《探究磁場對電流的作用》參考課件3

第1節(jié)探究磁場對電流的作用課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道安培力的定義，會用F＝IlB計(jì)算B與I垂直情況下的安培力．2．掌握左手定則，會用左手定則判斷安培力的方向．3．知道電流表的基本構(gòu)造和基本原理．4．通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體會控制變量法在科學(xué)研究中的作用．重點(diǎn)難點(diǎn)：1.安培力大小的計(jì)算及方向的判斷．2．會解決與安培力相關(guān)的力學(xué)問題．課前自主學(xué)案一、科學(xué)探究——安培力1．安培力：物理學(xué)上把磁場對________的作用力叫安培力．2．實(shí)驗(yàn)探究安培力與哪些因素有關(guān)[實(shí)驗(yàn)器材]電磁鐵、蹄形磁鐵、直導(dǎo)線、電源、開關(guān)等．怎樣改變電磁鐵的磁場強(qiáng)弱？改變電磁鐵線圈中的_______．怎樣改變導(dǎo)線在磁場中的長度？將相同的________________并排放置，增加磁場的寬度，就可以很方便地改變電流在磁場中的長度．電流電流蹄形磁鐵[實(shí)驗(yàn)方案]在導(dǎo)線與磁場垂直的前提下，利用控制變量法研究安培力跟哪些因素有關(guān)．(1)接通電路，在通電導(dǎo)線長度和電流不變的情況下，改變電磁鐵中的電流強(qiáng)弱和方向，探究磁感應(yīng)強(qiáng)度的_______和_______對安培力的影響．(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)度與電流大小和方向不變的情況下，改變通電導(dǎo)線在磁場中的長度，探究通電導(dǎo)線的__________對安培力的影響．大小方向大小方向長度垂直[結(jié)論]研究表明，在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場______時，通電導(dǎo)線所受的安培力最大，等于________________、電流I和導(dǎo)線長度l的乘積，公式為F＝_________.3．左手定則：判斷安培力的方向，伸開左手，讓拇指與其余四指垂直，并與手掌在同一個平面內(nèi)，讓________垂直穿過手心，四指指向________方向，那么，拇指所指方向即為___________在磁場中的受力方向．二、安培力就在你身邊1．應(yīng)用：電流表、__________等都是安培力的應(yīng)用．磁感應(yīng)強(qiáng)度BBIl磁感線電流通電導(dǎo)線電動機(jī)2．電流計(jì)工作原理(1)圖6－1－1構(gòu)造(如圖6－1－1)：圓柱形鐵芯固定于__________________間，鐵芯外面套有纏繞著線圈并可轉(zhuǎn)動的鋁框，鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有指針和游絲．(2)原理：當(dāng)被測電流通入線圈時，線圈受安培力作用而轉(zhuǎn)動，線圈的轉(zhuǎn)動使游絲扭轉(zhuǎn)形變，產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩．當(dāng)安培力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動與游絲形變產(chǎn)生的阻礙達(dá)到平衡時，指針停留在某一刻度．_____越大，______就越大，_____________就越大．蹄形磁鐵兩極電流安培力指針偏角思考感悟放在電場中的電荷受電場力的作用，放在磁場中的通電導(dǎo)線或線圈一定受力的作用嗎？提示：不一定，若通電導(dǎo)線或線圈與磁場方向平行，則不受力的作用．核心要點(diǎn)突破一、安培力大小的計(jì)算1．當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時，F(xiàn)＝IlB.當(dāng)電流方向與磁場方向不垂直時，F(xiàn)＝IlBsinθ(θ是I和B之間的夾角)．當(dāng)通電導(dǎo)線的方向和磁場方向平行(θ＝0°或θ＝180°)時，安培力最小，等于零；當(dāng)θ＝90°時，安培力最大F＝IlB.2．計(jì)算時應(yīng)注意的問題(1)公式F＝IlBsinθ一般適用于勻強(qiáng)磁場，對于非勻強(qiáng)磁場一般只適用于很短的導(dǎo)體，但對某些特殊情況仍適用，比如兩平行直導(dǎo)體間的安培力．(2)若導(dǎo)線是彎曲的，此時公式F＝IlBsinθ中的l并不是導(dǎo)線的總長度，而應(yīng)是彎曲導(dǎo)線的“有效長度”．它等于連接導(dǎo)線兩端點(diǎn)直線的長度(如圖6－1－2所示)，相應(yīng)的電流方向沿兩端點(diǎn)連線由始端流向末端．圖6－1－2特別提醒：(1)公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角．(2)公式中的l可以理解為垂直于磁場方向的“有效長度”．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)1．如圖6－1－3所示，在勻強(qiáng)磁場中放有下列各種形式的通電導(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?。畧D6－1－3答案：見解析二、安培力方向的判斷方法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，在判斷安培力方向時首先確定磁場和電流所確定的平面，從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上，然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向．2．已知I、B的方向，可惟一確定F的方向；已知F、B的方向，且導(dǎo)線的位置確定時，可惟一確定I的方向；已知F、I的方向時，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能惟一確定．3．由于B、I、F的方向關(guān)系在三維立體空間中，所以解決該類問題時，應(yīng)具有較好的空間想像力．如果是在立體圖中，還要善于把立體圖轉(zhuǎn)換成平面圖．特別提醒：(1)F⊥I，F(xiàn)⊥B，但B與I不一定垂直．(2)要明確左、右手的使用：導(dǎo)線在磁場中“因電而動”(受安培力)用左手；導(dǎo)線“因電生磁”用右手．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)2．如圖6－1－4所示，表示磁場方向、電流方向及導(dǎo)線受力方向正確的圖是(

