高中人教版 (2019)1 磁场对通电导线的作用力课文内容ppt课件

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1.结合对具体实例的分析,体会判断安培力方向的方法。(物理观念)2.通过实例分析,掌握安培力作用下导体运动问题的分析方法,培养一定的空间思维能力。(科学思维)3.通过实验探究安培力的方向与电流的方向、磁感应强度的方向之间的关系。(科学探究)
基础落实·必备知识全过关
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一、安培力的方向1.安培力通电导线在磁场中受的力称为安培力。2.影响因素安培力的方向与　　　方向、　　　方向有关。 3.左手定则用左手定则判断安培力的方向:伸开　　手,使拇指与其余四指　　　　,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心垂直进入,并使四指指向　　　　的方向,这时　　　　所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
安培力垂直于电流、垂直于磁场
二、安培力的大小如图甲、乙、丙所示,导线电流为I、长度为l,磁场的磁感应强度为B,则:
1.如图甲所示,通电导线与磁感应强度方向垂直,此时安培力F=　　　　。 2.如图乙所示,通电导线与磁感应强度方向平行,此时安培力F=　　　　。　
3.如图丙所示,通电导线与磁感应强度方向成θ角,此时安培力F=　　　　　。 
夹角影响安培力的大小
三、磁电式电流表1.写出右图中磁电式电流表各部件的名称①　　　　　,②　　　　　　,③　　　　　　　,④　　　　　　,⑤　　　 　　　　,⑥　 　　　　　。 
2.原理:通电线圈受安培力转动。
3.特点两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱,使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向,使线圈无论转到什么位置,它的平面都与磁感线平行,线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都相等,从而使刻度盘刻度均匀。
辐向磁场不是匀强磁场
4.磁电式电流表的优点是　　　　　　　,可以测出很弱的电流;缺点是　　　　　　　　　　,允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。如果要用它测量较大的电流,就要根据在必修第三册中学到的方法扩大其量程。 
情境链接 如图是实验室中常用的磁电式电流表的结构,通电后指针会发生偏转,指针偏转的原因是什么?
提示 通电线圈因受安培力而转动,线圈带动指针发生偏转。
教材拓展磁电式电流表工作时,其内部线圈的各条边都受到安培力的作用吗?
提示 并不是每条边都受安培力,与磁场平行的边不受安培力作用。
易错辨析(1)安培力的方向一定与电流方向垂直。(　　)(2)应用左手定则时,四指指向电流方向,拇指指向安培力方向。(　　)(3)一根长为l、电流为I的通电导线放在磁感应强度为B的磁场中,所受的安培力大小为F=IlB。(　　)(4)两根通电导线在同一匀强磁场中,若导线长度相同,电流大小相等,则所受安培力大小相等,方向相同。(　　)
提示 根据左手定则可判定,安培力的方向一定与电流方向垂直。
提示 只有磁感应强度B的方向与电流垂直时,安培力大小才是F=IlB。
提示 安培力的大小、方向与导线在磁场中的放置方向有关。
(5)磁电式电流表的线圈无论转到什么位置,它的平面都跟磁感线垂直。(　　)(6)磁电式电流表中电流方向改变时,指针的偏转方向改变。(　　)
提示 磁电式电流表的线圈平面始终与磁感线平行。
探究点一　安培力的方向
如图所示的实验装置,通电导线悬挂放置在蹄形磁体之间,改变磁极方向或电流方向,观察导线摆动的方向。
思考并探究下面的问题:(1)仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向,导线受力的方向是否改变?
(2)仅改变导线中电流的方向,导线受力的方向是否改变?
