人教版高中物理选修3-1 3．4通电导线在磁场中受到的力（共51张PPT）

(共51张PPT)
通电导线在磁场中受到的力
教学目标
观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向。?
推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小。?
知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理。?
教学重点
教学难点
安培力的方向确定和大小的计算。?
左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。?
通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关？
磁场的强弱，电流的大小，电流的长度，以及电流在磁场中的放置方式。?
人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。?
本节将对安培力做进一步的讨论。?
知道安培力的方向与什么因素有关。?
掌握左手定则并能够根据左手定则判断安培力的方向。?
理解并掌握平行直导线间的相互作用。?
安培力的方向
探究安培力的方向
导线受力的方向（安培力）与磁场方向、电流方向有什么样的关系？
演示实验
磁场方向与电流方向垂直的情况
垂直于纸面向里
垂直于纸面向里
垂直于纸面向外
安培力的方向
1
2
3
4
向下
向上
垂直于纸面向外
实验次数??
磁场方向
电流方向
插入一个动态画板
探究安培力的方向
演示1?
电流的方向：垂直于纸面向外
F
探究安培力的方向
演示2?
电流的方向：垂直于纸面向里?
F
探究安培力的方向
演示3?
电流的方向：垂直于纸面向里?
F
探究安培力的方向
演示4
电流的方向：垂直于纸面向外?
F
探究安培力的方向
水平向右
水平向右
水平向左
水平向左
通电导线在磁场中所受安培力的方向跟磁场方向，电流方向之间有怎样的关系呢？你能用简洁的方法表示这个关系吗？
垂直于纸面向里
垂直于纸面向里
垂直于纸面向外
安培力的方向
1
2
3
4
向下
向上
垂直于纸面向外
实验次数??
磁场方向
电流方向
左手定则
内容：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿过手
心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向就是直导线所受安培力的方向。
示意图
四指
→
电流
磁感线
→
穿手心
大拇指
→
受力
演示4：
磁场方向：向上
电流方向：向外
受力方向：向左
左手定则
演示3：
磁场方向：向上
电流方向：向内
受力方向：向右
演示1：
磁场方向：向下
电流方向：向外
受力方向：向右
演示2：
磁场方向：向下
电流方向：向内
受力方向：向左
左手定则的使用
判断下列通电导线所受安培力的方向。?
F
F
左手定则的使用
判断下列通电导线所受安培力的方向。?
左手定则的使用
判断下列通电导线所受安培力的方向。?
左手定则的使用
判断下列通电导线所受安培力的方向。?
左手定则的使用
如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用，同向电流相互吸引；反向电流相互排斥。请使用刚学过的知识解释本实验结果。?
同向电流
反向电流
左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？
①在适用对象上：
通电直导线中的电流
环形电流或通电螺线管
判断电流在磁场中的受力方向
电流在磁场中
判断电流的磁场方向
安培定则
左手定则
作用
具体情况
具体操作
结果
内
容
四个手指弯曲的方向指向电流的环绕方向
大拇指指向轴线上的磁感线方向
四个手指弯曲的方向表示磁场的方向
大拇指指向电流的方向
磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向
大拇指指向电流所受到的安培力的方向
左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？
②在电流与磁场的关系上：
安培定则中的“磁场”与“电流”密不可分，同时存在、同时消失，“磁场”就是电流的磁效应产生的磁场；
左手定则中的“磁场”与“电流”可以单独存在，“磁场”是外加的磁场，不是通电导线产生的磁场。?
左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？
③在因果关系上：
安培定则中的“电流”是“因”，磁场为“果”，正是有了电流(直流电流、环形电流、螺线管电流)才出现了由该电流产生的磁场；
左手定则中的“磁场”和“电流”都是“因”，磁场对通电导线的作用力是“果”，有因才有果，而此时的两个“因”对产生磁场的作用力来说缺一不可。?
左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？
④判断电流方向选取定则的原则：
当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用安培定则判断电流的方向；
当已知导体所受安培力的方向时，用左手定则判断电流的方向
安培力方向的反思
F、B、I一定两两垂直吗？
F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直
安培力方向的反思
若B与I不垂直时，则安培力与B和I方向关系是怎样的？这时左手定则对磁感应线有何要求？
①安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．所以判断时要首先确定磁场与电流所确定的平面，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当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心。?
