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1、学学 习习 目目 标标思思 维维 启启 迪迪1.探究影响通探究影响通电导线所受安电导线所受安培力的因素培力的因素2.会用左手定会用左手定则判断安培力则判断安培力的方向，并能的方向，并能应用安培定则应用安培定则解决有关问题解决有关问题3.会用公式计会用公式计算安培力的大算安培力的大小小.电磁炮是一种理想的兵器电磁炮是一种理想的兵器其原理如图所示，把待发射的炮弹其原理如图所示，把待发射的炮弹(导体导体)放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作用一个载流导体在磁场力的大电流，使炮弹作用一个载流导体在磁场力的作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射
2、出作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去弹丸体积虽小，但由于初速特别高，所以去弹丸体积虽小，但由于初速特别高，所以具有很大动能，足以穿透厚钢板具有很大动能，足以穿透厚钢板(如图如图541所示所示)要提高发射速度，就要增大炮弹的加速时间要提高发射速度，就要增大炮弹的加速时间你知道该怎么可以做到吗？你知道该怎么可以做到吗？图图5-4-1第1页/共44页第2页/共44页一、探究影响通电导线受力的因素1在物理学中，把很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL称作_知识梳理知识梳理电流元不变的不变的无关无关第3页/共44页二、磁感应强度1定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力跟
3、电流I和导线长度L的乘积IL的_叫磁感应强度它是表示磁场的强弱和方向的物理量，通常用字母B表示比值第4页/共44页3物理意义：B是描述_性质的物理量4单位：国际单位制中是_，简称特，符号是T.5B是矢量，其方向就是磁场方向，即小磁针静止时N极的指向或N极的_方向三、安培力的方向1安培力：_在磁场中受到的力称为安培力安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力，它与静电力、摩擦力、重力、弹力等一样是一种性质力，不是按效果命名的力磁场特斯拉受力通电导线第5页/共44页2用左手定则判断通电导线在磁场中受到的安培力的方向：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并
4、使四指指向_的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向四、安培力的大小磁场中的通电导线，通常会受到安培力的作用，但并不等于“总是要受到安培力的作用”，安培力的大小不仅仅是由B、I、L三者决定，还与电流I和B之间的_有关电流夹角第6页/共44页1当通电导线与磁感线垂直时，即电流方向与磁感线方向垂直时，所受的安培力最大：F_.2当通电导线与磁感线不垂直时，如图542所示，电流方向与磁感线方向成角，通电导线所受的安培力为F_.3当通电导线与磁感线平行时，所受安培力为_.图图5-4-2BILBILsin0第7页/共44页五、磁电式电流表1构造：主要构件有蹄形磁铁、圆柱形铁芯、铝框、
5、线圈、转轴、螺旋弹簧、指针、接线柱2工作原理：当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用由左手定则可以判断，线圈左右两边所受的安培力方向相反，所以架在轴上的线圈就要_3线圈转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，线圈偏转的角度越大，所以从线圈偏转的角度就能判断通过的电流大小；线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也随之_转动改变第8页/共44页基础自测基础自测A随IL的乘积的增大而减小B随F的增大而增大C与F成正比，与IL成反比D与F及IL无关，由F和IL的比值确定解析解析：磁场中某一点的磁感应强度是由形成磁场的磁场中某一点的磁感应强度是由形成磁场的磁体
6、或电流的强度与分布情况决定的，与放入其中的磁体或电流的强度与分布情况决定的，与放入其中的电流元无关，电流元所起的作用仅仅是对磁场进行探电流元无关，电流元所起的作用仅仅是对磁场进行探测，从而确定该点磁场的磁感应强度，因此本题答案测，从而确定该点磁场的磁感应强度，因此本题答案为为D.答案答案：D第9页/共44页2有一小段通电导线，长为1cm，电流强度为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度B一定是()AB2TBB2TCB2TD以上情况都有可能答案答案：C第10页/共44页3如图543所示，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽的水银接触通电后，你预计会发生什么现
7、象？怎样解释这个现象？解析解析：注意两个隐含条件：注意两个隐含条件：(1)柔软的弹簧柔软的弹簧弹簧有伸缩性弹簧有伸缩性(2)弹簧下端刚好与水银接触弹簧下端刚好与水银接触弹簧很容易离开水银弹簧很容易离开水银图图5-4-3第11页/共44页答案答案：弹簧上下振动，电流交替通断发生这种现象的原因是：弹簧通入电流时，弹簧各相邻线圈中电流方向相同，线圈之间相互吸引，使弹簧收缩，则电路断开；电路断开后，因电流消失，线圈之间相互作用消失，因而弹簧恢复原来状态，电路又被接通，这个过程反复出现，使得弹簧上下振动，电路交替通断第12页/共44页4如图544所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在
