【課件】通電導(dǎo)線在磁場中受到的力-（人教版選修3-1）

第三章

磁場3.4磁場對通電導(dǎo)線的作用力一安培力二磁電式電流表三安培定則的應(yīng)用四安培力與動力學(xué)綜合問題一、安培力

二、磁電式電流表磁電式電流表即為中學(xué)物理常用的測量閉合回路電流大小的儀器。當(dāng)電流通過線圈時，導(dǎo)線受到安培力的作用，線圈左右兩邊所受安培力的方向相反，安裝在軸上的線圈就會轉(zhuǎn)動。線圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變。根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向。三、安培定律的應(yīng)用原因（電流方向）結(jié)構(gòu)（磁場方向）直線電流的磁場大拇指四指環(huán)形電流的磁場四指大拇指1.在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”2.磁場的疊加（1）磁感應(yīng)強度是矢量，計算時與力的計算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進(jìn)行合成與分解；（2）兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)生的磁場在該處的磁感應(yīng)強度疊加而成的。思維升華：解決磁場的疊加的思路和步驟（1）根據(jù)安培定則確定各導(dǎo)線在某點產(chǎn)生的磁場方向；（2）判斷各分磁場的磁感應(yīng)強度的大小關(guān)系；（3）根據(jù)矢量合成法則確定合磁場的大小和方向。通電導(dǎo)體在安培力作用下常用的判斷方法四、安培力與動力學(xué)綜合問題1.分析導(dǎo)體在磁場中平衡和加速問題的思路（1）確定要研究的導(dǎo)體；（2）按照已知力-重力-安培力-彈力-摩擦力的順序，對導(dǎo)體受力分析；（3）分析導(dǎo)體的運動情況；（4）根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列式求解。2.受力分析的注意事項（1）安培力的方向特點：F?B，F(xiàn)?I，即F垂直于B和I決定的平面；（2）安培力的大?。簯?yīng)用公式F=BILsinθ計算彎曲導(dǎo)致在勻強磁場中所受的安培力的大小時，有效長度L等于曲線兩端點的直線長度；（3）視圖轉(zhuǎn)換：對于安培力作用下的力學(xué)問題，導(dǎo)體棒的受力往往分布在三維空間的不同方向上，這時應(yīng)利用俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等，變立體圖為二維平面圖。安培力做功的實質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)化。①.安培力做正功：將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線或轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。②.安培力做負(fù)功：將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后或儲存或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。題點知識精講通電導(dǎo)線在磁場中的轉(zhuǎn)動1.轉(zhuǎn)動情況線圈受到的力使它順時針轉(zhuǎn)動，線圈由于慣性會越過平衡位置，線圈受到的力使它順時針轉(zhuǎn)動。①.平衡位置是指線圈平面與磁感線垂直的位置，此時線圈相對的兩邊電流方向相反，所受的力方向也相反，大小相等。②.上面的線圈會在平衡位置往返擺動，最終停在平衡位置不再轉(zhuǎn)動。③.應(yīng)用與實例a.直流電動機(a)構(gòu)造：由換向器、線圈、蹄形磁鐵、電刷組成。(b)原理：直流電動機是利用通電線圈在磁場里受力轉(zhuǎn)動的原理制成的。(c)換向器的作用：每當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過平衡位置時，換向器自動改變線圈中的電流方向。(d)能量轉(zhuǎn)化：電能轉(zhuǎn)化為機械能。(e)改變直流電動機轉(zhuǎn)動方向的方法：A.改變通電線圈中的電流方向，即把電源的兩極對調(diào)。B.改變磁感線的方向，即把磁鐵的兩極對調(diào)。(f)改變直流電動機轉(zhuǎn)速的方法：改變線圈中電流的大小。b.磁電式電流表(a)基本組成部分：磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈。(b)工作原理：磁場的方向總沿著經(jīng)線均勻輻射地分布，在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強度的大小總是相等的，保證B的大小不發(fā)生變化，且安培力的方向與線圈垂直。

