高中物理探究安培力 滬科選修PPT課件

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1、學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 目目 標(biāo)標(biāo)思思 維維 啟啟 迪迪1.探究影響通探究影響通電導(dǎo)線所受安電導(dǎo)線所受安培力的因素培力的因素2.會(huì)用左手定會(huì)用左手定則判斷安培力則判斷安培力的方向，并能的方向，并能應(yīng)用安培定則應(yīng)用安培定則解決有關(guān)問解決有關(guān)問題題3.會(huì)用公式計(jì)會(huì)用公式計(jì)算安培力的大算安培力的大小小.電磁炮是一種理想的兵器電磁炮是一種理想的兵器 其原理如圖所示，把待發(fā)射的炮彈其原理如圖所示，把待發(fā)射的炮彈(導(dǎo)體導(dǎo)體)放置在強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩平行導(dǎo)軌上，給導(dǎo)軌通以放置在強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩平行導(dǎo)軌上，給導(dǎo)軌通以大電流，使炮彈作用一個(gè)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)力的大電流，使炮彈作用一個(gè)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)力的作用下沿導(dǎo)軌加速運(yùn)動(dòng)，并以某一速度發(fā)

2、射出作用下沿導(dǎo)軌加速運(yùn)動(dòng)，并以某一速度發(fā)射出去彈丸體積雖小，但由于初速特別高，所以去彈丸體積雖小，但由于初速特別高，所以具有很大動(dòng)能，足以穿透厚鋼板具有很大動(dòng)能，足以穿透厚鋼板(如圖如圖541所示所示)要提高發(fā)射速度，就要增大炮彈的加速時(shí)要提高發(fā)射速度，就要增大炮彈的加速時(shí)間你知道該怎么可以做到嗎？間你知道該怎么可以做到嗎？ 圖圖5-4-1第1頁/共44頁第2頁/共44頁一、探究影響通電導(dǎo)線受力的因素1在物理學(xué)中，把很短的一段通電導(dǎo)線中的電流I與導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL稱作_知識(shí)梳理知識(shí)梳理電流元不變的不變的無關(guān)無關(guān)第3頁/共44頁二、磁感應(yīng)強(qiáng)度1定義：在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線，所受的安培

3、力跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的_叫磁感應(yīng)強(qiáng)度它是表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向的物理量，通常用字母B表示比值第4頁/共44頁3物理意義：B是描述_性質(zhì)的物理量4單位：國(guó)際單位制中是_，簡(jiǎn)稱特，符號(hào)是T.5B是矢量，其方向就是磁場(chǎng)方向，即小磁針靜止時(shí)N極的指向或N極的_方向三、安培力的方向1安培力： _在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力安培力是磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力，是一種性質(zhì)力，它與靜電力、摩擦力、重力、彈力等一樣是一種性質(zhì)力，不是按效果命名的力磁場(chǎng)特斯拉受力通電導(dǎo)線第5頁/共44頁2用左手定則判斷通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力的方向：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)

4、入，并使四指指向_的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向四、安培力的大小磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線，通常會(huì)受到安培力的作用，但并不等于“總是要受到安培力的作用”，安培力的大小不僅僅是由B、I、L三者決定，還與電流I和B之間的_有關(guān)電流夾角第6頁/共44頁1當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時(shí)，即電流方向與磁感線方向垂直時(shí)，所受的安培力最大：F _.2當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線不垂直時(shí)，如圖542所示，電流方向與磁感線方向成角，通電導(dǎo)線所受的安培力為F _.3當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時(shí)，所受安培力為_. 圖圖5-4-2BILBILsin0第7頁/共44頁五、磁電式電流表1構(gòu)造：主要構(gòu)件有蹄形磁鐵、圓柱形

