高二物理魯科版選修3-1課件：第1部分 第6章 第1節(jié)《探究磁場(chǎng)對(duì)電流的作用》

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歡迎進(jìn)入物理課堂 1 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱為安培力 2 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)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(zhǎng)度l的乘積 3 左手定則 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(chǎng)中的受力方向 4 安培力讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 電流計(jì)發(fā)揮作用 自學(xué)教材 1 概念對(duì)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 在通電導(dǎo)線長(zhǎng)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?磁場(chǎng) 控制變量法 磁感應(yīng) 強(qiáng)度 在磁感應(yīng)強(qiáng)度和通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度不變的情況下 改變電流的大小和方向 探究電流的和對(duì)安培力的影響 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(chǎng)中的 探究通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度對(duì)安培力的影響 大小 方向 長(zhǎng)度 3 結(jié)論在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí) 安培力的大小 F IlB 4 判斷安培力方向的方法 左手定則伸開左手 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(chǎng)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(duì)安培力的認(rèn)識(shí) 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 角時(shí) F IlBsin 當(dāng)B與I平行時(shí) F 0 2 公式F IlB和F IlBsin 中的l指的是 有效長(zhǎng)度 如圖6 1 2所示 彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)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(chǎng) 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(chǎng)方向和電流方向所決定的平面 在判斷時(shí)首先確定磁場(chǎng)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)左手定則判斷安培力的具體方向 2 當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí) 安培力的方向仍垂直于電流和磁場(chǎng)所決定的平面 所以仍可用左手定則來(lái)判斷安培力的方向 只是磁感線不再垂直穿過手心 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 先用左手定則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 北極由安培定則判定 1 把長(zhǎng)為L(zhǎng) 0 15m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(chǎng)中 使導(dǎo)體棒和磁場(chǎng)方向垂直 如圖6 1 3所示 若導(dǎo)體棒中的電流I 2 0A 方向向左 則導(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 2N 3 0 10 3N 由左手定則可知 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 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 原理 當(dāng)被測(cè)電流通入線圈時(shí) 線圈受安培力作用而轉(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(lái)看二力方向相反 電流計(jì)內(nèi)磁場(chǎng)是均勻輻射磁場(chǎng) 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(chǎng)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(wú)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 其中A B圖已知電流方向及其所受磁場(chǎng)力的方向 試判斷并在圖中標(biāo)出磁場(chǎng)方向 C D圖已知磁場(chǎng)方向及它對(duì)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(chǎng)的方向 電流的方向 安培力的方向三者遵守左手定則 電流的方向跟磁場(chǎng)的方向可以不垂直 但安培力的方向一定垂直于磁場(chǎng)和電流所決定的平面 解析 由左手定則判斷 A圖磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 B圖磁場(chǎng)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)用左手定則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)用左手定則時(shí) 無(wú)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 則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(chǎng)中放有下列各種形狀的通電導(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(hào)的意義計(jì)算 D圖 從a b的半圓形電流 分析圓弧上對(duì)稱的每一小段電流 受力抵消合并后 其有效長(zhǎng)度為ab F 2IRB 所以 F IlBsin 可以推廣到任意形狀的導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的受力計(jì)算 若在D圖中 用導(dǎo)線將ab接通形成閉合線圈 則ab弧受力與ab直徑受力方向剛好相反 故合力為零 所以 閉合的通電線圈受安培力為零 E圖中 F 0 本題考查對(duì)安培力大小計(jì)算公式的正確理解 F IlBsin IlB B 為磁場(chǎng)在垂直導(dǎo)線電流方向的分量 為有效磁場(chǎng) 或者F Il B 其中l(wèi) 為垂直于磁場(chǎng)方向的有效長(zhǎng)度 圖6 1 7 例3 在傾角為 的光滑斜面上 放置一通有電流I 長(zhǎng)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(chǎng)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(duì)斜面無(wú)壓力 外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向 審題指導(dǎo) 光滑 無(wú)摩擦力 靜止 合外力為零 圖6 1 8 1 圖6 1 8甲中若B最小 則F最小 F應(yīng)與支持力N垂直 此時(shí)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上 2 圖6 1 8乙中 斜面無(wú)壓力 則F應(yīng)與重力等大反向 此時(shí)磁場(chǎng)方向水平向左 1 必須先將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖 然后對(duì)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(chǎng)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 如圖所示 若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 則磁場(chǎng)的方向應(yīng)被限定在B1與B2之間 不包括B1 如圖所示 則B與正x軸方向的夾角 范圍為 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)線中通過如圖所示方向的電流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(chǎng)方向如圖中所示 由左手定則可得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 用左手定則確定各段通電導(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 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全