《3.4 通电导线在磁场中受到的力 课件(人教选修3-1)(精品).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3.4 通电导线在磁场中受到的力 课件(人教选修3-1)(精品).ppt（59页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、名师课堂名师课堂一点通一点通第第三三章章磁磁场场新知预习新知预习巧设计巧设计要点一要点一要点二要点二第第4 4节节通电通电导线导线在磁在磁场中场中受到受到的力的力创新演练创新演练大冲关大冲关随堂检测归纳小结随堂检测归纳小结课下作业综合提升课下作业综合提升要点三要点三1会用左手定则判断安培力的方向，会用左手定则判断安培力的方向，掌握安培力的方向与磁场方向和掌握安培力的方向与磁场方向和 电流方向的关系。电流方向的关系。2掌握匀强磁场中安培力大小的掌握匀强磁场中安培力大小的 公式，会分析安培力作用下导公式，会分析安培力作用下导 体的运动情况。体的运动情况。3了解磁电式电流表的构造和原理。了解磁电式电
2、流表的构造和原理。读教材读教材填要点填要点 1安培力的方向安培力的方向 (1)安培力：通电导线在安培力：通电导线在 中受的力。中受的力。(2)安培力的方向：安培力的方向：(左手定则左手定则)伸开左手，使拇指与其余四个手指伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从手掌在同一个平面内；让磁感线从 进入，并使四指进入，并使四指指向指向 ，这时，这时 所指的方向就是通电导线在所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。磁场中所受安培力的方向。磁场磁场垂直垂直掌心掌心 电流的方向电流的方向拇指拇指 (3)安培力方向的特点：安培力方向的特点：安培力方向与导线、磁
3、感应强度的方向都垂直，即垂安培力方向与导线、磁感应强度的方向都垂直，即垂直于导线、磁感应强度决定的平面。直于导线、磁感应强度决定的平面。关键一点关键一点安培力的方向与导线垂直，与磁感应强安培力的方向与导线垂直，与磁感应强度也垂直，但导线与磁感应强度不一定垂直。度也垂直，但导线与磁感应强度不一定垂直。ILBILBsin 3磁电式电流表磁电式电流表 (1)磁电式仪表的构造特点：磁电式仪表的构造特点：构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿靴与圆柱间的磁
4、场都沿 方向均匀分布，使线圈平面方向均匀分布，使线圈平面都与磁场方向都与磁场方向 ，使表盘刻度，使表盘刻度 。半径半径平行平行均匀均匀 (2)工作原理：如图工作原理：如图341所示所示是线圈在磁场中受力的示意图。当电是线圈在磁场中受力的示意图。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电流通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋
5、弹簧的形变也就越大，所以，越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，图图341从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。线圈中的电从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。电流的方向。(4)优缺点：优点是灵敏度高，可以测出优缺点：优点是灵敏度高，可以测出 的电流；的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。如果希望缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。如果希望它
6、测量较大的电流值，就要根据上一章的方法扩大其量程。它测量较大的电流值，就要根据上一章的方法扩大其量程。很弱很弱 试身手试身手夯基础夯基础 1人们把通电导线在磁场中受的力称为人们把通电导线在磁场中受的力称为_，判断安，判断安培力的方向用培力的方向用_。答案：答案：安培力左手定则安培力左手定则2关于磁电式电流表的以下说法，不正确的是关于磁电式电流表的以下说法，不正确的是 ()A指针稳定后，游丝形变产生的阻力与线圈所受到的安指针稳定后，游丝形变产生的阻力与线圈所受到的安 培力方向是相反的培力方向是相反的B通电线圈中的电流越大，电流表指针的偏转角度越大通电线圈中的电流越大，电流表指针的偏转角度越大C在
7、线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场D在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大 小有关，与所处位置无关小有关，与所处位置无关.解析：解析：游丝形变产生的阻力与安培力引起的动力从转动角游丝形变产生的阻力与安培力引起的动力从转动角度来看二力方向相反。电流表内磁场是均匀辐射磁场，在度来看二力方向相反。电流表内磁场是均匀辐射磁场，在线圈转动的范围内，不管线圈转到什么角度，它的平面都线圈转动的范围内，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处的磁场大小相等方向不同，跟磁感线平行，线圈所在各处
8、的磁场大小相等方向不同，所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，因此，选项安培力越大，指针转过的角度越大，因此，选项A、B、D正确，正确，C错。错。答案：答案：C3作图：画出如图作图：画出如图342中通电导线所受安培力方向或中通电导线所受安培力方向或电流方向。电流方向。图图342答案：答案：如图所示：如图所示：4如图如图343所示，在匀强磁场中放有通所示，在匀强磁场中放有通电导线，电流强度为电导线，电流强度为I，磁感应强度为，磁感应强度为B，求导线所受到的安培力的大小。求导线所受到的安培力的大小。解
