高二物理选修3-1章节优化总结课件(11).ppt

1、第第1节探究磁场对电流的作用节探究磁场对电流的作用课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.知道安培力的定义，会用知道安培力的定义，会用FIlB计算计算B与与I垂直情况下的安培力垂直情况下的安培力2掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的方向方向3知道电流表的基本构造和基本原理知道电流表的基本构造和基本原理4通过观察实验现象，体会控制变量法在科学通过观察实验现象，体会控制变量法在科学研究中的作用研究中的作用重点难点：重点难点：1.安培力大小的计算及方向的判安培力大小的计算及方向的判断断2会解决与安培力相关的力学问题会解决与安培力相关的力学问题核心要点突破核心要

2、点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第1节节探探究究磁磁场场对对电电流流的的作作用用课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、科学探究一、科学探究安培力安培力1安培力：物理学上把磁场对安培力：物理学上把磁场对_的作用力的作用力叫安培力叫安培力2实验探究安培力与哪些因素有关实验探究安培力与哪些因素有关实验器材实验器材电磁铁、蹄形磁铁、直导线、电源、电磁铁、蹄形磁铁、直导线、电源、开关等开关等怎样改变电磁铁的磁场强弱？改变电磁铁线圈中怎样改变电磁铁的磁场强弱？改变电磁铁线圈中的的_怎样改变导线在磁场中的长度？将相同的怎样改变导线在磁场中的长度？将相同的_并排放置，增加

3、磁场的宽度，并排放置，增加磁场的宽度，就可以很方便地改变电流在磁场中的长度就可以很方便地改变电流在磁场中的长度电流电流电流电流蹄形磁铁蹄形磁铁实验方案实验方案在导线与磁场垂直的前提下，利用在导线与磁场垂直的前提下，利用控制变量法研究安培力跟哪些因素有关控制变量法研究安培力跟哪些因素有关(1)接通电路，在通电导线长度和电流不变的情接通电路，在通电导线长度和电流不变的情况下，改变电磁铁中的电流强弱和方向，探究磁况下，改变电磁铁中的电流强弱和方向，探究磁感应强度的感应强度的_和和_对安培力的影响对安培力的影响(2)在磁感应强度和通电导线在磁场中的长度不在磁感应强度和通电导线在磁场中的长度不变的情况下

4、，改变电流的大小和方向，探究电流变的情况下，改变电流的大小和方向，探究电流的的_和和_对安培力的影响对安培力的影响(3)在磁感应强度与电流大小和方向不变的情况在磁感应强度与电流大小和方向不变的情况下，改变通电导线在磁场中的长度，探究通电导下，改变通电导线在磁场中的长度，探究通电导线的线的_对安培力的影响对安培力的影响大小大小方向方向大小大小方向方向长度长度垂直垂直结论结论研究表明，在匀强磁场中，当通电导研究表明，在匀强磁场中，当通电导线与磁场线与磁场_时，通电导线所受的安培力最时，通电导线所受的安培力最大，等于大，等于_、电流、电流I和导线长度和导线长度l的乘积，公式为的乘积，公式为F_.3左

5、手定则：判断安培力的方向，伸开左手，左手定则：判断安培力的方向，伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一个平让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一个平面内，让面内，让_垂直穿过手心，四指指向垂直穿过手心，四指指向_方向，那么，拇指所指方向即为方向，那么，拇指所指方向即为_在磁场中的受力方向在磁场中的受力方向二、安培力就在你身边二、安培力就在你身边1应用：电流表、应用：电流表、_等都是安培力等都是安培力的应用的应用磁感应强度磁感应强度BBIl磁感线磁感线电流电流通电导线通电导线电动机电动机2电流计工作原理电流计工作原理(1)图图611构造构造(如图如图611)：圆柱形铁芯固定于：圆柱形铁芯固

6、定于_间，铁芯外面套有缠绕着线圈并间，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝(2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，线圈的转动使游丝扭转形变，产生作用而转动，线圈的转动使游丝扭转形变，产生阻碍线圈转动的力矩阻碍线圈转动的力矩当安培力产生的转动与游当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针停留在某一丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针停留在某一刻度刻度_越大，越大，_就越大，就越大，_就越大就越大蹄形蹄形磁铁两极磁铁两极电流电流安培力安培力指针偏角指针偏角思考感悟思

7、考感悟放在电场中的电荷受电场力的作用，放在磁放在电场中的电荷受电场力的作用，放在磁场中的通电导线或线圈一定受力的作用吗？场中的通电导线或线圈一定受力的作用吗？提示：提示：不一定，若通电导线或线圈与磁场方不一定，若通电导线或线圈与磁场方向平行，则不受力的作用向平行，则不受力的作用核心要点突破核心要点突破一、安培力大小的计算一、安培力大小的计算1当电流方向与磁场方向垂直时，当电流方向与磁场方向垂直时，FIlB.当 电 流 方 向 与 磁 场 方 向 不 垂 直 时，当 电 流 方 向 与 磁 场 方 向 不 垂 直 时，F IlBsin(是是I和和B之间的夹角之间的夹角)当通电导线的方向和磁场方向

