人教版高二物理选择性必修第二册 1.1磁场对通电导线的作用力 课件48张PPT

第一章 第1节
通电导线在磁场中受到的力
在第二节中，我们已经初步
了解了磁场对通电导线的作用力。
安培在研究磁场与电流相互作
用方面做出了杰出的贡献，为了纪
念他，人们把通电导线在磁场中受
到的力称为安培力(Ampere force)
一、安培力的方向
1.上下交换磁极的位置以及改变磁场的方向，观察受力方向是否改变？
2.改变导线中电流方向，观察受力方向是否改变
思考与讨论
猜想：通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。
I
B
F
F
I
B
F
I
B
I
B
F
实验结果分析
I
B
F
F
I
B
F
I
B
I
B
F
实验结果分析
观察：F、B、I三者的方向有什么关系？
安培力方向总是与电流方向垂直又与磁场方向垂直
安培力的特点
B
I
F
示意图
安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面
B
I
F
示意图
探究：如何判断通电导线在磁场中所受安培力的方向？
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平面内;让磁感应线从掌心进入,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
再次提醒：一定要使用左手！
I
B
F
F
I
B
F
I
B
I
B
F
验证实验结果
I
B
B
I
I
I
B
B
请判断导线是否受到安培力
F
I
B
F
I
B
30°
F
F
I
I
B
B
请判断导线所受安培力的方向
α
α
B
B
I
F
α
请判断导线所受安培力的方向
问题：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
请使用刚学过的知识解释本实验结果。
同向电流相互吸引。
反向电流相互排斥。
结论:
F
F
F
同向电流
F
反向电流
（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。
问题:如果既不平行也不垂直呢？
即：
（2）平行时：
B
θ
I
三、安培力的大小
I
B
把磁感应强度B分解为两个分量：
一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ
另一分量与导线平行 B2=Bcosθ
即F=ILB1
F=ILBsinθ
θ
B2
B1
将B1=Bsinθ代入得
通电直导线与磁场方向不垂直的情况
三、安培力的大小
B
F
B⊥
B∥
I
公式： F=ILBsinθ
θ表示磁场方向与电流方向间的夹角
注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场
问题1:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？
三、安培力的大小
结论：F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直。
问题2：F、B、I一定两两垂直吗？
L
F=BIL
F=BIL中的L为有效长度
L
L
L
思考与讨论
试指出下述各图中的安培力的大小。
如果是闭合回路呢？
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。
.
四、磁电式电流表
电流表构造中最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。
这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。
电流表的构造
电流表的工作原理
如图所示，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。
θ
电流表的工作原理
θ=NBIS/k
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。
固定
自由
F
F






˙
×
×
×
×
×
×
˙
˙
˙
˙
˙
解析：两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势
例题
五、判断通电导线在安培力作用下的运动方向问题
N
S
I
F
F
N
S
F
(1)先对导线进行受力分析.
(2)画出导线的受力平面图.
(3)然后依照F合=0,F合=ma.
(4)列出相应的方程.
六、处理导线受到安培力的一般思路
b
B
a
F
.
.
B
B
.
×
F

b
B
a
1.巩固练习（左手定则）
×
B
F
B
B
B
B
×
B
F
B
a
c
b
I
2. 如图所示，直角三角形abc组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC=40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。
3.关于磁场对通电直导线的作用力,下列说法正确的是( )
A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直
C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直
D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面
BCD
4.磁场中某处的磁感线如图所示 ( )
A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba>Bb
B.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaC.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处大
D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处小
a
b
B
0
0.02N
水平向右
0.02N
垂直导线，
斜向左上方
5.将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向
I
B
I
B
30°
I
B
6.两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（　）
A.顺时针方向转动，同时靠近ab
B.逆时针方向转动，同时离开ab
C.顺时针方向转动，同时离开ab
D.逆时针方向转动，同时靠近ab
a
b
c
d
D
注意 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
AD
7.如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( )
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外，S极向纸内转动
D．N极向纸内，S极向纸外转动
C
8：在倾斜角为θ的光滑斜面上,置一通有电流I,长为L,质 量为m的导 体棒，如图所示,在竖直向上的磁场中静止，则磁感应强度B为 _________.

X
θ
解：静止于斜面说明受力平衡
N
X
θ
mg
F
θ
F=
mgtgθ=BIL
B=mgtgθ/IL
引申1：欲使它静止在斜面上, 外加磁场的磁感应强度B
的最小值为________,
方向________.
引申2：欲使它静止在斜面上,且对斜面无压 力, 外加磁场的磁感应强度B的最小值为 _________, 方向________.
X
θ
G
N
F
θ
B
mgsinθ=BIL
B=mgsinθ/IL
mg=BIL B=mg/IL
X
θ
G
F
B
9.如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b的稳定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法： ( )
（A）适当增大电流I
（B）将电流反向并适当改变大小
（C）适当增大磁场
（D）将磁场反向并适当改变大小
AC
a
b
I
N
S
F
（1）绳子拉力_______
(变大,变小,不变)
（2）桌面对磁铁的支持力_______
（3）桌面对磁铁的摩擦力________(有,无).
变大
变小
无
N
S
F
桌面对磁铁的摩擦力
_______(有,无)
方向 .
有
水平向右
巩固练习
10、
F′
补充性训练
如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（ ）
A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用
C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用
D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用
A
11.如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流,线圈将会( )
A.纵向收缩,径向膨胀
B.纵向伸长,径向膨胀
C.纵向伸长,径向收缩
D.纵向收缩,径向收缩
纵向
A
GGLX 巩固练习
12.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波,当开关接通后,将看到的现象 是( )
A.弹簧向上收缩
B.弹簧被拉长
C.弹簧上下振动
D.弹簧仍静止不动
S
C
13.如图所示，导线abc为垂直折线,其中电流为I,ab=bc=L,导线拓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.
a
b
c
√2BIL
方向垂直ac斜向上
14.如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为0.5m，质量为0.1kg的金属棒MN，此时弹簧伸长10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方向如何？
M
N
B
2A
方向向右
ABD
15、下列说法中正确的是（ ） A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零
B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零
C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零
D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零
课堂练习
BCD
17、一根长为0.2 m的电流为2 A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
×
18、试画出下列各图中安培力的方向：
课堂练习
A
19、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
课堂练习
20、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45°，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)
θ
N
B
G
FN
F安
课堂练习
0.2Ω
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