(3)仔细分析实验结果,说明通电导线所受安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系。
要点提示 (1)受力的方向改变;(2)受力的方向改变;(3)通电导线在磁场中所受安培力的方向与磁场方向、电流方向都垂直,满足左手定则。
1.安培力方向的特点:不管电流方向与磁场方向是否垂直,安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面,即总有F⊥I和F⊥B。2.电流I、磁场B和安培力F三个方向的关系:(1)已知I、B的方向,可唯一确定F的方向;(2)已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向;(3)已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能唯一确定。
3.安培力方向的判断:在判断安培力方向时首先确定磁场和电流所确定的平面,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。当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直于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。这种情况下需要对磁感应强度进行分解,取垂直分量进行判定。
【例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所决定的平面,且满足左手定则。
方法技巧　左手定则应用的两个要点(1)安培力的方向既垂直于电流的方向,又垂直于磁场的方向,所以应用左手定则时,必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直。(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直,所以磁场方向可能与四指方向成某一夹角,此时要对磁场方向进行分解,但四指一定要指向电流方向。
1.将长度为l、通有电流为I的导线放入一个匀强磁场中,电流方向与磁场方向如图所示,已知磁感应强度为B,下列各图中,导线所受安培力的方向如何?
答案 垂直纸面向外;垂直于导线斜向左上方;垂直于导线斜向左上方;水平向右。
解析 A图中,由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直纸面向外;B图中,由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直于导线斜向左上方;C图中,由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直于导线斜向左上方;D图中,由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为水平向右。
探究点二　安培力的大小
从前面的学习中我们已经知道,垂直于磁场B放置长为l的一段导线,当通过的电流为I时,它受到的安培力F=IlB,这时导线受到的安培力最大,导线与磁场平行时所受的安培力为0,试讨论下面两种情况下安培力的大小。
(1)如图甲所示,当磁感应强度B的方向与电流方向成θ角时。
(2)如图乙所示,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。
要点提示 当磁感应强度B的方向与电流方向成θ角时,可以把它分解成与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分量B∥,B⊥=Bsin θ,B∥=Bcs θ。其中B∥不产生安培力,导线受到的安培力只由B⊥产生,所以一般情况下的安培力的表达式为F=IlBsin θ,θ为磁感应强度方向与电流方向的夹角。
要点提示 AB段所受的安培力大小FAB=IlB,方向向右,BC段所受的安培力大小FBC=IlB,方向向上,所以该导线所受安培力为这两个力的合力,如图所示,F= IlB,方向沿∠ABC的角平分线斜向上。
F=IlBsin θ的理解与应用1.公式F=IlBsin θ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度,不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响。2.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。
3.公式F=IlBsin θ中θ是B和I方向的夹角,当θ=90°时sin θ=1,公式变为F=IlB。4.F=IlBsin θ的适用条件:导线所处的磁场应为匀强磁场;在非匀强磁场中,公式仅适用于很短的通电导线。特别提示　电荷在电场中一定会受到静电力作用,但是通电导线在磁场中不一定受到安培力作用。当电流方向与磁场方向平行时,通电导线不受安培力作用。
【例2】 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),导线框中通以图示方向的电流时,导线框将(　　)A.沿与ab边垂直的方向加速运动B.仍然静止C.以c为轴转动D.以b为轴转动
解析 ab和bc两段电流可等效为长度等于ac,方向由a到c的一段电流,由左手定则以及安培力公式可知,ab和bc两段电流所受安培力的合力与ac受到的安培力方向相反、大小相等,线框整体合力为0,仍然静止,故选B。
2.(2023江苏南京外国语学校期末)如图所示,长方体的ABCO面为正方形,整个空间存在竖直向上的匀强磁场,现在AB、BC、CD、DA上分别放置四根导体棒,且构成一闭合回路,当回路中通有沿ABCDA方向的电流时,下列说法正确的是(　　)
