人教版物理选修3-1-34电导线在磁场中受到的力课件.ppt

1、知识回顾知识回顾FBIL如何描述磁场的强弱和方向？如何描述磁场的强弱和方向？()BL一、安培力一、安培力(Ampere force)(Ampere force)1 1、概念：通电导线在磁场中受到的力称、概念：通电导线在磁场中受到的力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。为安培力，是为了纪念安培而命名的。实验表明：通电导线在磁场中受力方向与电流方向实验表明：通电导线在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。和磁场方向有关。在电场中，电场强度的方向就是正电荷在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受电场力的方向。所受电场力的方向。在磁场中，磁感应强度的方向是不是通在磁场中，磁感应强度的方向是不是通电导线

2、在磁场中的受力方向呢？电导线在磁场中的受力方向呢？实验结果分析实验结果分析试画出下述两实验结果的正视图：试画出下述两实验结果的正视图：B BB BI IF FI IF FF F、B B、I I方向关系方向关系左手定则：伸开左手左手定则：伸开左手,使拇指与其使拇指与其余四个手指垂直余四个手指垂直,并且都与手掌在并且都与手掌在同一平面内同一平面内;让磁感应线从掌心进让磁感应线从掌心进入入,并使四指指向电流的方向，这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在磁场中所受安培力的方向2.2.安培力的方向安培力的方向再次提醒：一定要使用左手

3、！再次提醒：一定要使用左手！左手定则（左手定则（left-hand ruleleft-hand rule）结论结论：安培力的方向既跟磁场安培力的方向既跟磁场方向垂直方向垂直F FB B，又跟电流方向，又跟电流方向垂直垂直F FI I，故安培力的方向总，故安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所是垂直于磁感线和通电导线所在的平面，即：在的平面，即：F F安安BIBI平面平面伸开左手：伸开左手：磁感线磁感线穿入手心穿入手心四指四指指向电流的方向指向电流的方向F FIBFIBBBIFBI3 0FFIIIBBB安培力方向的判断安培力方向的判断两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作两条平行的通电直

4、导线之间会通过磁场发生相互作用用 用相关知识解释本实验结果。用相关知识解释本实验结果。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反向电流反向电流思考与讨论思考与讨论如图所示，当通电导线的电流垂直纸面向外，磁场如图所示，当通电导线的电流垂直纸面向外，磁场竖直向上时，导线所受的安培力水平向左，现在若竖直向上时，导线所受的安培力水平向左，现在若将电流方向和磁场的方向同时反向，则安培力的方将电流方向和磁场的方向同时反向，则安培力的方向是不是也反向？向是不是也反向？当电流与磁场方向垂直时，当电流与磁场方向垂直时，当电流与磁场方向夹当电流与磁

5、场方向夹角时角时，磁场的强弱磁场的强弱 电流的大小、电流的长度电流的大小、电流的长度 放置的角度放置的角度 1122cossinBBBBBB 与电流平行，与电流垂直。2sinFB ILBIL故 FFBILI L B=由 I I I I B B F F 最大最大B3.3.安培力的大小安培力的大小IBIB，且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大，且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大条件：条件：影响安培力的因素影响安培力的因素 B BI I I与与 B B 斜交斜交 0 0F F F Fm m1cosBB 2sinBB说明：若非匀强磁场，则说明：若非匀强磁场，则L L应足够小，应足够小，B B应是

6、导线所在位应是导线所在位置的磁感应强度置的磁感应强度 。L L是有效长度，弯曲导线等效长度为两端点连接直线长是有效长度，弯曲导线等效长度为两端点连接直线长度，任意形状的闭合导线等效长度为零，通电后所受安度，任意形状的闭合导线等效长度为零，通电后所受安培力矢量和一定为零。培力矢量和一定为零。B BI II II IF=BILF=BILF=0F=0F=2BIRF=2BIR练习练习1 1、如图所示，在倾角为、如图所示，在倾角为3030o o的斜面上，放置两条宽的斜面上，放置两条宽L L=0.5m=0.5m的的光滑平行金属导轨，在导轨上横放一根质量为光滑平行金属导轨，在导轨上横放一根质量为m m=0.

7、2kg=0.2kg的金属棒的金属棒abab，电源电动势，电源电动势E E=12V=12V，内阻，内阻r r=0.3=0.3，磁场方向垂直轨道所在平，磁场方向垂直轨道所在平面，面，B B=0.8T=0.8T。欲使棒。欲使棒abab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻阻R R应为多大？（应为多大？（g g取取10m/s10m/s2 2，其它电阻不计），其它电阻不计）BE rRa30bBGFNFsin300.5=1NFmgFmg安安解：由 导线静止平衡得:解得 :1=2.50.8 0.5FFBILIAAB L安安由 得 120.34.52.5EEIrR rI ：