9、析：解析：导线在纸平面内，所以导线在纸平面内，所以BI，所以，所以FBIL。答案：答案：BIL图图343 1安培力方向的判断安培力方向的判断左手定则左手定则 (1)在使用左手定则时，一定要让磁感线垂直或斜着在使用左手定则时，一定要让磁感线垂直或斜着进入掌心，切不可把手掌放反了。进入掌心，切不可把手掌放反了。(2)安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面。决定的平面。(3)安培定则与左手定则的选取原则：当已知磁感线安培定则与左手定则的选取原则：当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用安培定则的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，
10、选用安培定则判断电流的方向；当已知导体所受安培力的方向时，用左判断电流的方向；当已知导体所受安培力的方向时，用左手定则判断电流的方向。手定则判断电流的方向。2安培力大小的计算安培力大小的计算 (1)公式公式FILB中中L指的是指的是“有效长度有效长度”。当。当B与与I垂直垂直时，时，F最大，最大，FILB；当；当B与与I平行时，平行时，F0。(2)弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长，等于连接两端点直线的长度度(如图如图344所示所示)；相应的电流沿；相应的电流沿L由始端流向末端。由始端流向末端。图图344 名师点睛名师点睛 (1)公式公式FILBsin 中中是是B和
11、和I方向间夹角，不能盲目应方向间夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况分析。用题目中所给的夹角，要根据具体情况分析。(2)公式中的公式中的L可以理解为垂直于磁场方向的可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度有效长度”。1如图如图345所示，导线所示，导线abc为垂直折线，其中电流为垂直折线，其中电流为为I,abbcL，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感应强度为的磁感应强度为B，求导线，求导线abc所受安培力的大小和方向。所受安培力的大小和方向。图图345 思路点拨思路点拨利用利用FILB可以计算安培可以计算安培力的大小。力的大小。解析解
12、析法一：法一：ab段所受的安培力大小段所受的安培力大小FabILB，方向向右，方向向右，bc段所受的安段所受的安培力大小培力大小FbcILB，方向向上，所以，方向向上，所以该导线所受安培力为这两个力的合力，如图所示，该导线所受安培力为这两个力的合力，如图所示，FILB，方向沿，方向沿abc的角平分线向上。的角平分线向上。法二：法二：把导线把导线 abc等效成直导线等效成直导线ac，则等效长度，则等效长度acL，故安培力，故安培力FBI L ILB，方向垂直于，方向垂直于ac，即沿即沿abc的角平分线向上。的角平分线向上。对安培力公式对安培力公式FBIL sin 的正确理解是分析问题的正确理解是
13、分析问题的关键。本题中既可分段求解，然后求合力，又可采用的关键。本题中既可分段求解，然后求合力，又可采用等效方法进行计算。等效方法进行计算。不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动，在实际操作过程中，往往采用以下几种方法：生的运动，在实际操作过程中，往往采用以下几种方法：电流元法电流元法把整段导线分为许多段直电流元，先用左手定则把整段导线
14、分为许多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向所受合力的方向，从而确定导线运动方向等效法等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立特殊位特殊位置法置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置(如转如转过过90)，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向运动方向结论法结论法两平
15、行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势势转换研究转换研究对象法对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向的作用力，从
16、而确定磁体所受合力及运动方向 名师点睛名师点睛 (1)判断通电线圈等在磁场中的转动情况，要寻找具判断通电线圈等在磁场中的转动情况，要寻找具有对称关系的电流元。有对称关系的电流元。(2)利用特殊位置法时要注意利用通电导体所在位置利用特殊位置法时要注意利用通电导体所在位置的磁场特殊点的方向。的磁场特殊点的方向。2如图如图346所示，将通电直所示，将通电直导线导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关直导线可自由转动，则接通开关K的瞬间的瞬间 ()图图346AA端向上运动，端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变端向下运动，悬线张力不变BA端向下运动，
17、端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变端向上运动，悬线张力不变CA端向纸外运动，端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小端向纸内运动，悬线张力变小DA端向纸内运动，端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大端向纸外运动，悬线张力变大思路点拨思路点拨解答该题可按以下程序：解答该题可按以下程序：解析解析当开关当开关K接通时，根据安培定接通时，根据安培定则知电磁铁附近磁感线的分布如图所示，则知电磁铁附近磁感线的分布如图所示，由左手定则知通电直导线此时左端受力指由左手定则知通电直导线此时左端受力指向纸内，右端受力指向纸外，故导线将转动，转到与磁感向纸内，右端受力指向纸外，故导线将转动，转到与磁感线接
