物理選修31第3章第4節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用力精品課件

1、,找來一塊蹄形磁鐵，把它慢慢地接近發(fā)光的白熾燈泡，可以看到燈絲會顫動起來 做一做這個實驗，并說明燈絲為什么會顫動 (提示：燈絲中通過的是交變電流),1人們把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為 ，判斷安培力的方向用 2研究靜電力時，用來檢驗電場強度的是 ，檢驗電荷受靜電力的方向與電場的方向 研究安培力時，用來檢驗磁感應(yīng)強度的是 ，電流元受力的方向、磁場的方向、電流的方向三者不但不在一條直線上，而且不在一個 里因此研究安培力問題要涉及三維空間,安培力,左手定則,檢驗電荷,相同或相反,電流元,平面,3通過實驗可得出，平行通電直導(dǎo)線之間有相互作用力，同向電流 ，異向電流 4中學(xué)實驗室使用的電流表是 電流表，它

2、所依據(jù)的物理學(xué)原理是 的關(guān)系 磁電式儀表的優(yōu)點是 ，可以測出很弱的電流；缺點是 ，允許通過的電流很弱(幾十微安到幾毫安),相互吸引,相互排斥,安培力與電流,靈敏度高,線圈的導(dǎo)線很細,磁電式,(1)概念：把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力 (2)安培力的方向 左手定則：如圖所示，伸開左手， 使拇指與其余四個手指垂直，并且 都與手掌在同一個平面內(nèi)讓磁感 線從掌心進入，并使四指指向電流 的方向，這時拇指所指的方向就 是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向.,說明：安培力的方向不僅跟磁場方向垂直，還跟電流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁場方向與電流方向所構(gòu)成的平面在判斷安培力方向時，應(yīng)首先判定這個平面，然

3、后再應(yīng)用左手定則 (3)安培力的大小 公式：FBIlsin 為磁感應(yīng)強度與通電導(dǎo)線之間的夾角,說明：A.當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時，即電流方向與磁感線垂直時，所受的安培力最大：FBIL. B當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時，所受安培力為零 C適用條件 只有在勻強磁場中，在通電導(dǎo)線與磁場方向垂直的情況下，F(xiàn)BIL才成立在非勻強磁場中，一般說來是不適用的，但在通電導(dǎo)線很短的情況下，可近似地認(rèn)為導(dǎo)線所處的地方是勻強磁場,特別提醒： (1)FI，F(xiàn)B，但B與I不一定垂直 (2)若已知B、I方向，F(xiàn)方向惟一確定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不惟一,如圖，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線不垂直時，可用左手定則判斷安

4、培力的方向嗎？ 答案：可以當(dāng)導(dǎo)線和磁感線不垂直時，把導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度B分解為平行導(dǎo)線的分量B和垂直導(dǎo)線的分量B，讓B垂直穿入手心，即可利用左手定則判斷出安培力的方向.,(1)電流表是測定電流強弱和方向的電學(xué)儀器 (2)實驗時經(jīng)常使用的電流表是磁電 式儀表，其構(gòu)造是：在一個磁性很 強的蹄形永久磁鐵的兩極間有一個 固定的圓柱形鐵芯，鐵芯外面套有 一個可以繞軸轉(zhuǎn)動的鋁框，上面繞 有線圈它的轉(zhuǎn)軸上裝有兩個螺旋 彈簧和一個指針線圈的兩端分別 接在這兩個螺旋彈簧上如圖,(3)蹄形磁鐵的鐵芯間的磁場是均勻地分布的，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行如圖,(4)磁場對電流的作用力跟電流成正

5、比，因而線圈中的電流越大，安培力產(chǎn)生的力矩也越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也就越大因此，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測電流的強弱 (5)電流表的特點 表盤的刻度均勻，I 靈敏度高，但過載能力差 滿偏電流Ig，內(nèi)阻Rg反映了電流表的最主要特性,特別提醒： 因為磁電式電流表的線圈很細，允許通過的電流很弱，所以在使用時一定注意表的量程，測量大電流時需要將表改裝,電流表的刻度為什么是均勻的？ 答案：由于磁場對電流的作用力跟電流成正比，所以電流表的通電線圈受到的力矩M1也跟被測的電流I成正比，即：M1nBIdLk1I，其中k1nBLd，另一方面，彈簧產(chǎn)生的力矩M2跟偏角成正比，即M2k2，其中k2是一

