高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊1 磁場對通電導線的作用力完美版ppt課件

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人們把通電導線在磁場中受到的力稱為安培力.
在右圖中，當導體棒中有電流流過時，導體棒就會因受力而發(fā)生運動。
①這個力的方向該如何判斷？②它的大小除了與磁感應強度有關外，還與哪些因素有關？
我們利用如圖所示的裝置探究：
按照圖示進行實驗。①改變導線中電流的方向，觀察導線受力方向是否改變。②上下交互磁場的位置改變磁場的方向，觀察導線受力方向是否改變。
①安培力方向既與電流方向垂直又與磁場方向垂直，即垂直于電流和磁場所在的平面
②B 與 I 不一定垂直.
1）伸開左手，大拇指跟四指垂直 ，且在同一平面內(nèi)；
2）讓磁感線穿過手心；
3）使四指指向電流方向 ，則拇指指向安培力的方向。
例1．在下列四幅圖中，能正確標明通電直導線所受安培力F方向的是(　　)
【解析】根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，A錯誤；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，B正確；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，C錯誤；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力垂直紙面向外，D錯誤。
判斷電流在磁場中的受力方向
四個手指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向
大拇指指向軸線上的磁感線方向
四個手指彎曲的方向表示磁場的方向
磁感線垂直穿過掌心，四指指向電流的方向
大拇指指向電流所受到的安培力的方向
左手定則和安培定則對比：
１.畫出圖中通電直導線A受到的安培力的方向。
【解析】(1)中電流與磁場垂直，由左手定則可判斷出A所受安培力方向如圖甲所示。
(2)中條形磁鐵在A處的磁場分布如圖乙所示，由左手定則可判斷A受到的安培力的方向如圖乙所示。(3)中由安培定則可判斷出A處合磁場方向如圖丙所示，由左手定則可判斷出A受到的安培力方向如圖丙所示。
(4)中由安培定則可判斷出A處磁場如圖丁所示，由左手定則可判斷出A受到的安培力方向如圖丁所示。
１.(多選)(2019·江蘇高考)如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和b是兩條固定的平行長直導線，通過的電流強度相等。矩形線框位于兩條導線的正中間，通有順時針方向的電流，在a、b產(chǎn)生的磁場作用下靜止。則a、b的電流方向可能是(　　)
A．均向左　　　　　　　　　　B．均向右C．a(chǎn)的向左，b的向右D．a(chǎn)的向右，b的向左
【解析】a、b的電流均向左或均向右時，根據(jù)通電直導線產(chǎn)生的磁場及其分布和疊加可知，在a、b導線附近的磁場方向相反，則由左手定則可以判斷平行于a、b導線的矩形線框的兩邊受力的方向相同，線框所受的合力不為0，故不可能靜止，選項A、B錯誤；a、b的電流方向相反時，在a、b導線附近的磁場方向相同，平行于a、b導線的矩形線框的兩邊受力的方向相反，用對稱性也可以判斷線框的另外兩邊所受的磁場力也大小相等方向相反，故線框處于平衡狀態(tài)，選項C、D正確。
2．如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導線，電流方向垂直紙面向外，用一根導線圍成如圖KLMN所示的回路，當回路中沿圖示方向通過電流時(電源未在圖中畫出)，此時回路(　　)A.將向左平動B．將向右平動C．將在紙面內(nèi)繞通過O點并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動D．KL邊將垂直紙面向外運動，MN邊垂直紙面向里運動
【解析】因為通電直導線的磁感線是以O為圓心的一組同心圓，磁感線與KN邊、LM邊平行，所以KN邊、LM邊均不受力。根據(jù)左手定則可得，KL邊受力垂直紙面向外，MN邊受力垂直紙面向里，故D項正確。
３．(2021·廣東選擇考)截面為正方形的絕緣彈性長管中心有一固定長直導線，長管外表面固定著對稱分布的四根平行長直導線。若中心直導線通入電流I1，四根平行直導線均通入電流I2，I1?I2，電流方向如圖所示。下列截面圖中可能正確表示通電后長管發(fā)生形變的是(　　)
【解析】因I1?I2，則可不考慮四個邊上的直導線之間的相互作用；根據(jù)兩通電直導線間的安培力作用滿足“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”，則正方形左右兩側(cè)的直導線要受到中心直導線吸引的安培力，形成凹形，正方形上下兩邊的直導線要受到中心直導線排斥的安培力，形成凸形，故發(fā)生形變后的形狀如圖C。
思考題題：如圖所示，兩條平行的通電直導線之間會通過磁場發(fā)生相互作用
垂直于磁場B放置、長為L的一段導線，當通過的電流為I時，所受的安培力F為：
②當磁感應強度B的方向與導線方向平行時：
①當磁感應強度B的方向與導線方向垂直時：
思考：如果通電導線與磁場方向既不平行也不垂直時呢？
問題：在勻強磁場B中，通電直導線與磁場方向垂直的情況下，導線上的電流為I，導線所受安培力F應怎樣求？
二、安培力的大小： （1） 在勻強磁場中，在通電直導線與磁場方向垂直的情況下，導線所受安培力F等于磁感應強度B、電流I和導線的長度L三者的乘積。 即： F=ILB
如果既不平行也不垂直呢？
把磁感應強度B分解為兩個分量：一個分量與導線垂直 B1=Bsinθ另一分量與導線平行 B2=Bcsθ平行于導線的分量B2不對通電導線產(chǎn)生作用力，通電導線所受作用力僅由B1決定。即F=ILB1，將B1=Bsinθ代入得： F=ILBsinθ
二、安培力的大?。? （1） 在勻強磁場中，在通電直導線與磁場方向垂直的情況下，導線所受安培力F等于磁感應強度B、電流I和導線的長度L三者的乘積。 即：F=ILB