8、平行当通电导线的方向和磁场方向平行(0或或180)时，安培力最小，等于零；当时，安培力最小，等于零；当90时，安培力最大时，安培力最大FIlB.2计算时应注意的问题计算时应注意的问题(1)公式公式FIlBsin一般适用于匀强磁场，对于一般适用于匀强磁场，对于非匀强磁场一般只适用于很短的导体，但对某非匀强磁场一般只适用于很短的导体，但对某些特殊情况仍适用，比如两平行直导体间的安些特殊情况仍适用，比如两平行直导体间的安培力培力(2)若导线是弯曲的，此时公式若导线是弯曲的，此时公式FIlBsin中的中的l并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有有效长度效长度”它等

9、于连接导线两端点直线的长度它等于连接导线两端点直线的长度(如图如图612所示所示)，相应的电流方向沿两端点，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端连线由始端流向末端图图612特别提醒：特别提醒：(1)公式公式FIlBsin中中是是B和和I方向的方向的夹角夹角(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“有有效长度效长度”即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1如图如图613所示，在匀强磁场中放有下所示，在匀强磁场中放有下列各种形式的通电导线，电流为列各种形式的通电导线，电流为I，磁感应强，磁感应强度为度为B.求各导线所受到的安培力的大小求各导

10、线所受到的安培力的大小图图613答案：答案：见解析见解析二、安培力方向的判断方法二、安培力方向的判断方法1安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方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，在判断安培力方向时首先确向所决定的平面，在判断安培力方向时首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向则判断出安培力的具体方向2已知已知I、B的方向，可惟一确定的方向，可惟一确定F的方向；已的方向；已知知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一的方向，且导

11、线的位置确定时，可惟一确定确定I的方向；已知的方向；已知F、I的方向时，磁感应强度的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定的方向不能惟一确定3由于由于B、I、F的方向关系在三维立体空间的方向关系在三维立体空间中，所以解决该类问题时，应具有较好的空中，所以解决该类问题时，应具有较好的空间想像力间想像力如果是在立体图中，还要善于把如果是在立体图中，还要善于把立体图转换成平面图立体图转换成平面图特别提醒：特别提醒：(1)FI，FB，但，但B与与I不一定垂不一定垂直直(2)要明确左、右手的使用：导线在磁场中要明确左、右手的使用：导线在磁场中“因电而动因电而动”(受安培力受安培力)用左手；导线用左手；导

12、线“因电因电生磁生磁”用右手用右手即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2如图如图614所示，表示磁场方向、电流所示，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向正确的图是方向及导线受力方向正确的图是()图图614解析：解析：选选A.磁场方向和电流方向垂直时，安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，满足左手定则垂直的，满足左手定则三、安培力作用下导体运动方向的判断三、安培力作用下导体运动方向的判断1分析通电导线在安培力作用下运动情况的分析通电导线在安培力作用下运动情况的一般步骤：一般步骤：(1)画出通电导线所在

13、处的磁感线方画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况；向及分布情况；(2)用左手定则确定各段通电导用左手定则确定各段通电导线所受安培力；线所受安培力；(3)据初速度方向结合牛顿运动据初速度方向结合牛顿运动定律确定导线的运动情况定律确定导线的运动情况2分析判断的常用方法分析判断的常用方法电流电流元法元法把整段导线分为多段直电流元，先把整段导线分为多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力方向，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的方向，从而确定导线运动方向等效等效法法环形电流可等效成小磁针，通电螺环形电流可等效成小磁

14、针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立形电流，反过来等效也成立特殊特殊位置位置法法通过转动通电导线到某个便于分析通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向力的方向，从而确定其运动方向结论结论法法两平行直线电流在相互作用过程中，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，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，有转到平行且线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势电流方向相同

15、的趋势转换转换研究研究对象对象法法定性分析磁体在电流磁场作用下如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场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向力及运动方向特别提醒：特别提醒：不管是电流还是磁体，对通电导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况，然后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

16、确判断导线的受力情况或将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要发生的运动即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3.如图如图615所示，把轻质导电线圈用绝缘细所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入图示方向圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入图示方向的电流后，则线圈的电流后，则线圈()图图615A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：解析：选选A.把通电线圈等效成小磁针把通电线圈等效成小磁针由安培定由安培定则，线圈等效成小磁

17、针后，左端是则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动极，异名磁极相吸引，线圈向左运动 (2011年厦门高二检测年厦门高二检测)将长为将长为20 cm通有通有0.1 A电流的直导线按不同方式放入一匀强磁电流的直导线按不同方式放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图场中，电流与磁场的方向如图616所示，所示，已知磁感应强度为已知磁感应强度为1 T，试求出如图，试求出如图616所所示中导线所受安培力的大小和方向示中导线所受安培力的大小和方向图图616课堂互动讲练课堂互动讲练安培力大小和方向的分析安培力大小和方向的分析【精讲精析精讲精析】对安培力大小的计算可

