3.4.1通电导线在磁场中受到的力-2021-2022学年高中物理课件(人教版选修3-1).pptx

1、3.4.1 3.4.1 通电导通电导线在磁场中受到的线在磁场中受到的力力磁通量磁通量(Wb)(Wb)=BS=BS学科网学科网知识回顾知识回顾垂直于纸面向里的磁场垂直于纸面向外的磁场垂直于纸面向里的电流垂直于纸面向外的电流竖直向下的磁场竖直向上的磁场磁场和通电导线的平面图画法电场电荷磁场通电导线安培力安培力定义：定义：通电导线在磁场中通电导线在磁场中受到的受到的力称力称为安培力。为安培力。一一安培力的方向安培是历史上最早通过实验发现磁场对通电导线有力的作用的科学家，他是电动力学的创始人，被誉为是“电学中的牛顿”，在电磁学上面有杰出的贡献。通电导线在磁场中受到的力安培力安德烈玛丽安培1. 1. 实

2、验探究实验探究观察观察思考：安培力思考：安培力方向方向与什么因素有关？与什么因素有关？演示演示实验实验( (控制变量法控制变量法):):(1)(1)、改变改变导线中导线中电流的方向电流的方向，观察，观察受受力方向力方向是否改变。是否改变。(2)(2)、改变磁场的方向改变磁场的方向，观察，观察受力方向受力方向是否变化。是否变化。与与电流方向和磁场方向有关电流方向和磁场方向有关次数次数磁场方向磁场方向电流方向电流方向安培力方向安培力方向图图4312向上向上向下向下垂直于纸面垂直于纸面向外向外垂直于纸面垂直于纸面向外向外垂直于纸面垂直于纸面向里向里水平水平向右向右水平水平向左向左水平水平向左向左水平

3、水平向右向右FFFF结论：结论：安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直实验现象实验现象IBFFIBFIBIBF只交换磁极位置只交换磁极位置只改变电流方向只改变电流方向同时改变电流和磁场方向同时改变电流和磁场方向受力方向受力方向改变改变受力方向受力方向改变改变受力方向受力方向不变不变实验结果：实验结果：安培力安培力方向与电流方向与电流方向方向、磁场方向有关。、磁场方向有关。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垂直垂直，并且都与手掌在，并且都与手掌在同一同一平面内平面内；让磁感线；让磁感线从掌心进入从掌心进入，并使四指指向电

4、流的方向，这时拇指所指，并使四指指向电流的方向，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。的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。BIF说明：说明：FI,FB,FB、I决定的平面决定的平面。但。但B、I不一定垂直。不一定垂直。左手定则左手定则 伸开伸开左手，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；内；让磁感线从让磁感线从掌心掌心进入进入，并使，并使四指四指指向电流的方向，这时指向电流的方向，这时拇指拇指所指的所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。四指 电流磁感

5、线磁感线 穿穿手心手心 大拇指大拇指 受受力力X(F)oIF注意：注意：oIFFIFIFIIFI立体图转平面图，物理学规定立体图转平面图，物理学规定“叉进点出叉进点出”，具体：，具体：F垂直于纸面向里的磁场垂直于纸面向外的磁场垂直于纸面向里的电流垂直于纸面向外的电流( (1)1)F FB B，F FI I，即即F F 垂直垂直于于B B、I I决定的平面决定的平面(2)(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不用左手定则来判断

6、安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心再垂直穿过手心安培力方向的特点安培力方向的特点当当电流与磁场方向夹角为电流与磁场方向夹角为时时:BFBBIBI注意注意：F一定与一定与B垂直，一定与垂直，一定与I垂直；即安培力垂直于电流和磁场所在的垂直；即安培力垂直于电流和磁场所在的平面平面.但但B与与I 不一定垂直不一定垂直.安培定则安培定则左手定则左手定则用途用途判断电流产生的判断电流产生的磁场方向磁场方向判断电流在磁场中的判断电流在磁场中的受力方向受力方向因果关系因果关系电流是因电流是因磁场是果磁场是果电流和磁场都是因电流和磁场都是因安培力是果安培力是果安培定则与左手定则对比理解安培定则与左手定则

7、对比理解安培定则和左手定则的比较安培定则左手定则应用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向内容具体情况直流电流环形电流或通电螺旋管电流在磁场中条件拇指指向电流的方向四指指向电流的环绕方向磁感线穿手心，四指指向电流方向结果四肢弯曲是方向表示磁感线方向拇指指向轴线上磁感线的方向 拇指指向电流受到的安培力反向问题问题: :如如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用 用学过的知识加以分析用学过的知识加以分析同向电流相互吸引。同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。反向电流相互排斥。结论结论: :FFF同向电流同向电流F反向电流反向

8、电流旋转的液体旋转的液体 如如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中放入盐水，圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中放入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N N 极在下，极在下，S S 极在上，盐水就会旋转极在上，盐水就会旋转起来。起来。【典型案例典型案例梳理】梳理】1 1直线电流与直线电流间的作用直线电流与直线电流间的作用：（1 1）平行同向直线电流间作用是平行同向直线电流间作用是相互吸引相互吸引，如图甲所示。，如图甲所示

9、。（2 2）平行反向直线电流间作用是平行反向直线电流间作用是相互排斥相互排斥，如图乙所示。，如图乙所示。（3 3）相互交叉直线电流间作用是相互交叉直线电流间作用是转动成为同向电流同时相互吸引转动成为同向电流同时相互吸引，如图所示。如图所示。思考：如图所示，通电直导线AB固定，CD可以自由移动，请你判断通电后CD的运动情况两相交直导线间的相互作用：有转到同向的趋势。ABDCFF2环形电流与环形电流间的作用环形电流与环形电流间的作用（1）平行同向环形电流间作用是平行同向环形电流间作用是相互吸引相互吸引，如图所示。（2）平行反向环形电流间作用是平行反向环形电流间作用是相互排斥相互排斥，如图所示。（3

