选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力1 磁场对通电导线的作用力评课课件ppt

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目 标 素 养1.通过实验,认识安培力,知道安培力的方向与电流、磁感应强度的关系,会用左手定则判断安培力的方向。2.知道安培力的表达式,会计算匀强磁场中安培力的大小。3.通过分析,知道磁电式电流表的基本构造及其测电流大小和方向的基本原理。
一、安培力的方向1.安培力:安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献,为了纪念他,人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。2.安培力的方向:通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度方向都垂直。
3.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个平面内;让磁感线从掌心垂直进入,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,如图所示。
微思考 旋转的液体。如图所示,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,将两电极接在电池的两极上,然后在玻璃皿中放入盐水,把玻璃皿放入蹄形磁体的磁场中,N极在下,S极在上,盐水就会旋转起来。盐水为什么旋转?旋转的方向是顺时针还是逆时针(俯视)?
提示:由于受到安培力作用,盐水旋转。如图所示,磁场方向垂直于水面向上,盐水内电流方向从玻璃皿边缘指向圆心,根据左手定则判断,盐水中的电流受到的安培力沿逆时针,因此盐水逆时针旋转。
二、安培力的大小1.垂直于磁场B的方向放置的长为l的一段导线,当通过的电流为I时,它所受的安培力F= IlB 。2.当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时,导线受力为 0 。3.一般情况下安培力的表达式为F= IlBsin θ ,θ为磁感应强度方向与电流方向的夹角。 
微判断(1)通电导线在磁场中不一定受安培力。(　　)(2)一通电导线放在磁场中某处且不受安培力,该处的磁感应强度不一定是零。(　　)(3)当磁场、导线的长度和电流都一定的情况下,导线平行于磁场时,安培力最大;垂直于磁场时,安培力最小。(　　)
三、磁电式电流表1.磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。2.磁电式电流表的工作原理:①通电线圈因受安培力而转动,线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针的偏转方向也随着改变。②线圈转动时,螺旋弹簧变形,以反抗线圈的转动。电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就越大,线圈偏转的角度也越大,达到新的平衡。所以,从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。
3.优点:灵敏度高,可以测出很弱的电流。缺点:线圈的导线很细,允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。
微训练(多选)磁电式电流表是常用的测量闭合回路电流大小的仪器。关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场,下列说法正确的是(　　)A.该磁场的磁感应强度大小处处相等,方向相同B.该磁场的磁感应强度的方向处处相同,大小不等C.线圈平面始终与磁感线平行D.线圈所在位置的磁感应强度大小都相等答案:CD
解析:两磁极之间装有极靴,极靴中间又有一个铁质圆柱,极靴与铁质圆柱之间有一不大的缝隙,根据磁感线与磁极表面垂直的特点,磁化了的铁质圆柱与极靴间的缝隙处就形成了辐向分布的磁场。这样做的目的就是让通电线圈所在位置能有一个等大的磁场,并且磁感线始终与线圈平面平行,故选项C、D正确。
重难归纳1.安培力的方向特点:安培力的方向既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直,即安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面。2.左手定则应用的两类问题:
3.安培定则与左手定则的区别。
平行通电直导线之间的相互作用。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。在什么情况下两条导线相互吸引,什么情况下相互排斥?为什么?
提示:同向电流相互吸引,反向电流相互排斥,如图。
典例剖析【例1】 通电直导线放入一匀强磁场中,电流I方向与磁场B方向如图所示,判断下列各图中,通电导线所受安培力的方向。
答案:垂直纸面向外;垂直导线斜向左上方;垂直导线斜向左上方;水平向右。
特别提醒(1)安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面,但磁场方向和电流方向不一定垂直。(2)若已知B、I方向,F方向唯一确定,但若已知B(或I)、F方向,I(或B)方向不唯一。(3)判断通电导体在磁场中的受力方向用左手定则。
学以致用1.如图所示,甲、乙两图已知电流方向及其所受安培力的方向,试判断磁场方向。丙、丁两图已知磁场方向及安培力的方向,试画出电流方向。(假设磁场方向与电流方向垂直)
答案:垂直纸面向外;垂直F向下。
重难归纳1.公式F=IlBsin θ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”,弯曲导线的有效长度l,等于连接两端点线段的长度(如图所示);相应的电流沿l由始端流向末端。
2.公式F=IlBsin θ中θ是B和I方向的夹角。(1)当θ=90°时,即B⊥I,sin θ=1,公式变为F=IlB。(2)当θ=0°时,即B∥I,F=0。3.在非匀强磁场中,只要通电直导线所在位置的各点磁感应强度B矢量相等(包括大小和方向),则导线所受安培力也能用上述公式计算。4.当电流同时受到几个安培力时,则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。
由导线组成的直角三角形框架静止放在匀强磁场中(如图所示),若导线框中通以图示方向的电流时,导线框将做什么运动?