8、R根据闭合电路欧姆=定律 得由导线受力平衡求安培力由导线受力平衡求安培力由安培力的计算公式电流求由安培力的计算公式电流求由闭合电路欧姆定律求电阻由闭合电路欧姆定律求电阻电流表，它就是根据电流表，它就是根据磁场对电流作用的安磁场对电流作用的安培力制成的。培力制成的。二、磁电式电流表二、磁电式电流表1.1.电流表的构造电流表的构造在一个很强的蹄形磁铁的两极间，在一个很强的蹄形磁铁的两极间，有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈有

9、两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。被测电流经过这两个弹簧流入线圈。电流表构造中最大的特点电流表构造中最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。直径方向分布），如图所示。这样的构造使得线框在转这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。的两边始终与磁场垂直。由于安培力与电流成正比，由于安培力与电流成正比，当线

10、圈中流入的电流越大时，线圈当线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，根据指转过的角度也越大。因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。电流的强弱。2.2.电流表的工作原理电流表的工作原理 如图所示，当电流通过线圈如图所示，当电流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边在时，线圈上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使线圈绕轴线转安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。当动，从而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生的力矩和弹簧的扭转安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止转

11、动力矩相平衡时，线圈才停止转动。3.3.电流表的特点电流表的特点（1 1）灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈）灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；的导线很细，允许通过的电流很小；（2 2）电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；）电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；（3 3）电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反）电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。方向转动。思考与讨论思考与讨论 在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的边缘内壁放

12、一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后再在玻璃器皿中放入导电液体，例两极相连，然后再在玻璃器皿中放入导电液体，例如盐水，若把玻璃器皿放在磁场中，如图所示，那如盐水，若把玻璃器皿放在磁场中，如图所示，那么液体会转动吗？如果转？往什么方向转？么液体会转动吗？如果转？往什么方向转？逆时针旋转逆时针旋转1 1、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（）A A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零定为零B B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零到的安培力一定为零C C

13、、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零处磁感应强度为零D D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零课堂练习课堂练习2 2、一根长为、一根长为0.2 m0.2 m的电流为的电流为2 A2 A的通电导线，放在磁感应的通电导线，放在磁感应强度为强度为0.5 T0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是 FFFF3 3、试画出下列各图中安培力的方向：、试画出下列各图中安培力的方向：00.5 2 0.20.2FBILNN 安 5 5、试画出下列各图中

14、通电导体棒、试画出下列各图中通电导体棒abab所受安培力的方向：所受安培力的方向：6 6、试讨论下列各图中通电导体棒、试讨论下列各图中通电导体棒abab在不计重力的情况在不计重力的情况下，将如何运动？下，将如何运动？7 7、如图所示，两平行光滑导轨相距、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m0.2m，与水平面夹角为，与水平面夹角为4545，金属棒，金属棒MNMN的质量为的质量为0.1kg0.1kg，处在竖直向上磁感应强度，处在竖直向上磁感应强度为为1T1T的匀强磁场中，电源电动势为的匀强磁场中，电源电动势为6V6V，内阻为，内阻为11，为使，为使MNMN处于静止状态，则电阻处于静止状态，则电阻R

15、 R应为多少？应为多少？(其他电阻不计其他电阻不计)NG GF FN NF F安安B Btan45=1NFmgFmg安安解：由导线静止平衡得:解得:由导线受力平衡求安培力由导线受力平衡求安培力1=51 0.2FFBILIAAB L安安由 得 EIRr根据闭合电路欧姆定律 由安培力的计算公式电流求由安培力的计算公式电流求由闭合电路欧姆定律求电阻由闭合电路欧姆定律求电阻610.25ERrI 得：1 1、导线受力平衡、导线受力平衡2 2、安培力的确定、安培力的确定3 3、闭合电路欧姆定律的应用、闭合电路欧姆定律的应用 作业作业阅读课文阅读课文91939193页页9411 2 3 4P、课本 问题与练

16、习 、2 2、阅读、阅读8080学习方略学习方略78827882页，页，并完成相关练习并完成相关练习8 8、在垂直纸面向里的匀强磁场、在垂直纸面向里的匀强磁场B B中，有一个垂直磁感中，有一个垂直磁感线的环形线圈，通有顺时针电流线的环形线圈，通有顺时针电流I I，如图所示，则下列叙，如图所示，则下列叙述中正确的是述中正确的是()()A A、环形线圈所受的磁力的合力为零、环形线圈所受的磁力的合力为零 B B、环形线圈所受的磁力的合力不为零、环形线圈所受的磁力的合力不为零 C C、环形线圈有收缩的趋势、环形线圈有收缩的趋势 D D、环形线圈有扩张的趋势、环形线圈有扩张的趋势1010、把一个可以绕水

17、平轴转动的铝盘放在水平方向的、把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在水平方向的匀强磁场中，匀强磁场的方向与铝盘平面垂直，盘的匀强磁场中，匀强磁场的方向与铝盘平面垂直，盘的下边浸在水银糟内，将转轴和水银用导线直接连在电下边浸在水银糟内，将转轴和水银用导线直接连在电源的两极上，如图所示，则下列说法正确的是（源的两极上，如图所示，则下列说法正确的是（）A A、由于磁场对电流的作用，铝盘将顺时针转动、由于磁场对电流的作用，铝盘将顺时针转动B B、由于磁场对电流的作用，铝盘将逆时针转动、由于磁场对电流的作用，铝盘将逆时针转动C C、将电源两极对调，铝盘的转动方向不会改变、将电源两极对调，铝盘的转动方向不会改变