8、圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图当圆盘高速绕中心轴OO转动时，通电直导线所受磁场力的方向是()A竖直向上B竖直向下C水平向里D水平向外答案答案：C图图5-4-4第13页/共44页5关于通电直导线所受安培力F，磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法正确的是()AF、B、I三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、I，但B不一定垂直于ICB必定垂直于F、I，但F不一定垂直于IDI必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B答案答案：B第14页/共44页第15页/共44页(1)在定义式中，通电导线必须垂直于磁场方向放置.因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有
9、关.导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同.通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零.(2)磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，与F、I、L无关.(3)通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向.关于磁感应强度关于磁感应强度B的定义式的理解的定义式的理解第16页/共44页(4)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中的“点电荷”.【例例1】有关磁感应强度的下列说法中，正确的是()A磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量B若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零第17页/共44页答案答案：A第18
10、页/共44页第19页/共44页AB由F、I和L决定BF由B、I和L决定CI由B、F和L决定DL由B、F和I决定答案答案：B第20页/共44页(1)内容：伸开左手，让拇指与其余四个手指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中所受安培力的方向(2)应用：左手定则反映了磁场方向、电流方向以及电流受力方向三者之间的关系，在电流方向与磁场方向相垂直的情况下，知道这三个方向中的任意两个，就可以用左手定则判断出第三个的方向安培力方向的判断安培力方向的判断第21页/共44页(3)注意事项：不管电流方向与磁场方向是否垂直，安培力方向总垂直于电流
11、方向与磁场方向所确定的平面，当电流方向与磁场方向不垂直时，仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心.(4)安培力的特点FB，FI，即F垂直于B和I确定的平面.(1)知道电流、磁感应强度的方向，可用左手定则唯一确定F的方向.(2)知道F和电流的方向，不能唯一确定磁感应强度B的方向，此时磁场B的方向可能是垂直于F而与I成任意角(0)的方向.第22页/共44页【例例2】如图545所示，一金属直杆MN两端接有导线悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以()图图5-4-5A将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B将b、d端接在电源正极，a、
12、c端接在电源负极C将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极D将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端第23页/共44页解析解析：A项中接法，螺线管上端由安培定则知为N极，MN中电流方向向右，由左手定则知MN垂直纸面向外运动B项中接法使螺线管上端为S极，MN中电流由N到M，由左手定则可判断B项正确同理可知C项错误D项，当ac端为正极、bd端为负极时，同A项；当ac端变为负极，bd端变为正极时，同B项；故D项正确答案答案：ABD第24页/共44页【题后反思题后反思】(1)安培定则、左手定则往往同时应用应特别注意，安培定则是判断电流的磁场方向，又称右手螺旋定则，用右手判断，而左
13、手定则是用左手判断电流的受力情况的(2)受到安培力作用的电流，也产生磁场，这一磁场对产生原磁场的磁场(或电流、或运动电荷)也有力的作用，这个力就是安培力的反作用力第25页/共44页如图所示，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向正确的图是()解析解析：磁场方向和电流方向垂直时，安培力方向、磁场方向和电流方向垂直时，安培力方向、磁场方向和电流方向三者是两两垂直的，满足左手定磁场方向和电流方向三者是两两垂直的，满足左手定则故正确答案为则故正确答案为A.答案答案：A 第26页/共44页安培力的大小：安培力的大小不仅与B、I、L有关，还与导线在磁场中的放置方向有关(1)当通电导线与磁场方向平行时，通电导