18、近垂直时，整个导线受到的磁场力将竖直向下，故悬线接近垂直时，整个导线受到的磁场力将竖直向下，故悬线张力变大，选项线张力变大，选项D正确。正确。答案答案D 判断安培力作用下通电导体判断安培力作用下通电导体(或通电线圈或通电线圈)的运动方向，的运动方向，首先应画出通电导体首先应画出通电导体(或通电线圈或通电线圈)所在位置的磁感线方向，所在位置的磁感线方向，然后根据左手定则确定导体然后根据左手定则确定导体(或线圈或线圈)所受安培力的方向，再所受安培力的方向，再由导体由导体(或线圈或线圈)的受力情况判断导体的受力情况判断导体(或线圈或线圈)的运动方向。的运动方向。(1)有安培力参与的物体平衡，此平衡与
19、前面所讲的有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲的物体平衡一样，只是多了一个安培力而已。物体平衡一样，只是多了一个安培力而已。(2)在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们学习的共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根学习的共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件列出平衡方程，其中重要的是在受力据共点力平衡的条件列出平衡方程，其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力。分析过程中不要漏掉了安培力。名师点睛名师点睛涉及安培力作用的问题，往往以立体图涉及安培力作用的问题，往往以立体图形出现，处理时要设法将立体图转化为平面
20、图，然后对形出现，处理时要设法将立体图转化为平面图，然后对物体进行受力分析，要注意安培力方向的确定。物体进行受力分析，要注意安培力方向的确定。3质量为质量为m，长度为，长度为L的导体棒的导体棒MN垂直导轨放置且静止于水平导轨垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过上，通过MN的电流为的电流为I，匀强磁场的，匀强磁场的磁感应强度为磁感应强度为B，垂直于电流方向且，垂直于电流方向且与导轨平面成与导轨平面成角斜向下，如图角斜向下，如图347所示，求棒所示，求棒MN所所受的支持力大小和摩擦力大小。受的支持力大小和摩擦力大小。图图347 思路点拨思路点拨正确画出棒正确画出棒MN的受力图示，然后列的受力图示，
21、然后列方程求解。方程求解。解析解析画出平面图，由左手定则判断画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对出安培力方向，对MN受力分析，如图所示，受力分析，如图所示，对导体棒对导体棒MN由平衡条件得：由平衡条件得：水平方向：水平方向：FfFsin，竖直方向：竖直方向：FNFcos mg，安培力安培力FBIL，所以，所以MN所受的支持力所受的支持力FNBILcos mg，所受摩擦力，所受摩擦力FfBILsin。答案答案BILcos mgBILsin 在对物体进行受力分析时，安培力的方向易画错，因在对物体进行受力分析时，安培力的方向易画错，因此应注意以下两点：此应注意以下两点：(1)受力分析时，将表示
22、磁场的箭头在受力图中标出，受力分析时，将表示磁场的箭头在受力图中标出，便于确定安培力的方向；便于确定安培力的方向；(2)画完图后，要检查一下，看安培力是否垂直于画完图后，要检查一下，看安培力是否垂直于B、I所决定的平面。所决定的平面。1(对应要点一对应要点一)如图如图348所示，所示，一段导线一段导线abcd位于磁感应强度大位于磁感应强度大小为小为B的匀强磁场中，且与磁场的匀强磁场中，且与磁场方向方向(垂直于纸面向里垂直于纸面向里)垂直。线垂直。线段段ab、bc和和cd的长度均为的长度均为L，且，且abcbcd135。流。流经导线的电流为经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。导线段，方向如图中
23、箭头所示。导线段abcd所所受到的磁场的作用力的合力受到的磁场的作用力的合力()图图348答案：答案：A2(对应要点二对应要点二)如图如图349所示的两条长直导线所示的两条长直导线AB和和CD相互垂直，其中相互垂直，其中AB固定，固定，CD可以以其中心为轴自可以以其中心为轴自由转动或平动，彼此相隔一段很小的距离，当分别通由转动或平动，彼此相隔一段很小的距离，当分别通以图示方向的电流以图示方向的电流I时，时，CD的运动情况是的运动情况是 ()A顺时针方向转动、同时靠近导线顺时针方向转动、同时靠近导线ABB顺时针方向转动、同时离开导线顺时针方向转动、同时离开导线ABC逆时针方向转动、同时靠近导线逆
24、时针方向转动、同时靠近导线ABD逆时针方向转动、同时离开导线逆时针方向转动、同时离开导线AB图图349解析：解析：导线导线AB左边的磁场方向向外，右边的磁场方向向左边的磁场方向向外，右边的磁场方向向里，所以导线里，所以导线CD左侧所受安培力方向向下，右侧所受安左侧所受安培力方向向下，右侧所受安培力方向向上，培力方向向上，CD将逆时针转动，当转动将逆时针转动，当转动90时，时，CD与与AB为平行同向电流，相互吸引，故为平行同向电流，相互吸引，故C正确。正确。答案：答案：C3(对应要点三对应要点三)如图如图3410所示，所示，在倾角为在倾角为的光滑斜面上，垂直的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为纸面
25、放置一根长为L，质量为，质量为m的直导体棒。在导体棒中的电流的直导体棒。在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度度B的大小和方向正确的是的大小和方向正确的是 ()图图3410答案：答案：A （1）通电导体在磁场中可以受安培力作用，安培力的）通电导体在磁场中可以受安培力作用，安培力的方向可由左手定则判断。方向可由左手定则判断。（2）安培力的大小由）安培力的大小由B、I、L及及B和和I间的夹角间的夹角共同决共同决定。定。（3）安培力的综合应用满足力学中的一切规律。）安培力的综合应用满足力学中的一切规律。点击下图进入点击下图进入“课下作业综合提升课下作业综合提升”