18、D D、将电流及磁场方向同时改、将电流及磁场方向同时改 变，铝盘的转动方向改变变，铝盘的转动方向改变 1111、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ABAB固定，固定，CDCD可自由活动，当通以如图所示电流后，可自由活动，当通以如图所示电流后，CDCD导导线将（线将（）1212、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏度的是（注：、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏度的是（注：电表的灵敏度可以表示为电表的灵敏度可以表示为/I=NBS/k/I=NBS/k）（）（）A A、增加线圈的匝数；、增加线圈的匝数；B B、增强磁极间的磁感应强度；、增强磁极间的磁感应强度

19、；C C、减小线圈的电阻；、减小线圈的电阻；D D、换用不易扭转的弹簧、换用不易扭转的弹簧1313、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（给导线通以垂直纸面向外的电流，则（）A A磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B B磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C C磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作

20、用 D D磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用 120(+)m glm gm g NBIL l由题意知开始安培力向下，B垂直纸面向里：120()m glm gm gmgNBIL l2NBILmg2mgBNIL改变电流方向后，安培力向上：1515、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ABAB固定，固定，CDCD可以自由活动，当通以如图所示电流后，可以自由活动，当通以如图所示电流后，CDCD导线将（导线将（）A.A.顺时针方向转动，同时靠近顺时针方向转动，同时靠近ABAB B.B.逆时针方向转动，同时离开逆时

21、针方向转动，同时离开ABABC.C.顺时针方向转动，同时离开顺时针方向转动，同时离开ABABD.D.逆时针方向转动，同时靠近逆时针方向转动，同时靠近ABABD D1616、在一光滑的平面上有一根无限长通电直、在一光滑的平面上有一根无限长通电直导线导线ABAB，在其右侧附近有矩形线框，在其右侧附近有矩形线框abcd abcd（电流逆时针流动），问线框将如何运动？（电流逆时针流动），问线框将如何运动？线框向右移动线框向右移动电流微元法电流微元法B BF F方向方向F F方向方向B BB BF F例例1 1 如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方，导线如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的

22、正上方，导线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时，可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时，有关直导线运动情况的说法中正确的是（从上往下看）（有关直导线运动情况的说法中正确的是（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、逆时针方向转动，同时上升N NS S 特殊位置法分析运动特殊位置法分析运动C C例例2 2、如图所示，一条劲度系数较小的金属弹簧处于自由状态，、如图所示，一条劲度

23、系数较小的金属弹簧处于自由状态，当弹簧通以电流时，弹簧将（当弹簧通以电流时，弹簧将（）.纵向收缩，径向膨胀；纵向收缩，径向膨胀；.纵向伸长，径向收缩；纵向伸长，径向收缩；.纵向收缩，径向伸长；纵向收缩，径向伸长；.纵向伸长，径向膨胀。纵向伸长，径向膨胀。A A螺线管通电后，在轴向上有收缩趋势；在径向上有扩张趋势螺线管通电后，在轴向上有收缩趋势；在径向上有扩张趋势推论分析法S N IB2B1B1B2F1F1F2F2如图，条形磁铁平放于水平桌面上。在它的正中央上方固如图，条形磁铁平放于水平桌面上。在它的正中央上方固定一根直导线，导线与磁铁垂直。现给导线中通以垂直纸面定一根直导线，导线与磁铁垂直。现

24、给导线中通以垂直纸面向内的电流，则（向内的电流，则（）A A、磁铁对桌面的压力减小、磁铁对桌面的压力减小 B B、磁铁对桌面的压力增大、磁铁对桌面的压力增大 C C、磁铁对桌面的压力不变、磁铁对桌面的压力不变 D D、以上说法都有可能、以上说法都有可能NSFF A1.1.绳子拉力绳子拉力_ (_ (变大，变小，变变大，变小，变)。2.2.桌面对磁铁的支持力桌面对磁铁的支持力 _。3.3.桌面对磁铁的摩擦力桌面对磁铁的摩擦力_(_(有，无有，无)，方向，方向_。变大变大变小变小有有水平向右水平向右NS例例4 4、如图，柔软导线长、如图，柔软导线长0.628m0.628m，弯曲的放在光滑水平，弯曲的放在光滑水平面上，两端点固定在相距很近的面上，两端点固定在相距很近的a a、b b两点，匀强磁场两点，匀强磁场的方向竖直向下，磁感应强度的方向竖直向下，磁感应强度B B为为2T2T，当导线中通以图，当导线中通以图示方向的电流示方向的电流I I=5A=5A时，导线中的张力时，导线中的张力 。1N0.6280.126.28LRmm2(2)FBIR1FNFF(2)BI R