14、线不受安培力(2)当通电导线与磁场方向垂直时，所受安培力最大，FmaxBIL.(3)当通电导线与磁场方向斜交时，其所受安培力介于零和最大值之间如图546所示安培力大小的计算安培力大小的计算第27页/共44页图图5-4-6将B正交分解成B Bsin和B Bcos，而B 对电流没有作用，在此种情况下，FB IL即FBILsin.第28页/共44页(4)注意事项：公式适用于匀强磁场弯曲导线的有效长度l，等于两端点所连直线的长度(如图547所示)；相应的电流方向，沿l由始端流向末端，因为任意形状的闭合线圈，其有效长度l0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零图图5-4-7第29页/共4
15、4页【例例3】如图548所示，将长度为20cm，通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，已知磁感应强度B1T，试求出各图中导线所受安培力的大小和方向图图5-4-8第30页/共44页解析解析：本题考查左手定则的应用及安培力大小的计算，由左手定则和安培力的计算公式可知解解：(1)因导线与磁感线平行，所以安培力为零(2)由左手定则知：安培力方向垂直导线水平向右，大小FBIL10.10.2N0.02N.(3)磁场方向与电流方向仍是垂直的，由左手定则可知安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上，大小FBIL0.02N.第31页/共44页【题后反思题后反思】(1)用左手定则判断安培力的方向时，要注意安培力既与
16、导线垂直又与磁场方向垂直，但磁场方向与导线方向可成任意角(2)在利用FBILsin计算安培力的大小时，注意角为导线与磁场方向的夹角第32页/共44页如图549所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，在导体棒中的电流I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度B的大小和方向正确的是()图图5-4-9第33页/共44页第34页/共44页答案答案：A第35页/共44页(1)电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向(2)特殊位置法把电流或磁铁转到一
17、个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向通电导体在安培力作用下的运动通电导体在安培力作用下的运动第36页/共44页(3)等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析(4)利用结论法两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势利用这些结论分析，可事半功倍第37页/共44页【例例4】如图5410所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图所示方向的电流后，判断线圈如
18、何运动？解析解析：解法一：把圆形线圈：解法一：把圆形线圈分成很多小段，每一小段可以看分成很多小段，每一小段可以看作一段直线电流，取其中的上下作一段直线电流，取其中的上下两小段分析，其截面图和受安培两小段分析，其截面图和受安培力的情况如右图所示根据其中力的情况如右图所示根据其中心对称性可知，线圈所受安培力心对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向磁铁的合力水平向左，故线圈向磁铁运动运动图图5-4-10第38页/共44页解法二：我们还可以用等效法来分析将题图中的环形电流根据安培定则可等效为一个小磁针，如下图(1)所示，所以磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动我们还可以将题图中的条形磁铁等
19、效为环形电流，根据安培定则，其等效环形电流方向如下图(2)所示由同向平行电流相互吸引可知，磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动答案答案：向磁铁运动第39页/共44页【题后反思题后反思】把整段电流分成很多段小直线电流，其中每一小段就是一个电流元先用左手定则判断出每一小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向这种方法叫电流元法环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁)，条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可以等效成很多的环形电流来分析这种方法称为等效法第40页/共44页如图5411所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升图图5-4-11第41页/共44页解析解析：(1)电流元法：把直线电流等效为AO、OB两段电流元，由左手定则可以判断出AO段受力方向垂直纸面向外，OB段受力方向垂直纸面内，因此，从上向下看AB将以中心O为轴顺时针转动(2)特殊位置法：用导线转过90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力的方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下转动答案答案：A第42页/共44页第43页/共44页感谢您的观看！第44页/共44页