6、個由彈簧材料決定的比例恒量 由力矩平衡M1M2得k1Ik2，則有kI，其中k 也是一個恒量可見，電流表測量時指針偏轉(zhuǎn)的角度跟電流成正比，也就是說，這種電流表的刻度是均勻的,誤區(qū)1：安培定則與左手定則容易混淆 點撥：對比兩定則的作用安培定則判斷電流的磁場方向，注重手指的環(huán)繞方向；左手定則判斷通電導(dǎo)體受安培力的方向，注重的是相互垂直關(guān)系注意使用方法及各自的因果關(guān)系，加強安培定則和左手定則的針對性練習(xí),誤區(qū)2：有關(guān)安培力的綜合問題的分析方法 點撥：首先把立體圖改畫成易于分析的平面圖，如側(cè)視圖、剖視圖或俯視圖等 確定導(dǎo)線所在處磁場方向，根據(jù)左手定則確定安培力的方向 對通電導(dǎo)體進行受力分析、運動情況分析

7、后，列相應(yīng)方程求解,如圖所示，通電直導(dǎo)線A與圓形通電導(dǎo)線環(huán)B固定放置在同一水平面上，通有如圖所示的電流時，通電直導(dǎo)線A受到水平向_的安培力作用，當(dāng)A、B中電流大小保持不變，但同時改變方向時，通電直導(dǎo)線A所受的安培力方向水平向_,解析：利用安培定則先判定出B在A導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(磁感線)垂直于紙面向里，再利用左手定則判定直導(dǎo)線A受到的安培力水平向右；當(dāng)A、B中電流同時改變方向時，通電直導(dǎo)線A受到的安培力方向仍水平向右分析方法同上，也可采用靠近部分電流元電流方向，“同向相吸，反向排斥”來判斷，結(jié)果相同 答案：水平向右水平向右 點評：(1)判斷安培力作用下物體的運動方向，要根據(jù)具體問題選擇合適的判斷

8、方法 (2)利用電流元分析法，要在合適的位置選取電流元 (3)若磁感應(yīng)強度方向與電流方向不垂直，可將磁感應(yīng)強度B分解為與電流垂直分量和平行分量,在下圖中，標(biāo)出了磁場的方向、通電直導(dǎo)線中電流I的方向，以及通電直導(dǎo)線所受安培力F的方向，其中正確的是() 答案：C,如圖，在勻強磁場中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流強度為I，磁感應(yīng)強度為B，求各導(dǎo)線所受到的安培力 解析：本題考查對安培力計算公式的正確理解，F(xiàn)BILsinBIL，B為磁場在垂直導(dǎo)線電流方向的分量即為有效磁場或者FBIL，其中L為垂直于磁場方向的有效長度,A圖中FABILcos，此時不能死記公式，而寫成sin.可理解公式本質(zhì)是有效長度或有

9、效磁場，要正確分解 B圖中，不論導(dǎo)線怎么放，也會在紙平面內(nèi)，因此BI，故FBBIL. C圖是兩根導(dǎo)線組成的折線abc，整體受力實質(zhì)上是兩部分直導(dǎo)線分別受力的矢量和，其有效長度為ac(即從ac的電流)故FCBIL. D圖是從ab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(xiàn)D2BIR. 在E圖中，用導(dǎo)線將abc接通形成閉合線圈，各導(dǎo)線受力的矢量和為零，故合力為零所以，閉合的通電線圈受安培力為零FE0.,如圖所示導(dǎo)體框中電流為I，導(dǎo)體框垂直于磁場放置，磁場磁感應(yīng)強度為B，AB與CD相距為d，則在圖甲、乙兩種情況下，導(dǎo)體棒MN和MON受到的安培力為多少？(圖乙中MN

10、連線垂直于框架AB、CD),答案： BId 解析：在圖甲中由于棒MN垂直于磁場，故所受安培力為：F1BId/sin 在乙圖中MON的等效長度為MN連線，由題意可知等效長度為d. 故所受安培力為：F2BId.,要想提高磁電式電流表的靈敏度，可采用的辦法有 () A增加線圈匝數(shù) B增加永久性磁鐵的磁感應(yīng)強度 C增加線圈面積 D減小轉(zhuǎn)軸處摩擦 解析：蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻輻向分布的磁場放在其中的通電線圈不管轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，線框兩邊所受的力始終跟線框面垂直所以線框所受磁力矩在各位置時均為MNISB.,當(dāng)N、S、B一定時，線框所受力矩與通入的電流強度成正比 線框轉(zhuǎn)動時，通過轉(zhuǎn)