安培力和电场力
电场力和安培力的方向有何区别和联系？
电荷在电场中某一点受到的静电力是一定的，
方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。?
电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关。?
电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；
电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL。
一般情况下的安培力大于零，小于BIL
安培力的方向均与磁场方向垂直
问题与练习
磁场中有一条通电导线，其余方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感应强度和安培力三个量中两个量的方向，试画出第三个量的方向。（“·”表示磁感线垂直纸面向外，“
×”表示磁感线垂直纸面向里，”⊙“表示电流垂直纸面向外，”“表示电流垂直纸面向里。）
问题与练习
把一根通电导线ab放在磁场中，导线所在区域的磁感线呈弧形，如图所示。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。
（1）通电导线的端a和b端受到的安培力分别垂直纸面向外和垂直纸面向内，所以导线会按俯视逆时针方向转动．当转过一个很小的角度后，在向右的磁场分量的作用下，通电导线还会受到向下的安培力．所以导线先转动，后边转动边下移．（2）图3-5所示的甲、乙、丙、丁四个图分别表示虚线框内的磁场源是条形磁体、蹄形磁体、通电螺线管和直流电流及其大致位置．说明：虚线框内的磁场源还可以是通电的环形电流．
下面我们来看一下安培力的大小。?
掌握安培力的大小的计算公式。?
理解并掌握有效长度的算法。?
安培力的大小
导线垂直磁场时安培力的大小
当通电直导线垂直匀强磁场时，安培力如何计算？
F=BIL(B⊥I)
导线垂直磁场时安培力的大小
当通电直导线平行于匀强磁场时，导线是否受到安培力作用？
电流与磁场方向平行时，磁场对电流的作用力为零。?
一般情况下安培力的大小
如果通电直导线与磁场方向既不平行也不垂直呢？
一般情况下安培力的大小
通电直导线与磁场方向不垂直的情况
把磁感应强度B分解为两个分量：
B∥不对通电导线产生作用力
通电导线所受作用力仅由B⊥决定
F=0
F=BIL
一般情况下安培力的大小
注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场。?
安培力大小的反思
若放入磁场中的导线不是直的，那么此时计算通电导线所受安培力
F=BIL中的L为有效长度
弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端．
问题与练习
如图所示为电流天平，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
计算B
的表达式。
（2）当n=9、l=10.0cm、I=0.10A、m=8.78g时，磁感应强度是多少？
中学实验室使用的电流表是磁电式电流表，
它所依据的物理原理是安培力与电流的关系。?
知道电流表的主要结构。?
知道电流表的工作原理。?
知道电流表的特点。?
电流表的工作原理
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。?
磁电式电流表的构造
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。?
该磁场是否匀强磁场？该磁场的特点？
该磁场并非匀强磁场
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
磁电式电流表的原理
电流通过线圈
线圈上跟铁轴平行的两边都受到安培力
产生力矩使线圈发生转动
螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩
力矩相平衡时，线圈停止转动
磁电式电流表的原理
安培力力距↑
电流方向发生变化
安培力的方向也随之改变
指针的偏转方向也发生变化
根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向
磁电式电流表的特点
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。?
问题与练习
如图所示，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。通电后，你预计会发生什么现象？怎样解释这个现象？?
弹簧上下振动，电流交替通断．产生这种现象的原因是：通入电流时，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；电路断开后，因电流消失，线圈之间相互作用消失，因而弹簧恢复原来的状态，电路又被接通．这个过程反复出现，使得弹簧上下振动，电路交替通断．
总结
安培力的方向（左手定则）
伸开_____，使大拇指跟其余四指_____，并且都跟手掌在_______________，把手放入磁场中让磁感线__________手心，并使伸开的_________________________，那么，大拇指所指的方向就是_____________________
。
安培力的大小
磁电式电流表的特点
灵敏度
_____，可以测量_____的电流；电流和安培力成_____，所以电流表的刻度是_____的；电流方向改变，安培力方向__________，线圈朝_____方向转动。?
此公式仅适用于__________；
L为_______________?
__________
左手
垂直
同一平面内
垂直穿过
四指指向电流方向
直导线所受安培力的方向
磁场方向与电流方向间的夹角
匀强磁场
有效长度
高
很弱
正比
均匀
也改变
相反
例题
例题
例题
例题