A.CD棒所受的安培力方向垂直纸面向外B.四根导体棒均受安培力的作用C.CD棒与DA棒所受的安培力大小相等D.DA棒所受的安培力最大
解析 根据左手定则,可知CD棒所受的安培力方向垂直纸面向里,A错误;AB棒中电流方向与磁场方向平行,故AB棒不受安培力的作用,B错误;CD棒在磁场中的有效长度与OD边长度相等,而lODlBC,所以DA棒所受的安培力大于BC棒所受的安培力,综上所述,可知DA棒所受的安培力最大,D正确。
探究点三　磁电式电流表
磁电式电流表中磁场分布如图所示,结合安培力大小的决定因素,思考磁场这样分布的原因是什么。
要点提示 磁电式电流表中磁体与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的,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,该磁场并非匀强磁场,但在以铁芯为中心的圆周上,各点的磁感应强度B的大小是相等的。这样的磁场,可使线圈转动时,它的两个边所经过位置的磁场强弱都相同,使线圈转过的角度与电流成正比,从而使得表盘的刻度均匀。
磁电式电流表的三要点1.工作原理通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转。线圈偏转的角度越大,被测电流就越大;线圈偏转的方向不同,被测电流的方向不同。2.磁场特点两磁极间装有极靴,极靴中间有铁质圆柱,使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向,保持线圈转动时,所受安培力的方向总与线圈平面垂直,使表盘刻度均匀。
3.灵敏度(1)电流表的灵敏度:是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小,偏角越大,灵敏度越高。(2)提高灵敏度的方法:如果要提高磁电式电流表的灵敏度,就要使在相同电流下导线所受的安培力增大,可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。
【例3】 图甲是磁电式电流表的结构示意图,蹄形磁体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.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IlB
解析 该磁场明显不是匀强磁场,匀强磁场的磁感线应该是一系列平行线,方向相同,故A错误;线圈与磁感线平行,磁通量为零,故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C错误;导线b始终与磁感线垂直,故受到的安培力大小一直为IlB,故D正确。
3.(2023河北保定期末)磁电式电流表的构造如图甲所示。在蹄形磁体的两极间有一个可以绕轴转动的线圈,转轴上装有螺旋弹簧和指针,如图乙所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布。当电流通过线圈时,线圈在安培力的作用下转动,如图丙所示,螺旋弹簧被扭动,线圈停止转动时满足NBIS=kθ,式中N为线圈的匝数,S为线圈的面积,I为通过线圈的电流,B为磁感应强度,θ为线圈(指针)偏角,k是与螺旋弹簧有关的常量。不考虑电磁感应现象,下列说法错误的是(　　)
A.铁芯内部的磁感线会相交B.线圈转动过程中受到的安培力始终与线圈平面垂直C.若线圈中通以如图丙所示的电流,线圈将沿顺时针方向转动
解析 根据磁感线分布特点可知,每条磁感线都是闭合曲线,任意两条磁感线不相交,所以铁芯内部的磁感线不会相交,A错误;蹄形磁体产生辐射状的磁场,线圈转动过程中磁场的方向始终与线圈切割磁感线的两条边垂直,受到的安培力始终与线圈平面垂直,B正确;若线圈中通以如题图丙所示的电流,根据左手定则可知,线圈将沿顺时针方向转动,C正确;根据NBIS=kθ,可
1.(安培力的方向)在赤道上空,水平放置一根通以由西向东方向的电流的直导线,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。
2.(安培力的大小)(2023上海松江一中期末)在匀强磁场中某点处放一个长度为l=40 cm、通电电流I=0.5 A的直导线,测得它受到的最大安培力F=1.0 N;现将该通电导线从磁场中撤走,则该点的磁感应强度大小为(　　)A.0B.5 TC.0.1 TD.10 T
解析 该点的磁感应强度大小为B= T=5 T,将该通电导线从磁场中撤走,则该点的磁感应强度大小仍为5 T。故选B。
3.(磁电式电流表)(多选)以下关于磁电式电流表的说法正确的是(　 　)A.线圈平面跟磁感线平行B.通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转角度也越大C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场D.在线圈转动的范围内,线圈所受安培力与电流有关,而与所处的位置无关
解析 磁电式电流表内磁场是均匀辐向分布的,不管线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行,线圈所在各处的磁场大小相等、方向不同,所以安培力与电流大小有关,与所处位置无关,电流越大,安培力越大,指针转过的角度越大,正确选项为A、B、D。
4.(安培力的大小和方向)(2023湖南长沙期末)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,已知导体棒de受到的安培力大小为F,不考虑导体棒间的相互作用,则下列说法正确的是(　　)A.导体棒ab受到的安培力大小为FB.导体棒ef受到的安培力大小为FC.导体棒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0