6.1 探究磁场对电流的作用 —鲁科版高中物理选修3-1课件(共33张PPT)

(共33张PPT)
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
回顾引入：
磁体或通电导体周围均存在磁场。
磁场的基本性质是：对放入其中的磁体或通电导体有力的作用。
思考：
通电导体在磁场中受力的大小、方向与什么因素有关？
定义：磁场对电流的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。
实验：安培力与那些因素有关？
科学探究－－安培力
请大家认真观察实验现象！
[问题设计]
我们从分析电荷在电场中受力情况着手，找到了表示电场强弱的物理量——电场强度．但小磁针有两个磁极，因此不可能测量N极受力的大小．由于磁场对通电导线有作用力，我们可以从一小段通电导线的受力来描述磁场的强弱．
如图所示，三块相同的蹄形磁铁并列放置，可以认为磁极间的磁场是均匀的，将一根直导线悬挂在磁铁的两极间，有电流通过时导线将摆动一个角度，通过摆动角度的大小可以比较磁场力的大小，分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度,电流由外部电路控制．
(1)保持导线通电部分的长度不变，改变电流大小，导线受力情况如何变化？
(2)保持电流不变,改变导线通电部分的长度,导线受力情况如何变化？
(3)通电导线受力与哪些因素有关？
思维：控制变量法
答案　(1)电流越大，导线受力越大．
(2)通电导线越长，导线受力越大．
(3)
既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积成正比.
①试验：精确实验表明，通电导线和磁场方向垂直时，通电导线受力（磁场力）大小
写成等式为：F
=
BIL
式中B为比例系数。
注意：①B与导线的长度和电流的大小无关
②在不同的磁场中B的值不同（即使同样的电流导线的受力也不样）
磁感应强度的大小
（1）定义：
在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力（安培力）F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。符号：B
说明：如果导线很短很短，B就是导线所在处的磁感应强度。
（2）定义式：
（3）单位：在国际单位制中是特斯特，简称特，
符号T.
1T=N/A·m
（4）物理意义：磁感应强度B是表示磁场强弱的物理量
对于磁感应强度B的理解：
1、比值F/IL是磁场中各点的位置函数。换句话说，在非匀强磁场中比值F/IL是因点而异的，也就是在磁场中某一确定位置处，无论怎样改变I和L，F都与IL的乘积大小成比例地变化，比值F/IL跟IL的乘积大小无关。因此，比值F/IL的大小反映了各不同位置处磁场的强弱程度
2、对于确定的磁场中某一位置来说，B并不因探测电流和线段长短（电流元）的改变而改变，而是由磁场自身决定的；比值F/IL不变这一事实正反映了所量度位置的磁场强弱程度是一定的。
一、安培力的大小
（1）I⊥B时，电流所受的安培力最大,F=BIL
（2）I∥B时，电流所受的安培力最小，F=0
（3）当导线方向与磁场方向成θ时，安培力介于最大值和最小值之间：F安=BILsinθ
1、大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，与导线长度成正比，与电流I成正比，即与I和L的乘积成正比。
2、公式：F=BILsinθ
B⊥
B∥
）
对公式F=BIL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)
（3）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。
思考与讨论：
在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？
实验表明：
通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。
二、安培力的方向
安培力的方向
实验结果分析
试画出下述两实验结果的正视图：
左手定则
实验结论：安培力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电流方向垂直F⊥I，故安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面，即：F安⊥BI平面
伸开左手：
磁感线——垂直穿入手心
四指——指向电流的方向
大拇指——所受安培力的方向
思考与讨论:
如图所示，当通电导线的电流垂直纸面向外，磁场竖直向上时，导线所受的安培力水平向左，现在若将电流方向和磁场的方向同时反向，则安培力的方向是不是也反向？
结论：当电流方向和磁场方向同时反向时，安培力方向不变。
例1.请根据图中给出的条件，运用左手定则，求出各图中第三个物理量的方向．
解题思路
明确两个已知量的方向
左手定则
判断第三个量的方向
甲：F垂直于纸面向里　乙：F垂直于纸面向里
丙：I由左向右　丁：F垂直于I斜向右下方
例2.
一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，导线中的电流方向自上而下，如图所示．在导线以其中心点为轴逆时针转动180°的过程中，导线受到的安培力(　　)
A．大小不变，方向不变
B．大小由最大减小到零再增至最大，方向时刻改变
C．大小由最大减小到零再增至最大，向不变
D．大小由最大减小到零再增至最大，方向由垂直纸面向外变为垂直纸面向里
思路引导
1.分段分析：0°—90°、90°—180°
2.每一段由电流和磁场方向的夹角判断力的大小
3.每一段由电流与磁场的方向再结合左手定则判断力的方向
答案：D
1.如图，直导线通入垂直纸面向里的电流，在下列匀强磁场中，能静止在光滑斜面上的是(　　)
解析：通电直导线若能静止在光滑的斜面上，其受到的安培力方向应在如图所示范围内,由左手定则判断可知,只有A正确．
答案：A.
针对训练
思考与讨论
两条互相平行的通电直导线，当通以同向电流时互相吸引，而通以反向电流时会互相排斥，试用刚学的知识解释。
A的磁场
C的磁场
B的磁场
D的磁场
电流之间通过磁场产生的相互作用力
1、电动机
（1）电动机的工作原理：通电线圈在安培力作用下的转动。
（2）能量转化：把电能转化为机械能。
（3）电动机分类：直流电动机和交流电动机。
交流电动机又分为单相交流电动机和三相交流电动机．
三、安培力就在你身边
（4）直流电动机的运转过程：
（5）运动分析：如图
甲，当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向向下，左边线框受到的安培力方向向上，在安培力的作用下线框转动起来．
常见的直流电动机：
【说明】
大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场，而大型和超大型直流电动机是用励磁电流来提供磁场的。
典例精析
答案　B
线圈中导线受力在水平方向
线圈中导线受一转动力矩
线圈中导线不受力
（1）电流表的构造
在一个很强的蹄形磁铁的两极间，有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。
蹄形磁铁
铁芯
绕有线圈的铝框
螺旋弹簧
指针
刻度表
2、磁电式电流表
（2）电流表的工作原理
当电流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。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。
问答：
①线圈的转动是怎样产生的？
②线圈为什么不一直转下去？
答：线圈转动是因为它受到安培力的作用
答：当线圈受力平衡时，将不再转动
③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱？
答：螺旋弹簧变形，反抗线圈转动。电流越大安培力越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小
④如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的方向？
答：电流方向改变，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也随着改变，故根据指针的偏转方向能判断被测电流的方向
⑤使用时要特别注意什么？
答：所通电流不能太大
BCD
1、一根长为0.2m的电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5
T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是（
）
A、0.4N
B、0.2N
C、0.1N
D、0
2、试画出下列各图中安培力的方向：
课堂练习
3、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
答案：AD
4、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
答案：A