【三維設(shè)計(jì)】2013高中物理 第1部分第1節(jié) 探究磁場對電流的作用課件 魯科版選修3-1

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1、返回,第,,1,,節(jié),,,探究磁場對電流的作用,理解教材新知,把握熱點(diǎn)考向,應(yīng)用創(chuàng)新演練,,,,,,知識點(diǎn)一,知識點(diǎn)二,,考向一,考向二,,,,隨堂基礎(chǔ)鞏固,,課時(shí)跟蹤訓(xùn)練,第,6,章,,,磁場對電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用,考向三,考向四,1.,磁場對電流的作用力稱為安培力。,,2,．在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)通電直導(dǎo)線與,,磁場方向垂直時(shí)，通電導(dǎo)線所受的安培力最大，等于磁感應(yīng)強(qiáng)度,B,、電流,I,和導(dǎo)線長度,l,的乘積。,3．左手定那么：伸開左手，讓拇指,,與其余四指垂直，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)線在磁場中的受力方向。,,4．安培力讓電動(dòng)機(jī)

2、轉(zhuǎn)動(dòng)、電流計(jì),,發(fā)揮作用。,[,自學(xué)教材,],1,．概念,,,,對電流的作用力。,,,2,．科學(xué)探究：安培力與哪些因素有關(guān),,,(1),探究方法：,,，且保持通電導(dǎo)線與磁感線垂直。,,,(2),探究過程：,,①在通電導(dǎo)線長度和電流不變的情況下，改變,,,，探究磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向?qū)Π才嗔Φ挠绊憽?磁場,控制變量法,磁感應(yīng),強(qiáng)度,②在磁感應(yīng)強(qiáng)度和通電導(dǎo)線在磁場中的長度不變的情況下，改變電流的大小和方向，探究電流的,,,和,,對安培力的影響。,,③在磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流的大小和方向不變的情況下，改變通電導(dǎo)線在磁場中的,,，探究通電導(dǎo)線在磁場中的長度對安培力的影響。,大小,方向,長度,3,．結(jié)論,,在

3、勻強(qiáng)磁場中，通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)，安培力的大?。?F,＝,,。,IlB,4．判斷安培力方向的方法——左手定那么,,伸開左手，讓拇指與其余四指,,，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁,,感線 穿過手心，四指指向 方,,向，那么，拇指所指方向即為通電直,,導(dǎo)線在磁場中的 方向。(如圖6－,,1－1所示),圖,6,－,1,－,1,垂直,垂直,電流,受力,[,重點(diǎn)詮釋,],1,．對安培力的認(rèn)識,,,(1),安培力的計(jì)算方法：,,當(dāng),B,與,I,垂直時(shí)，,F,＝,IlB,；當(dāng),B,與,I,成,θ,角時(shí)，,F,＝,IlB,sin,θ,；當(dāng),B,與,I,平行時(shí)，,F,＝,0,。,(2)公

4、式F＝IlB和F＝IlBsinθ中的l指的是“有效長度〞，如圖6－1－2所示，彎曲導(dǎo)線的有效長度l等于連接兩端點(diǎn)直線的長度，相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。,圖,6,－,1,－,2,(3),安培力公式適用于勻強(qiáng)磁場，或通電導(dǎo)線所處區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向相同。,2．安培力的方向,,(1)安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面，在判斷時(shí)首先確定磁場和電流所確定的平面，從而判斷安培力的方向在哪一條直線上，然后再根據(jù)左手定那么判斷安培力的具體方向。,,(2)當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流和磁場所決定的平面，所以仍可用左手定那么來判斷安培力的方向，只是磁感線不再

5、垂直穿過手心。,3．判斷通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向的方法,,(1)電流元分析法：把整段電流分成很多小段直線電流，其中每一小段就是一個(gè)電流元。先用左手定那么判斷每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。,(2)特殊位置分析法：根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力的方向，判斷其運(yùn)動(dòng)方向，然后推廣到一般位置。,,(3)等效分析法：環(huán)形電流可等效為小磁針，通電螺線管可等效為條形磁鐵，其南、北極由安培定那么判定。,1．把長為L＝0.15 m的導(dǎo)體棒置于磁感,,應(yīng)強(qiáng)度為B＝1.0×10－2T的勻強(qiáng)磁場,,中，使導(dǎo)體棒和磁場方向垂直，如,,圖6－1－3所

6、示，假設(shè)導(dǎo)體棒中的電流,,I＝2.0 A，方向向左，那么導(dǎo)體棒受到,,的安培力大小F＝______N，安培力的方向?yàn)樨Q直向________。(選填“上〞或“下〞),圖,6,－,1,－,3,解析：導(dǎo)體棒所受安培力,,F＝ILB＝2.0×0.15×1.0×10－2 N＝3.0×10－3 N。,,由左手定那么可知，安培力的方向豎直向下。,,答案：3.0×10－3　下,(1),電流表、,,等都是安培力的應(yīng)用。,,,(2),電流計(jì)工作原理：,,①構(gòu)造：圓柱形鐵芯固定于,,間，鐵芯外面套有纏繞著線圈并可轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁框，鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有指針和游絲。,電動(dòng)機(jī),蹄形磁鐵兩極,②原理：當(dāng)被測電流通入線圈時(shí)，,,線圈受

7、安培力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),,使游絲扭轉(zhuǎn)形變，產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的,,力矩。當(dāng)安培力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)與游絲形變,,產(chǎn)生的阻礙達(dá)到平衡時(shí)，指針停留在某,,一刻度。,,越大，安培力就越大，,,,就越大。,圖,6,－,1,－,4,電流,指針偏角,解析：,游絲形變產(chǎn)生的阻力力矩與安培力引起的動(dòng)力力矩平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故從轉(zhuǎn)動(dòng)角度來看二力方向相反。電流計(jì)內(nèi)磁場是均勻輻射磁場，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，線圈所在各處的磁場大小相等方向不同，所以安培力與電流大小有關(guān)而與所處位置無關(guān)，電流越大，安培力越大，指針轉(zhuǎn)過的角度越大。,,答案：,C,[例1]　如圖6－1－5所示，其