18、利用对安培力大小的计算可利用FBILsin其中其中为电流方向与磁场方向的夹角，其为电流方向与磁场方向的夹角，其方向的判断可利用左手定则，故题目中方向的判断可利用左手定则，故题目中(1)BI，不受安培力；不受安培力；(2)BI，FBIL0.02 N由左手由左手定则知安培力方向水平向右；定则知安培力方向水平向右；(3)B与与I成成150角角FBILsin0.01 N，由左手定则知，由左手定则知F方向垂直方向垂直纸面向里纸面向里(4)BI，FBIL0.02 N方向垂直方向垂直导线斜向左上方导线斜向左上方【答案答案】(1)F安安0(2)F安安BIL0.02 N，方向：水平向右方向：水平向右(3)F安安

19、BILsin0.01 N，方向：垂直纸面向里方向：垂直纸面向里(4)F安安BIL0.02 N，方向：垂直导线斜向左上方方向：垂直导线斜向左上方【方法总结方法总结】(1)公式公式FILBsin 中的中的是指是指导线与磁场方向的夹角，可以将导线与磁场方向的夹角，可以将Lsin理解为导理解为导线沿磁场方向的投影长度，不要乱分解线沿磁场方向的投影长度，不要乱分解B，造，造成混乱成混乱(2)应用左手定则判断方向时，一定要搞清四手、应用左手定则判断方向时，一定要搞清四手、大拇指、手掌、掌心的放置及相应功能大拇指、手掌、掌心的放置及相应功能 如图如图617所示，把一通电直导线放在蹄所示，把一通电直导线放在蹄

20、形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通以如图所示方向的电流线中通以如图所示方向的电流I时，试判断导线时，试判断导线的运动情况？的运动情况？(从上向下看从上向下看)图图617图图618图图619安培力作用下导体运动的判断安培力作用下导体运动的判断【精讲精析精讲精析】(1)根据图根据图617所示的导所示的导线在蹄形磁铁正上方时的特殊位置判断其转动线在蹄形磁铁正上方时的特殊位置判断其转动情况情况将导线将导线AB从从N、S极的中间极的中间O分成两段，分成两段，如图如图618所示所示由左手定则可得由左手定则可得AO段受安段受安培力方向垂直于纸面向外，即

21、培力方向垂直于纸面向外，即A端垂直纸面向端垂直纸面向外运动外运动BO段受安培力的方向垂直纸面向里，段受安培力的方向垂直纸面向里，即即B端垂直纸面向里运动端垂直纸面向里运动可见从上向下看，可见从上向下看，导线导线AB将绕将绕O点逆时针转动点逆时针转动(2)再根据导线转过再根据导线转过90时的特殊位置判断其上时的特殊位置判断其上下运动情况下运动情况如图如图619所示，导线所示，导线AB此时此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动受安培力方向竖直向下，导线将向下运动(3)由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安培力使上述的特殊位置时，所

22、受安培力使AB逆时针转逆时针转动的同时还要向下运动动的同时还要向下运动(从上向下看从上向下看)【答案答案】从上向下看，导线逆时针转动的同时从上向下看，导线逆时针转动的同时向下运动向下运动【方法总结方法总结】判断安培力作用下物体的运动方判断安培力作用下物体的运动方向时，要根据具体问题选择合适的判断方法，有向时，要根据具体问题选择合适的判断方法，有时要多种方法联合应用时要多种方法联合应用利用电流元法分析时，利用电流元法分析时，要在合适的位置选取电流元；利用等效法分析时，要在合适的位置选取电流元；利用等效法分析时，要注意环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可要注意环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等

23、效为条形磁铁等效为条形磁铁 (2011年三明高二质检年三明高二质检)一根长为一根长为0.2 m的的金属棒放在倾角为金属棒放在倾角为37的光滑斜面上，并的光滑斜面上，并通以通以I5 A电流，方向如图电流，方向如图6110所示，整所示，整个装置放在磁感应强度为个装置放在磁感应强度为B0.6 T、竖直向上、竖直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则该棒的重力为多少？该棒的重力为多少？图图6110安培力作用下的力学综合问题安培力作用下的力学综合问题【自主解答自主解答】以导体棒为研究对象，受力以导体棒为研究对象，受力分析，将立体图用平面图的形式画出，如图分析

24、，将立体图用平面图的形式画出，如图6111所示所示图图6111【答案答案】0.8 N变式训练变式训练如图如图6112所示，所示，ab、cd为两根相距为两根相距0.2 m的的平行金属导轨，水平放置在垂直纸面向里的匀强平行金属导轨，水平放置在垂直纸面向里的匀强磁场中，质量为磁场中，质量为0.3 kg的通电导体棒的通电导体棒MN静止于水静止于水平导轨上，通以平导轨上，通以5 A的电流时，轻轻推动棒，棒的电流时，轻轻推动棒，棒沿导轨做匀速运动；当棒中电流增加到沿导轨做匀速运动；当棒中电流增加到8 A时，时，棒能获得棒能获得2 m/s2的加速度，则匀强磁场的磁感应的加速度，则匀强磁场的磁感应强度的大小为多少？强度的大小为多少？图图6112答案：答案：1 T知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此进入课件目录点此进入课件目录按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放谢谢使用谢谢使用