 拓展：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，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？【答案】 0.14 A≤Iab≤0.46 A 三、安培力作用下的平衡问题规范答题——通电导体棒在匀强磁场中的平衡问题[审题点睛] 当摩擦力向下达到最大静摩擦力时电流达到 最大值；当摩擦力向上达到最大静摩擦力时，电流最小．这两个临界状态都能用平衡条件来求解．[答案] 0.14 A≤Iab≤0.46 A
②让磁感线从掌心进入
③使四指指向电流方向, 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。
2、左手定则 1、画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向解析:无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则．答案:如图所示课堂练习【例2】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。平面图－－侧视图b a3. 在赤道上空,水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线( )
A．受到竖直向上的安培力
B．受到竖直向下的安培力
C．受到由南向北的安培力
D．受到由西向东的安培力
[解析] 赤道上空的地磁场方向是由南向北的，
电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方向
图如图所示，由左手定则可判断出导线受到的安
培力的方向是竖直向上的，选项A正确．A【演示】平行通电直导线 之间的相互作用综合应用:用学过的知识分析【结论】
同向电流相互吸引.
反向电流相互排斥.2、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路,当开关接通后,将看到的现象是( )课堂练习A.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长
C.弹簧上下振动 D.弹簧静止不动解析:通电后，弹簧各相邻线圈中电流方向相同，线圈之间相互吸引,使得弹簧收缩，电路断开;电路断开后，因电流消失，线圈之间的相互作用消失,弹簧在弹力和自身重力作用下下落，于是电路又接通，弹簧又收缩，……如此周而复始，形成弹簧上、下振动，电路交替通断。C1.当电流与磁场方向垂直时:F = ILB (B⊥L)二.安培力的大小2.当电流与磁场方向夹θ角时:F = ILBsinθ
(θ为B与L的夹角)2.当电流与磁场方向夹θ角时:F = ILBsinθ
(θ为B与L的夹角)
二、安培力的大小：
（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。 即： F=ILB（2）平行时：F＝0（3）公式：F=ILBsinθθ表示磁场方向与电流方向间的夹角? 在中学阶段，F=I L B sinθ仅适用于匀强磁场;
在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线．
对公式F=BIL的理解★ B垂直于I,匀强磁场，直导线★ 不垂直变垂直(分解B，或投影L)★ 弯曲导线变成直导线
L是有效长度，不一定是导线实际长度若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。课堂练习3、如图所示，导线abc为垂直折线，其中电流为I，ab＝bc＝L.导线所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．
【解析】(1)弯曲通电导线的有效长度L等于连接曲线两端点直线的长度，相应的电流沿L的始端流向末端.
(2)任意闭合通电导线的有效长度为零，所受安培力为零．题后反思 ———————(自选例题，启迪思维)AAC[借题发挥] 对公式F＝ILBsin θ的正确理解是求解安培力大小的关键．对于等效长度的问题，既可分段求解，然后求合力，又可采用等效方法进行计算．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。.三、磁电式电流表［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电流表的特点1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；2、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；3、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。4、关于磁电式电流表，以下说法正确的是（??? ）
A.使通电线圈转动的动力矩是安培力的力矩
B.线圈和指针偏转的角度越大，说明安培力产生的力矩越大
C.线圈停止转动时，两个螺旋弹簧产生的阻力矩与安培力矩相平衡
D.根据指针偏转角度的大小，就可以知道被测电流的强弱解析:当线圈中通入电流时，磁铁的磁场就会对线圈中的电流产生安培力，安培力的力矩使线圈转动起来，线圈一转动，就带动弹簧扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动角度的增大而增大.当弹簧产生的阻力矩与安培力产生的动力矩平衡时，线圈停止转动，指针稳定在某一位置.电流越大，线圈受到的安培力越大，安培力的力矩越大，线圈转动的角度越大，故可以根据指针偏转角度的大小，知道被测电流的强弱，A、B、C、D都正确.课堂练习ABCD做一做 旋转的液体 在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极,沿边缘内壁放一个圆环形电极,把它们分别与电池的两极相连,然后在玻璃皿中放入导电液体,例如盐水.如果把玻璃皿放在磁场中,液体就会旋转起来.观察发生的现象,用学过的知识解释.液体旋转的方向与你事先的判断是否一致.解析：在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心；玻璃皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，从上往下看,导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转；液体旋转起来的原因是液体在磁场力作用下运动． 提示:在电源外部，电流由正极流向负极；由左手定则可以判断出导电液体受到的安培力方向，从而判断出液体的旋转方向．小 结1、安培力方向判定：左手定则2、安培力大小计算：
F=ILBsinθ
3、磁电式电流表的结构与工作原理第四节 通电导线在磁场中受到的力
第2课时安培力作用下导体运动方向的判断判断导体在磁场中运动情况的常规思路
1．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，因此必须要清楚导体所在位置的磁场分布情况.
2．结合左手定则准确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方向． ———————(自选例题，启迪思维)ADD2、等效分析法:3、特殊位置分析法:安培力的应用----物体运动的判定方法：环形电流、通电螺线管、条形磁铁[规律总结] 判断导体在磁场中运动情况的常用方法4、利用结论法：结论一：两电流平行时，同向电流之间相互吸引，反向电流相互排斥；结论二：两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势。课堂练习【例3】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思考3.质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的导轨上，如图所示．已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，在图中所加各种磁场中，导体棒均静止，则导体棒与导轨间摩擦力为零的可能情况是( )三、安培力作用下的平衡问题AB【规律总结】必须先将立体图转换为平面图，然后对物体受力分析，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．变式：如图所示,导体杆ab的质量为m,电阻为R,放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上,导轨间距为d,电阻不计,系统处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,电池内阻不计。问:若导线光滑,电源电动势E应为多大才能使导体杆静止在导轨上?三、安培力作用下的平衡问题拓展：质量为m，长度为L的导体棒MN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，方向与导轨平面成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．答案：BILcos θ＋mg BILsin θ三、安培力作用下的平衡问题 拓展：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，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？【答案】 0.14 A≤Iab≤0.46 A 三、安培力作用下的平衡问题规范答题——通电导体棒在匀强磁场中的平衡问题[审题点睛] 当摩擦力向下达到最大静摩擦力时电流达到 最大值；当摩擦力向上达到最大静摩擦力时，电流最小．这两个临界状态都能用平衡条件来求解．[答案] 0.14 A≤Iab≤0.46 A