提示:导线框的有效长度为零,导线框所受安培力为零,导线框不动。
典例剖析【例2】如图所示,一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,其中lAB=lBC=lCD=lDE=l,且∠C=120°、∠B=∠D=150°。现给这根导线通入由A至E的恒定电流I,则导线受到磁场作用的合力大小为(　　)
解析:据题图和几何关系求得A、E两点间的距离,即有效长度为l等=(2+ )l据安培力公式得F=Il等B=(2+ )IlB,选项A、B、D错误,C正确。
规律方法应用安培力公式F=IlBsin θ解题的技巧。(1)应用公式F=IlBsin θ求安培力大小时,应正确理解公式中各物理量的实质,可将Bsin θ理解为有效磁感应强度或将lsin θ理解为有效长度,θ为磁场方向与直导线l之间的夹角。 (2)通电导线所受的安培力等于各段所受安培力的合力。 (3)匀强磁场中弯曲导线的有效长度l,等于连接两端点间的线段的长度。
学以致用2.如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为l,且∠abc=∠bcd=135°。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。导线abcd受到的磁场的作用力的合力(　　)
解析:导线abcd的有效长度为线段ad,由几何知识知lad= ( +1)l,故导线abcd所受磁场力的合力大小F=BIlad= ( +1)BIl。导线有效长度的电流方向为a→d,据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上,故选项A正确。
1.在如图所示的匀强磁场中,已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流的安培力F三者的方向,其中错误的是(　　)
答案:C解析:根据左手定则可知选项A、B、D正确。选项C中电流和磁场方向平行,不受安培力,故选项C错误。
2.(多选)把通有电流I、长度为l的直导线放在磁感应强度为B的匀强磁场中,下列关于安培力大小的说法正确的是(　　)A.可能为0B.一定为BIlC.可能小于BIlD.可能大于BIl答案:AC解析:导线与磁场方向平行时,导线受到的安培力为0,选项A正确。当导线与磁场方向垂直时,导线受到的安培力最大,为BIl,选项C正确,B、D错误。
3.如图所示,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。当在该导线中通以大小为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为(　　)A.0D.2IlB答案:C
解析:V形通电导线的等效长度为图中虚线部分,所以F=IlB,选项C正确。
4.图甲是磁电式电流表的结构示意图,蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布,如图乙所示。边长为l的正方形线圈中通以电流I,线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外,b导线电流方向垂直纸面向里,a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B,则(　　)A.该磁场是匀强磁场B.穿过该线圈的磁通量为Bl2C.a导线受到的安培力方向向下D.b导线受到的安培力大小为BIl答案:D
解析:匀强磁场应该是一系列平行的磁感线,方向相同,该磁场明显不是匀强磁场,故选项A错误。穿过该线圈的磁通量为零,故选项B错误。a导线电流向外,磁场向右,根据左手定则,安培力向上,故选项C错误。b导线始终与磁感线垂直,故受到的安培力大小一直为IlB,故选项D正确。
5.正六边形线框abcdef由六根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点a、b与直流电源两端相接,已知de受到的安培力大小为F,下列说法正确的是(不考虑导体棒间的相互作用)(　　)A.ab受到的安培力大小为FB.ef受到的安培力大小为FC.cd受到的安培力大小为0.5FD.正六边形线框abcdef所受安培力的合力为零答案:B