5、鐵芯、鋁框、線圈、轉(zhuǎn)軸、螺旋彈簧、指針、接線柱2工作原理：當(dāng)電流通過線圈時(shí)，導(dǎo)線受到安培力的作用由左手定則可以判斷，線圈左右兩邊所受的安培力方向相反，所以架在軸上的線圈就要_ 3線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，電流越大，安培力就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，所以從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過的電流大?。痪€圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨之改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨之_ 轉(zhuǎn)動(dòng)改變第8頁/共44頁基礎(chǔ)自測(cè)基礎(chǔ)自測(cè)A隨IL的乘積的增大而減小B隨F的增大而增大C與F成正比，與IL成反比D與F及IL無關(guān)，由F和IL的比值確定解析解析：磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是由形成磁場(chǎng)的磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是

6、由形成磁場(chǎng)的磁體或電流的強(qiáng)度與分布情況決定的，與放入其中的磁體或電流的強(qiáng)度與分布情況決定的，與放入其中的電流元無關(guān)，電流元所起的作用僅僅是對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行探電流元無關(guān)，電流元所起的作用僅僅是對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)，從而確定該點(diǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，因此本題答案測(cè)，從而確定該點(diǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，因此本題答案為為D.答案答案：D第9頁/共44頁2有一小段通電導(dǎo)線，長(zhǎng)為1 cm，電流強(qiáng)度為5 A，把它置于磁場(chǎng)中某點(diǎn)，受到的磁場(chǎng)力為0.1 N，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定是 ()AB2 TBB2 TCB2 T D以上情況都有可能答案答案：C第10頁/共44頁3如圖543所示，把一根柔軟的彈簧懸掛起來，使它的下端剛好跟槽的水

7、銀接觸通電后，你預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？怎樣解釋這個(gè)現(xiàn)象？解析解析：注意兩個(gè)隱含條件：注意兩個(gè)隱含條件：(1)柔軟的彈簧柔軟的彈簧彈簧有伸縮彈簧有伸縮性性(2)彈簧下端剛好與水銀接觸彈簧下端剛好與水銀接觸彈簧很容易離開水銀彈簧很容易離開水銀 圖圖5-4-3第11頁/共44頁答案答案：彈簧上下振動(dòng)，電流交替通斷發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是：彈簧通入電流時(shí)，彈簧各相鄰線圈中電流方向相同，線圈之間相互吸引，使彈簧收縮，則電路斷開；電路斷開后，因電流消失，線圈之間相互作用消失，因而彈簧恢復(fù)原來狀態(tài)，電路又被接通，這個(gè)過程反復(fù)出現(xiàn)，使得彈簧上下振動(dòng)，電路交替通斷第12頁/共44頁4如圖544所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡

8、膠盤，帶有大量均勻分布的負(fù)電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向如圖當(dāng)圓盤高速繞中心軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電直導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向是 ()A豎直向上 B豎直向下C水平向里 D水平向外答案答案：C 圖圖5-4-4第13頁/共44頁5關(guān)于通電直導(dǎo)線所受安培力F，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I三者方向之間的關(guān)系，下列說法正確的是 ()AF、B、I三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、I，但B不一定垂直于ICB必定垂直于F、I，但F不一定垂直于IDI必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B答案答案：B第14頁/共44頁第15頁/共44頁(1)在定義式 中，通電導(dǎo)線必須垂直于磁場(chǎng)方向放置.因?yàn)榇艌?chǎng)中某點(diǎn)通電導(dǎo)線受力

9、的大小，除和磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)以外，還和導(dǎo)線的方向有關(guān).導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中的方向不同，所受磁場(chǎng)力也不相同.通電導(dǎo)線受力為零的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小不一定為零.(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小只決定于磁場(chǎng)本身的性質(zhì)，與F、I、L無關(guān).(3)通電導(dǎo)線受力的方向不是磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義式的理解的定義式的理解第16頁/共44頁(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式也適用于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，這時(shí)L應(yīng)很短很短，IL稱作“電流元”，相當(dāng)于靜電場(chǎng)中的“點(diǎn)電荷”.【例例1】 有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中，正確的是 ()A磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量B若有一小段通電導(dǎo)體在某點(diǎn)不受磁場(chǎng)力的作用，則該點(diǎn)的磁感