10、）相互交叉环形电流间作用是相互交叉环形电流间作用是转动成为同向电流同时相互吸引转动成为同向电流同时相互吸引，如图所示。电流元法电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向判断整段导线所受安培力的方向，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成条形磁铁或多个环形电流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( (反过来反过来等效也成立等效也成立) )，然后根据磁体间或电流间的作用

11、规律判断，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法特殊位置法特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向其运动方向结论法结论法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；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋

12、势转换研究对转换研究对象法象法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，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向受合力及其运动方向例例. 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N极附极附近，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，当线圈内通入如图方向的电流后，

13、则线圈通入如图方向的电流后，则线圈()A向左运动向左运动 B向右运动向右运动C静止不动静止不动 D无法确定无法确定解析：此题可以采用电流元法，也可采用等效法。解析：此题可以采用电流元法，也可采用等效法。解法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培定则，线解法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是圈等效成小磁针后，左端是 S 极，右端是极，右端是 N 极，异名磁极相吸极，异名磁极相吸引，线圈向左运动。引，线圈向左运动。解法二：电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，解法二：电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合

14、力水平向左，故线圈向根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。左运动。答案：答案：A【例例】. .如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极如图所示，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的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I I时，导线的时，导线的运动情况是（从上往下看）（）运动情况是（从上往下看）（）A A顺时针方向转动，同时下降顺时针方向转动，同时下降B B顺时针方向转动，同时上升顺时针方向转动，同时上升C C逆时针方向转动，同时下降逆时针方向转动，同时下降D D逆时针方向转动，同时上升

15、逆时针方向转动，同时上升C C解析解析：现将导线：现将导线ABAB从从N N、S S极的中间极的中间O O分成两段，分成两段，AOAO、OBOB段所处的磁段所处的磁场方向如图所示，由左手定则可得场方向如图所示，由左手定则可得AOAO段受安培力方向垂直于纸面向段受安培力方向垂直于纸面向外，外，OBOB段段受安培力受安培力的方向垂直纸面向里的方向垂直纸面向里，课件，课件从上向下看，导线从上向下看，导线ABAB将绕将绕O O点逆时针转动。再根据点逆时针转动。再根据导线导线转过转过90900 0时，如图所示时，如图所示，导线，导线ABAB此此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动时受安培力方向竖直向下

16、，导线将向下运动。故。故应选应选C C。例例、如、如图所示，蹄形磁体用悬线悬于图所示，蹄形磁体用悬线悬于O O点，在磁铁的正下方点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是蹄形磁铁的运动情况将是( )( )A A静止不动静止不动B B向纸外平动向纸外平动C CN N极向纸外，极向纸外，S S极向纸内转动极向纸内转动D DN N极向纸内，极向纸内，S S极向纸外转动极向纸外转动 例、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（）A.顺时

17、针方向转动，同时靠近abB.逆时针方向转动，同时离开abC.顺时针方向转动，同时离开abD.逆时针方向转动，同时靠近ababcd例例. .如图所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环，可沿轴线如图所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环，可沿轴线OOOO自由转动，现通以图示方自由转动，现通以图示方向电向电流，沿流，沿OOOO看去会发现（）看去会发现（）A AA A环、环、B B环均不转动环均不转动B BA A环将逆时针转动，环将逆时针转动，B B环也逆时针转动，两环相对不动环也逆时针转动，两环相对不动C CA A环将顺时针转动，环将顺时针转动，B B环也顺时针转动，两环相对不动环也顺时针转

18、动，两环相对不动D DA A环将顺时针转动，环将顺时针转动，B B环将逆时针转动，两者吸引靠拢环将逆时针转动，两者吸引靠拢例例. .表面光滑的环形导线固定在水平面上，在环形导线上放置一直导线表面光滑的环形导线固定在水平面上，在环形导线上放置一直导线ABAB。直导线直导线ABAB与环形导线相互绝缘、且又紧靠环的直径，如图所示。与环形导线相互绝缘、且又紧靠环的直径，如图所示。则当两者通以图示方向的电流时，直导线则当两者通以图示方向的电流时，直导线ABAB的运动情况是（的运动情况是（ ）A. A. 向向M M方向平动方向平动B. B. 向向N N方向平动方向平动C. C. 仍静止不动仍静止不动D.

19、D. 在环形导线上转动在环形导线上转动【课堂训练】【课堂训练】1.如图两条导线相互垂直，但相隔一段距离。其中导线AB固定，导线CD能自由活动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将从纸外向纸内看（ ） A. 顺时针方向转动同时靠近导线ABB. 逆时针方向转动同时离开导线ABC. 顺时针方向转动同时离开导线ABD. 逆时针方向转动同时靠近导线AB2. 通电的等腰梯形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行。下列关于通电直导线MN的磁场对线框作用的（ ）A. 线框所受安培力的合力为零B. 线框有两条边所受的安培力方向相同C. 线框有两条边所受的安培力大小相同D. 线框在安培力作用下一定有向左的运动趋势3.如图，在薄金属圆筒表面上通以环绕圆筒、分布均匀的恒定电流时，由于受磁场力的作用，该圆筒的形变趋势为（ ）A. 沿轴线上下压缩，同时沿半径向内收缩B. 沿轴线上下拉伸，同时沿半径向内收缩C. 沿轴线上下压缩，同时沿半径向外膨胀D. 沿轴线上下拉伸，同时沿半径向外膨胀