8、中A、B圖電流方向及其所受磁場力的方向，試判斷并在圖中標(biāo)出磁場方向。C、D圖磁場方向及它對電流作用力的方向，試判斷電流方向或電源的正負(fù)極并在圖中標(biāo)出。,圖,6,－,1,－,5,[思路點(diǎn)撥]　磁場的方向、電流的方向、安培力的方向三者遵守左手定那么，電流的方向跟磁場的方向可以不垂直，但安培力的方向一定垂直于磁場和電流所決定的平面。,,[解析]　由左手定那么判斷：A圖磁場方向垂直紙面向外；B圖磁場方向在紙面內(nèi)垂直F向下；C、D圖電流方向均垂直于紙面向里。,,[答案]　見解析,(1)運(yùn)用左手定那么判定安培力的方向時(shí)，注意圖形的轉(zhuǎn)化，將抽象的立體圖形轉(zhuǎn)化為便于受力分析的圖形。,,(2)運(yùn)用左手定那么時(shí)，

9、無論B、I是否垂直，一定要讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流的方向，那么拇指所指方向即為安培力的方向。,[例2]　如圖6－1－6所示，在勻強(qiáng)磁場中放有以下各種形狀的通電導(dǎo)線，電流為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求各導(dǎo)線所受到的安培力的大小。,圖,6,－,1,－,6,[,思路點(diǎn)撥,],,根據(jù)公式,F,＝,IlB,中各符號的意義計(jì)算。,D圖，從a→b的半圓形電流，分析圓弧上對稱的每一小段電流，受力抵消合并后，其有效長度為ab。F＝2IRB。,,所以，F(xiàn)＝IlB sin α，可以推廣到任意形狀的導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中的受力計(jì)算。,,假設(shè)在D圖中，用導(dǎo)線將ab接通形成閉合線圈，那么ab弧受力與ab直徑受力方向剛好相反

10、，故合力為零。所以，閉合的通電線圈受安培力為零。E圖中，F(xiàn)＝0。,此題考查對安培力大小計(jì)算公式的正確理解，F(xiàn)＝IlBsinθ＝IlB⊥，B⊥為磁場在垂直導(dǎo)線電流方向的分量，為有效磁場?；蛘逨＝Il⊥B，其中l(wèi)⊥為垂直于磁場方向的有效長度。,圖,6,－,1,－,7,[,例,3],,在傾角為,θ,的光滑斜面上，,,放置一通有電流,I,，長,l,，質(zhì)量為,m,的導(dǎo),,體棒，如圖,6,－,1,－,7,所示，試問：,,,(1),欲使棒靜止在斜面上，外加勻,,強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,B,的最小值和方向。,,,(2),欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力，外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,B,的大小和方向。,[審題指導(dǎo)]　

11、“光滑〞→無摩擦力、“靜止〞→合外力為零，,圖,6,－,1,－,8,(1)圖6－1－8甲中假設(shè)B最小，那么F最小，F(xiàn)應(yīng)與支持力N垂直，此時(shí)磁場方向垂直斜面向上。,,(2)圖6－1－8乙中，斜面無壓力，那么F應(yīng)與重力等大反向，此時(shí)磁場方向水平向左。,(1),必須先將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖，然后對物體受力分析，要注意安培力方向的確定。最后根據(jù)平衡條件或物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)列出方程。,,,(2),注意靜摩擦力可能有不同的方向，因而求解結(jié)果是一個(gè)范圍。,在上例題中，分析棒有可能靜止在斜面上且要求,B,垂直于,l,，應(yīng)加外磁場的方向范圍。,解析：如圖建立直角坐標(biāo)系，棒在斜面,,上受重力mg和支持力N，如下圖，假設(shè)

12、,,使棒能在斜面上平衡，安培力F的范圍,,將被限定在F1與F2之間，并且F的方向,,應(yīng)包括F2的方向，但不包括F1的方向，那么磁場的方向應(yīng)被限定在B1與B2之間(不包括B1)，如下圖。那么B與正x軸方向的夾角α范圍為：θ＜α≤π。,,答案：見解析,圖,6,－,1,－,9,[例4]　如圖6－1－9所示，把一通,,電直導(dǎo)線AB放在蹄形磁鐵磁極的正上,,方，導(dǎo)線可以自由移動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線中通過,,如下圖方向的電流I時(shí)，試判斷導(dǎo)線的,,運(yùn)動(dòng)情況。,[解析]根據(jù)圖甲所示的導(dǎo)線所,,處的特殊位置判斷其轉(zhuǎn)動(dòng)情況，將,,導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩,,段，AO、BO段所處的磁場方向如,,圖中所示。由左手定那么可得AO段受安培力的方向垂直紙面向外，BO段受安培力的方向垂直紙面向里，可見從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。,再根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過,90°,時(shí)的特殊位置判斷其上下運(yùn)動(dòng)情況。如圖乙所示，導(dǎo)線,AB,此時(shí)受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運(yùn)動(dòng)。所以，導(dǎo)線在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要向下運(yùn)動(dòng)。,,,[,答案,],,從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向下運(yùn)動(dòng),分析在安培力作用下通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的一般步驟：,,(1)畫出通電導(dǎo)線所在處的磁感線方向及分布情況,,(2)用左手定那么確定各段通電導(dǎo)線所受安培力,,(3)據(jù)初速度方向結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況。,