F=I L B sinθ
θ表示磁場方向與電流方向間的夾角
? 在中學階段， F=I L B sinθ 僅適用于勻強磁場
（4）對安培力大小計算公式的深刻理解①公式F＝ILB中L指的是“有效長度”． 當B與I垂直時，F(xiàn) 最大，F(xiàn)＝ILB；當B與I平行時，F(xiàn)＝0.②彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直接的長度(如圖所示)；相應的電流沿L由始端向末端．
例題２.如圖所示，質(zhì)量為m、長為l的導體棒MN電阻為R，初始時靜止于光滑平行的水平軌道上，軌道間距也為l，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計。勻強磁場的磁感應強度為B，其方向與軌道平面成θ角斜向上，開關閉合后導體棒開始運動，則(　　)
A．導體棒向左運動B．開關閉合瞬間導體棒MN所受安培力為BEl／RC．開關閉合瞬間導體棒MN所受安培力為BEl sin θ／RD．開關閉合瞬間導體棒MN的加速度為BEl／mR
【解析】開關閉合，由左手定則可知，導體棒受到的安培力斜向右下，導體棒向右運動，A錯誤；當開關閉合瞬間，根據(jù)安培力公式F＝BIl，且I＝E／R，可得F＝BlE／R，B正確，C錯誤；當開關閉合瞬間，安培力的方向與導軌成(90°－θ)角，由牛頓第二定律與安培力的大小可知，加速度a＝BEl sin θ／mR，D錯誤。
3）當I與B有夾角? 時， F = BIL sin?（將B分解成B⊥和B∥，其F=B⊥IL=BILsinθ）
1）當I ? B， F = BIL
2）當I // B，F(xiàn) = 0
1、磁電式電流表的構造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成） 、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。
①最基本的是磁鐵和線圈。
②鐵芯、線圈和指針是一個整體可以轉(zhuǎn)動。
①蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻射分布的，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，當電流通過線圈時線圈上跟線圈軸平行的兩邊都要受到安培力，這兩個力產(chǎn)生的力矩使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動，線圈轉(zhuǎn)動使螺旋彈簧被扭動，產(chǎn)生一個阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩，其大小隨線圈轉(zhuǎn)動的角度增大而增大，當這種阻礙力矩和安培力產(chǎn)生的使線圈轉(zhuǎn)動的力矩相平衡時，線圈停止轉(zhuǎn)動。
②磁場對電流的作用力與電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力產(chǎn)生的力矩也越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，因而根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測電流的強弱。
③當線圈中的電流方向發(fā)生變化時，安培力的方向也隨之改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生變化，所以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向。
1、表盤的刻度均勻，θ∝I。2、靈敏度高，但過載能力差。3、滿偏電流Ig，內(nèi)阻Rg反映了電流表的最主要特性。
【易錯辨析】(1)安培力的方向與磁感應強度的方向相同。( )(2)通電導線在磁場中不一定受安培力。 ( )(3)一通電導線放在磁場某處不受安培力，該處的磁感應強度不一定為零。 ( )(4)通有反方向電流的平行導線相互吸引。 ( )(5)磁電式電流表指針偏轉(zhuǎn)角度與電流大小成正比。 ( )(6)磁電式電流表內(nèi)是均勻輻射磁場，不是勻強磁場。 ( )
1．(多選)某地的地磁場的磁感應強度大約是4.0×10－5 T，一根長500 m的導線，電流為10 A，則該導線受到的磁場力可能是(　　)A．0　　　B．0.1 N　　　C．0.3 N　　　D．0.4 N
【解析】當B與I垂直時，安培力大小為F＝BIl，知安培力的最大值為F最大＝BIl＝4×10－5×10×500 N＝0.2 N；當B與I平行時，安培力為0，為最小值，則可知安培力的大小范圍為：0≤F≤0.2 N，A、B正確，C、D錯誤。
２.如圖是磁電式電流表的部分結構，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場輻向均勻分布，線圈中a、b兩條導線長均為l，通以圖示方向的電流I，兩條導線所在處的磁感應強度大小均為B。則(　　)A.該磁場是勻強磁場B．線圈平面總與磁場方向垂直C．線圈將沿逆時針方向轉(zhuǎn)動D．a(chǎn)、b導線受到的安培力大小總為IlB
【解析】該磁場是輻向均勻分布的，不是勻強磁場，A錯誤；線圈平面總與磁場方向平行，B錯誤；根據(jù)左手定則可知，線圈a導線受到向上的安培力，b導線受到向下的安培力，線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)動，C錯誤；a、b導線始終與磁場垂直，受到的安培力大小總為BIl，D正確。
電磁炮是利用電磁發(fā)射技術制成的一種先進動能殺傷武器。自然條件下炮彈速度可達近萬m/s，射程320km，殺傷能量32兆焦。 炮彈的發(fā)射是利用電磁系統(tǒng)中電磁場對炮彈導電底座的作用力。
通電導線在磁場中受到的力
判定方法：左手定則特點：總垂直于B和I 確定的平面
構造： 原理：
通電線圈受安培力作用而轉(zhuǎn)動
安培定則與左手定則的區(qū)別