10、應(yīng)強(qiáng)度一定為零第17頁/共44頁答案答案：A第18頁/共44頁第19頁/共44頁AB由F、I和L決定BF由B、I和L決定CI由B、F和L決定 DL由B、F和I決定答案答案：B第20頁/共44頁(1)內(nèi)容：伸開左手，讓拇指與其余四個(gè)手指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流方向，那么，拇指所指方向即為通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向(2)應(yīng)用：左手定則反映了磁場(chǎng)方向、電流方向以及電流受力方向三者之間的關(guān)系，在電流方向與磁場(chǎng)方向相垂直的情況下，知道這三個(gè)方向中的任意兩個(gè)，就可以用左手定則判斷出第三個(gè)的方向安培力方向的判斷安培力方向的判斷第21頁/共44頁(3)注意事項(xiàng)：不

11、管電流方向與磁場(chǎng)方向是否垂直，安培力方向總垂直于電流方向與磁場(chǎng)方向所確定的平面，當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心.(4)安培力的特點(diǎn)FB，F(xiàn)I，即F垂直于B和I確定的平面.(1)知道電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，可用左手定則唯一確定F的方向.(2)知道F和電流的方向，不能唯一確定磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，此時(shí)磁場(chǎng)B的方向可能是垂直于F而與I成任意角(0)的方向.第22頁/共44頁【例例2】 如圖545所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，可以 () 圖圖5-4-5A將a、c端接在電

12、源正極，b、d端接在電源負(fù)極B將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極C將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極D將a、c端接在交流電源的一端，b、d端接在交流電源的另一端第23頁/共44頁解析解析：A項(xiàng)中接法，螺線管上端由安培定則知為N極，MN中電流方向向右，由左手定則知MN垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)B項(xiàng)中接法使螺線管上端為S極，MN中電流由N到M，由左手定則可判斷B項(xiàng)正確同理可知C項(xiàng)錯(cuò)誤D項(xiàng)，當(dāng)ac端為正極、bd端為負(fù)極時(shí)，同A項(xiàng)；當(dāng)ac端變?yōu)樨?fù)極，bd端變?yōu)檎龢O時(shí)，同B項(xiàng)；故D項(xiàng)正確答案答案：ABD第24頁/共44頁【題后反思題后反思】 (1)安培定則、左手定則往往同時(shí)應(yīng)用應(yīng)特別注意，安培

13、定則是判斷電流的磁場(chǎng)方向，又稱右手螺旋定則，用右手判斷，而左手定則是用左手判斷電流的受力情況的(2)受到安培力作用的電流，也產(chǎn)生磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)對(duì)產(chǎn)生原磁場(chǎng)的磁場(chǎng)(或電流、或運(yùn)動(dòng)電荷)也有力的作用，這個(gè)力就是安培力的反作用力第25頁/共44頁如圖所示，表示磁場(chǎng)方向、電流方向及導(dǎo)線受力方向正確的圖是 ()解析解析：磁場(chǎng)方向和電流方向垂直時(shí)，安培力方向、磁場(chǎng)方向和電流方向垂直時(shí)，安培力方向、磁場(chǎng)方向和電流方向三者是兩兩垂直的，滿足左手定磁場(chǎng)方向和電流方向三者是兩兩垂直的，滿足左手定則故正確答案為則故正確答案為A.答案答案：A 第26頁/共44頁安培力的大?。喊才嗔Φ拇笮〔粌H與B、I、L有關(guān)，還與導(dǎo)線

14、在磁場(chǎng)中的放置方向有關(guān)(1)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，通電導(dǎo)線不受安培力(2)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，所受安培力最大，F(xiàn)maxBIL.(3)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，其所受安培力介于零和最大值之間如圖546所示安培力大小的計(jì)算安培力大小的計(jì)算第27頁/共44頁 圖圖5-4-6將B正交分解成BBsin和BBcos，而B對(duì)電流沒有作用，在此種情況下，F(xiàn)BIL即FBILsin.第28頁/共44頁(4)注意事項(xiàng)：公式適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l，等于兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度(如圖547所示)；相應(yīng)的電流方向，沿l由始端流向末端，因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效長(zhǎng)度l0，所以通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，

