高二物理磁场中的通电导线.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,3,章打开电磁学的大门,返回,3.1,磁场中的通电导线,课标定位,学习目标：,1.,通过实验，认识到通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力,2,知道影响安培力大小和方向的因素知道左手定则和安培力大小的计算公式能用左手定则判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时安培力的大小,3,了解线圈在磁场中的运动情况，以及磁电式仪表的工作原理,4,知道电动机的工作原理，了解电动机的发明和利用在能源利用方式和工业发展中所起的作用,重点难点：,1.,影响安培力的因素及安培力大小的计算,2,正确应用左手定则判断安培力的方向,课前自主学案,一、会动的导线,1,安培力定义：通电导线在磁场中受到的作用力称为,_,2,安培力方向：可以用左手定则来判定，伸开左手，四指与拇指在同一平面内并相互垂直，让磁感线垂直穿过手心，,_,指向电流的方向，则,_,所指的方向就是安培力的方向,3,安培力的大小,安培力,四指,拇指,(1),实验表明，如图,3,1,1,所示通电导线所受的安培力大小与磁感应强度、电流大小以及磁场中垂直磁场方向导线的长度有关,图,3,1,1,三星学科,教师助手,学生帮手,家长朋友！,(2),进一步实验研究表明：在匀强磁场中，当通电导线与磁场垂直时，安培力的大小等于电流、磁感应强度和导线长度的乘积,(3),公式表达：,F,_,.,BIl,思考感悟,4,两根通电导线之间的相互作用力：两同向电流间的安培力是,_,力，两反向电流间的安培力是,_,力,二、会动的线圈,1,通电线圈在磁场中会转动：线圈与磁场平行放置，当线圈通有电流时，与磁场垂直的两个边会受到,_,作用，根据左手定则判断知，两个力方向相反，对线圈产生了转动,_,的作用，使线圈绕中心轴转动,2,如图,3,1,2,所示，磁电式电流计就是根据这一原理制成的第一个磁电式电流计是,_,制作的，由此实现了电流的定量测量,吸引,排斥,安培力,力矩,安培,图,3,1,2,三、揭开电动机旋转的奥秘,线圈要不间断地转下去，在转过与磁场方向垂直的位置后，就要改变线圈中的电流,_,，能够改变电流方向的装置就是,_,，与电源相连接的金属片是电刷，如图,3,1,3,所示,方向,换向器,图,3,1,3,电动机转动的部分,(,如线圈,),叫,_,，固定不动的部分,(,如永久磁铁和电动机的外壳,),叫,_,转子,定子,核心要点突破,一、安培力方向的判断,安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又跟电流方向垂直三个方向之间的关系可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向,1,由左手定则可判定,F,I,，,F,B,，但,B,与,I,不一定垂直，即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时，首先确定磁场与电流所决定的平面，从而判断出安培力的方向,2,若已知,B,、,I,方向，安培力的方向唯一确定；但若已知,B,(,或,I,与安培力的方向，,I,(,或,B,),的方向不唯一,3,注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行,即时应用,(,即时突破，小试牛刀,),1,图,3,1,4,中磁感应强度,B,，电流,I,和安培力,F,之间的方向关系错误的是,(,),图,3,1,4,解析：,选,D.,由左手定则可以判定,A,、,B,、,C,三项中电流方向，磁感应强度方向和所受安培力方向间的关系正确，,D,项中所受安培力应向左，故,D,错误,二、安培力大小的计算,1,影响安培力大小的因素,安培力的决定因素有两个：一个是放入磁场中的一段导体的,Il,的乘积，另一个是磁场本身，即磁场的磁感应强度,B,.,因而安培力的改变：,(1),通过改变磁感应强度,B,的大小来改变；,(2),通过改变通电导线的长短,l,来改变；,(3),通过改变通电导线电流,I,的大小来改变；,(4),通过改变通电导线在磁场中的放置位置来改变,2,应用,F,BIl,计算安培力时的注意事项,(1),公式,F,BIl,适用于匀强磁场，且导线与磁场方向垂直的情况，若通电导线所在区域的,B,的大小和方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处范围,B,的大小和方向近似相同，求出各段导线所受的磁场力，然后再求合力,安培力表达式中，若载流导体是弯曲导线，且导线所在平面与磁感应强度方向垂直，则,l,指弯曲导线中始端指向末端的直线长度如图,3,1,5,所示：,图,3,1,5,对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度,l,0,，故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零,即时应用,(,即时突破，小试牛刀,),2,(2011,年济南学业水平测试模拟,),在一根长为,0.2 m,的直导线中通入,2 A,的电流，将导线放在磁感应强度为,0.5 T,的匀强磁场中，则导线受到的安培力的大小不可能是,(,),A,0.4 N,B,0.2 N,C,0.1 N,D,0,解析：,选,A.,当导线与磁场方向垂直时，有效长度,l,最大，安培力最大，,F,max,BIl,0.5,2,0.2 