11、軸收緊兩根螺旋彈簧這樣，線圈在通電時除了受到磁力矩外，還受到彈簧的反抗力矩，當(dāng)兩種力矩平衡時，線圈停在一定的位置上電流越大，磁力矩越大，與它平衡的反抗力矩也應(yīng)越大，于是線圈轉(zhuǎn)角也越大磁力矩M1NISB，反抗力矩M2k，當(dāng)M1M2時，線圈停于某一位置，此時線圈偏轉(zhuǎn)角度I.可見，轉(zhuǎn)角與k、N、B、S、I有關(guān),可見，電流表靈敏度將隨著線圈匝數(shù)N、線圈面積S及磁感應(yīng)強度B的增大而提高，隨著螺旋彈簧扭轉(zhuǎn)系數(shù)k(即轉(zhuǎn)過1所需外力矩的大小)的增大而降低另外，減小摩擦也有利于靈敏度的提高，故選項A、B、C、D都正確 答案：ABCD 點評：解決該題的關(guān)鍵是，正確理解“靈敏度”的意義，在相同條件下，指針偏轉(zhuǎn)的角度

12、越大，則可以認(rèn)為電流表反應(yīng)越靈敏,關(guān)于磁電式電表的下列說法中正確的是() A指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的力矩與線圈受到的磁力矩方向是相反的 B通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大 C在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，各處的磁場都是勻強磁場 D在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，線圈所受磁力矩與電流有關(guān)，而與所處位置無關(guān) 答案：ABD,解析：當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩增大到與安培力產(chǎn)生的使線圈轉(zhuǎn)動的力矩平衡時，線圈停止轉(zhuǎn)動，即兩力矩大小相等、方向相反，故A選項正確，磁電式電流表蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻輻射分布的，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，均勻輻射分布的磁場特點是大小相等、方向不同，故C選項錯誤，

13、D選項正確，電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，故B選項正確.,(2009惠陽高二檢測)質(zhì)量為m0.02kg的通電細桿ab置于傾角為37的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d0.2m，桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)0.4，磁感應(yīng)強度B2T的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖所示現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的觸頭，試求出為使桿ab靜止不動，通過ab桿的電流范圍為多少？,解析：桿ab中的電流為a到b，所受的安培力方向平行于導(dǎo)軌向上當(dāng)電流較大時，導(dǎo)體有向上的運動趨勢，所受靜摩擦力向下；當(dāng)靜摩擦力達到最大時，磁場力為最大值F1，此時通過ab的電流最大為Imax；同理，當(dāng)電流最小時，應(yīng)該是導(dǎo)體受向上的最大靜摩擦力，此時

14、的安培力為F2，電流為Imin. 正確地畫出兩種情況下的受力圖，由平衡條件列方程求解 根據(jù)第一幅受力圖列式如下： F1mgsinF10 FNmgcos0，,F1FN， F1BImaxd 解上述方程得：Imax0.46A 根據(jù)第二幅受力圖 F2F2mgsin0， FNmgcos0， F2FN， F2BImind. 解上述方程得：Imin0.14A.,答案：0.14AI0.46A 點評：(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動狀態(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)果是一個范圍,電磁炮是利用磁場對電流的作用 力，

15、把電能轉(zhuǎn)變成機械能，使炮 彈發(fā)射出去的如圖所示，把兩 根長為s，互相平行的銅制軌道放在磁場中，軌道之間放有質(zhì)量為m的炮彈，炮彈架在長為l、質(zhì)量為M的金屬桿上，當(dāng)有大的電流I1通過軌道和炮彈時，炮彈與金屬架在磁場力的作用下，獲得速度v1時的加速度為a，當(dāng)有大的電流I2通過軌道和炮彈時，炮彈最終以最大速度v2脫離金屬架并離開軌道，設(shè)炮彈運動過程中受到的阻力與速度的平方成正比，求垂直于軌道平面的磁感應(yīng)強度多大？ (設(shè)金屬架與炮彈在運動過程中所受的總阻力與速度平方成正比),答案： 解析：設(shè)運動中受總阻力Ffkv2，炮彈與金屬架在磁場力和阻力的合力作用下加速，根據(jù)牛頓第二定律，獲得v1速度時，BI1lkv(Mm)a 當(dāng)炮彈速度最大時，有BI2lkv 解得垂直軌道的磁感應(yīng)強度為B .,如圖所示，天平右臂下面掛有一個矩形線圈寬為L，共N匝，線圈下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里利用這架天平如何測定磁場的磁感應(yīng)強度 (1)寫出測量方法 (2)磁感應(yīng)強度的表達式B_(用測量的物理量表示),解析：(1)在線圈中通入沿逆時針方向流動的電流I，在天平左右兩盤各加質(zhì)量分別為m1，m2的砝碼，天平平衡，由此就可得到磁感應(yīng)強度的大小 (2)線圈中通入電流I時，由左手定則，線圈底邊所受安培力方向豎直向下，由天平平衡得：m1