A、B、C、根據(jù)安培定則判斷知：左側(cè)導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場方向向里，在c點產(chǎn)生的磁場方向向外，右側(cè)導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場方向向里，在b點產(chǎn)生的磁場方向向外，根據(jù)磁感線的疏密表示磁場的強弱，可知離直導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場越弱，可知：a處磁感線比c處密，則a處的磁感應(yīng)強度大小比c處的大．由磁場的疊加可知：a、c兩處的磁感應(yīng)強度方向相反．故A正確，BC錯誤；D、由于左右側(cè)導(dǎo)線在b處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向相反，大小相等，所以b處的磁感應(yīng)強度為零，故D正確．故選：AD．如圖所示，兩根平行放置的長直導(dǎo)線a和b載有方向相同的電流，i1大于i2，a受到的磁場力大小為F1，此時b受到的磁場力大小為F2，則（）A．F1=F2，為吸引力 B．F1=F2，為排斥力 C．F1＞F2，為吸引力 D．F1＜F2，為排斥力解：兩導(dǎo)線分別在對方的磁場中受到磁場力的作用；二者為作用力和反作用力；故二力大小相等，兩電流通以同向電流，則二者相吸引，故a受力向右，b受力向左；故A正確；BCD錯誤；故選：A．如圖所示，一個條形磁鐵放在水平放置的臺秤上，在它正中央的上方固定著一條垂直于紙面的水平導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，如果給導(dǎo)線通以垂直于紙面向外的電流，則（）A．臺秤的示數(shù)增大B．臺秤的示數(shù)減小C．臺秤的示數(shù)不變D．以上說法都不正確B試題分析：轉(zhuǎn)化研究對象法，對導(dǎo)線受理分析可知，導(dǎo)線會受到磁鐵對其向下的安培力，由牛頓第三定律可知，導(dǎo)線會對條形磁鐵豎直向上的反作用力，則臺秤壓力減小，示數(shù)減小，B正確。如圖所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L，其間有豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。垂直于導(dǎo)軌水平對稱放置一根均勻金屬棒。從t=0時刻起，棒上有如圖所示的持續(xù)交流電流I，周期為T，最大值為Im，圖1中I所示方向為電流正方向。則金屬棒（）A.一直向右移動B.速度隨時間周期性變化C.受到的安培力隨時間周期性變化D.受到的安培力在一個周期內(nèi)做正功ABC試題分析:由圖知在0-T/2時間內(nèi)根據(jù)左手定則可判斷金屬棒受向右的安培力，且安培力的大小F=BIL保持不變，再根據(jù)牛頓第二定律F=BIL=ma，知金屬棒先向右做勻加速運動，在T/2-T時間內(nèi)，電流變?yōu)榉捶较?，同理安培力方向向左，大小不變，故金屬棒向右做做勻減速運動，T時刻速度恰好減為零，然后重復(fù)運動，其v-t圖如圖所示:故A、B、C正確；受到的安培力在一個周期內(nèi)先做正功，后做負(fù)功，故D錯誤。一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈上L2互相絕緣垂直放置，且兩個線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通以如圖所示的電流時，從左向右看，則線圈Ｌ1將().A.不動B.順時針轉(zhuǎn)動C.逆時針轉(zhuǎn)動D.向紙面內(nèi)平動思路分析：方法一：利用結(jié)論法環(huán)形電流L1、L2之間不平行，則必有相對轉(zhuǎn)動，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動方向應(yīng)是：從左向右看線圈L1順時針轉(zhuǎn)動.方法二：等效分析法把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流L2的中心，通電后，小磁針的N極應(yīng)指向環(huán)形電流L2的磁場方向，由安培定則知L2產(chǎn)生的磁場方向在其中心豎直向上，而L1等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動前N極應(yīng)指向紙內(nèi)，因此應(yīng)由向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈Ｌ1順時針轉(zhuǎn)動.方法三：直線電流元分