)圖6－1－4解析：選A.磁場方向和電流方向垂直時，安培力方向、磁場方向和電流方向三者是兩兩垂直的，滿足左手定則．三、安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動方向的判斷1．分析通電導(dǎo)線在安培力作用下運(yùn)動情況的一般步驟：(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)動定律確定導(dǎo)線的運(yùn)動情況．2．分析判斷的常用方法電流元法把整段導(dǎo)線分為多段直電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立特殊位置法通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特殊位置，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動方向結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向特別提醒：不管是電流還是磁體，對通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場來實(shí)現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況，然后結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運(yùn)動．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)3.如圖6－1－5所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入圖示方向的電流后，則線圈(

)圖6－1－5A．向左運(yùn)動B．向右運(yùn)動C．靜止不動

D．無法確定解析：選A.把通電線圈等效成小磁針．由安培定則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左運(yùn)動．(2011年廈門高二檢測)將長為20cm通有0.1A電流的直導(dǎo)線按不同方式放入一勻強(qiáng)磁場中，電流與磁場的方向如圖6－1－6所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T，試求出如圖6－1－6所示中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向．圖6－1－6課堂互動講練類型一安培力大小和方向的分析例1【精講精析】

對安培力大小的計(jì)算可利用F＝BILsinθ其中θ為電流方向與磁場方向的夾角，其方向的判斷可利用左手定則，故題目中(1)B∥I，不受安培力；(2)B⊥I，F(xiàn)＝BIL＝0.02N由左手定則知安培力方向水平向右；(3)B與I成150°角F＝BILsinθ＝0.01N，由左手定則知F方向垂直紙面向里．(4)B⊥I，F(xiàn)＝BIL＝0.02N方向垂直導(dǎo)線斜向左上方．【答案】

(1)F安＝0

(2)F安＝BIL＝0.02N，方向：水平向右(3)F安＝BILsinθ＝0.01N，方向：垂直紙面向里(4)F安＝BIL＝0.02N，方向：垂直導(dǎo)線斜向左上方【方法總結(jié)】

(1)公式F＝ILBsinθ中的θ是指導(dǎo)線與磁場方向的夾角，可以將Lsinθ理解為導(dǎo)線沿磁場方向的投影長度，不要亂分解B，造成混亂．(2)應(yīng)用左手定則判斷方向時，一定要搞清四手、大拇指、手掌、掌心的放置及相應(yīng)功能．

如圖6－1－7所示，把一通電直導(dǎo)線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由移動，當(dāng)導(dǎo)線中通以如圖所示方向的電流I時，試判斷導(dǎo)線的運(yùn)動情況？(從上向下看)圖6－1－7圖6－1－8圖6－1－9類型二安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動的判斷例2【精講精析】

(1)根據(jù)圖6－1－7所示的導(dǎo)線在蹄形磁鐵正上方時的特殊位置判斷其轉(zhuǎn)動情況．將導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩段，如圖6－1－8所示．由左手定則可得AO段受安培力方向垂直于紙面向外，即A端垂直紙面向外運(yùn)動．BO段受安培力的方向垂直紙面向里，即B端垂直紙面向里運(yùn)動．可見從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點(diǎn)逆時針轉(zhuǎn)動．(2)再根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時的特殊位置判斷其上下運(yùn)動情況．如圖6－1－9所示，導(dǎo)線AB此時受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運(yùn)動．(3)由上述兩個特殊位置的判斷可知，當(dāng)導(dǎo)線不在上述的特殊位置時，所受安培力使AB逆時針轉(zhuǎn)動的同時還要向下運(yùn)動．(從上向下看)【答案】從上向下看，導(dǎo)線逆時針轉(zhuǎn)動的同時向下運(yùn)動．【方法總結(jié)】判斷安培力作用下物體的運(yùn)動方向時，要根據(jù)具體問題選擇合適的判斷方法，有時要多種方法聯(lián)合應(yīng)用．利用電流元法分析時，要在合適的位置選取電流元；利用等效法分析時，要注意環(huán)形電流可等效為小磁針，通電螺線管可等效為條形磁鐵．(2011年三明高二質(zhì)檢)一根長為0.2m的金屬棒放在傾角為θ＝37°的光滑斜面上，并通以I＝5A電流，方向如圖6－1－10所示，整個裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.6T、豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，金屬棒恰能靜止在斜面上，則該棒的重力為多少？圖6－1－10類型三安培力作用下的力學(xué)綜合問題例3【自主解答】

以導(dǎo)體棒為研究對象，受力分析，將立體圖用