15、受到的安培力的矢量和一定為零圖圖5-4-7第29頁/共44頁【例例3】 如圖548所示，將長(zhǎng)度為20 cm，通有0.1 A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T，試求出各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向圖圖5-4-8第30頁/共44頁解析解析：本題考查左手定則的應(yīng)用及安培力大小的計(jì)算，由左手定則和安培力的計(jì)算公式可知解解：(1)因?qū)Ь€與磁感線平行，所以安培力為零(2)由左手定則知：安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右，大小FBIL10.10.2 N0.02 N.(3)磁場(chǎng)方向與電流方向仍是垂直的，由左手定則可知安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上，大小FBIL0.02 N.第31頁/共44頁【

16、題后反思題后反思】 (1)用左手定則判斷安培力的方向時(shí)，要注意安培力既與導(dǎo)線垂直又與磁場(chǎng)方向垂直，但磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線方向可成任意角(2)在利用FBILsin計(jì)算安培力的大小時(shí)，注意角為導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向的夾角第32頁/共44頁如圖549所示，在傾角為的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒，在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時(shí)，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，下列外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向正確的是 () 圖圖5-4-9第33頁/共44頁第34頁/共44頁答案答案：A第35頁/共44頁(1)電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運(yùn)用左手定則判斷出每小段電流元受安培力的方向，從而判斷

17、出整段電流所受合力的方向，最后確定運(yùn)動(dòng)方向(2)特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)第36頁/共44頁(3)等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵也可以等效成環(huán)形電流或通電螺線管通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析(4)利用結(jié)論法兩電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥 兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且方向相同的趨勢(shì)利用這些結(jié)論分析，可事半功倍第37頁/共44頁【例例4】 如圖5410所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的

18、軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖所示方向的電流后，判斷線圈如何運(yùn)動(dòng)？解析解析：解法一：把圓形線圈：解法一：把圓形線圈分成很多小段，每一小段可以看分成很多小段，每一小段可以看作一段直線電流，取其中的上下作一段直線電流，取其中的上下兩小段分析，其截面圖和受安培兩小段分析，其截面圖和受安培力的情況如右圖所示根據(jù)其中力的情況如右圖所示根據(jù)其中心對(duì)稱性可知，線圈所受安培力心對(duì)稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向磁鐵的合力水平向左，故線圈向磁鐵運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 圖圖5-4-10第38頁/共44頁解法二：我們還可以用等效法來分析將題圖中的環(huán)形電流根據(jù)安培定則可等效為一個(gè)小磁針，如下圖

19、(1)所示，所以磁鐵和線圈相互吸引，線圈將向磁鐵運(yùn)動(dòng)我們還可以將題圖中的條形磁鐵等效為環(huán)形電流，根據(jù)安培定則，其等效環(huán)形電流方向如下圖(2)所示由同向平行電流相互吸引可知，磁鐵和線圈相互吸引，線圈將向磁鐵運(yùn)動(dòng)答案答案：向磁鐵運(yùn)動(dòng)第39頁/共44頁【題后反思題后反思】 把整段電流分成很多段小直線電流，其中每一小段就是一個(gè)電流元先用左手定則判斷出每一小段電流元受到的安培力的方向，再判斷整段電流所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向這種方法叫電流元法環(huán)形電流可以等效為小磁針(或條形磁鐵)，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流，通電螺線管可以等效成很多的環(huán)形電流來分析這種方法稱為等效法第40頁/共44頁如圖5

20、411所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看) ()A順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升 圖圖5-4-11第41頁/共44頁解析解析：(1)電流元法：把直線電流等效為AO、OB兩段電流元，由左手定則可以判斷出AO段受力方向垂直紙面向外，OB段受力方向垂直紙面內(nèi)，因此，從上向下看AB將以中心O為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(2)特殊位置法：用導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力的方向向下，故導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下轉(zhuǎn)動(dòng)答案答案：A第42頁/共44頁第43頁/共44頁感謝您的觀看！第44頁/共44頁