N,0.2 N,当导线与磁场方向平行时，有效长度,l,0,此时安培力最小，,F,min,0,，所以安培力大小的范围是,0,F,0.2 N,，故,B,、,C,、,D,均正确，选,A.,三、电动机工作原理分析,1,均匀辐向分布的磁场：蹄形磁铁的两极分别装上极靴，两极靴之间是圆柱状的软铁芯，磁化后总是异名磁极相对，如图,3,1,6,所示在铁芯和极靴之间有一个很小的空间，磁场的分布是均匀辐向，好像是每一条磁感线都过圆柱的圆心由于线圈套在圆柱上，恰好处在辐向分布的磁场空间，不管线圈转到哪个位置，线圈平面都是与磁感线平行，线圈所处的磁感应强度大小不变，就好像是处在匀强磁场中,图,3,1,6,2,安培力的力矩：当电流通过线圈的时候，线圈上的跟铁芯轴线平行的两个边都受到安培力，这两个安培力的力矩使线圈发生转动线圈的转动使螺旋弹簧扭转，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度的增大而增大当这两个力矩平衡时，线圈停止转动，稳定在一个位置上电流越大，安培力的力矩越大，转动的角度就会越大,3,表盘刻度均匀：根据胡克定律，螺旋弹簧的扭转力矩正比于形变量，这里的形变量就是扭转的角度，安培力的力矩正比于电流,I,，扭转力矩等于安培力的力矩，因此有,I,，电流跟线圈转动的角度是线性关系，所以刻度均匀,即时应用,(,即时突破，小试牛刀,),3,关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场，下列说法中正确的是,(,),A,该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同,B,该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不等,C,使线圈平面始终与磁感线垂直,D,线圈所处位置的磁感应强度大小都相等,解析：,选,D.,两磁极之间装有极靴，极靴中间又有一个铁质圆柱，极靴与铁质圆柱之间有一不大的缝隙，根据磁感线与磁极表面垂直的特点，磁化了的铁质圆柱与极靴间的缝隙处就形成了辐向分布的磁感线这样做的目的就是让通电线圈所在处能有一个等大的磁场，并且磁感线始终与线圈平面平行，线圈受最大的磁场力故选项,D,正确,课堂互动讲练,安培力方向的判断,如图,3,1,7,甲所示，两根靠近的平行直导线通以方向相同的电流时，它们相互间的作用力的方向如何？若两根细导线互相垂直且紧贴在一起，但彼此绝缘放置在同一平面内如图乙，把,AB,固定，则通电后,CD,将怎样运动？,例,1,图,3,1,7,【,精讲精析,】,要分析导线,AB,的受力方向，先由安培定则判断出导线,CD,产生的磁场方向如图,3,1,8,甲所示，再由左手定则判断,AB,受到的安培力方向指向,CD,，用同样的方法画出,AB,产生的磁场方向，再判定,CD,受到的安培力的方向指向,AB,，因而两导线通以同向电流时，互相吸引,在题图乙中，由于导线,CD,处在不同方向的磁场中，应分段分析，先由安培定则确定导线,AB,产生的磁场方向，再由左手定则判定,CD,左半段和右半段受到的安培力方向，如图,3,1,8,乙所示所以,CD,将沿逆时针方向转动，即两导线不平行时，将转到两导线相互平行，且电流方向相同时为止,图,3,1,8,【,答案,】,见精讲精析,【,方法总结,】,在判断安培力方向时，必须首先判定磁场方向和电流方向所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向安培力的方向总是垂直于导线、磁感线所确定的平面,安培力大小的计算,例,2,在赤道上，地磁场可以看做沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是,510,5,T,如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长,20 m,，载有从东向西的电流,30 A,，地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如何？,【,精讲精析,】,磁场沿南北方向，导线沿东西方向，即,B,l,，所以,F,BIl,30,20,5,10,5,N,3,10,2,N,，由左手定则可判定导线所受安培力的方向竖直向下,【,答案,】,3,10,2,N,竖直向下,【,方法总结,】,应用公式,F,BIl,进行计算时要明确三点：,(1),若,B,、,I,、,l,两两垂直时，,F,BIl,.,(2),若,B,与,I,(,l,),夹角为,时，,F,BIl,sin,.,(3),以上两种情况中,l,一定是“有效长度”,如图,3,1,9,所示，相距,20 cm,的两根光滑平行铜导轨，导轨平面倾角为,37,，上面放着质量为,80 g,的金属杆,ab,，整个装置放在,B,0.2 T,的匀强磁场中,(1),若磁场方向竖直向下，要使金属杆静止在导轨上，必须通过多大的电流？,(2),若磁场方向垂直斜面向下，要使金属杆静止在导轨上，必须通以多大的电流？,例,3,安培力的综合应用,图,3,1,9,完全免费,无需注册,天天更新！,【,思路点拨,】,安培力作用下的平衡问题，解决问题的思路是先对通电导线受力分析，再对它应用平衡条件列出方程,【,精讲精析,】,为准确方便地画出受力图示，应将原题中的立体图改画为侧视图由左手定则可判断安培力方向水平向右，受力分析如图,3,1,10,所示，由平衡条件得：,图,3,1,10,【,答案,】,(1)15 A,(2)12 A,变式训练,如图,3,1,11,所示，在同一水平面的两导轨相互平行，并在竖直向上的磁场中，一根质量为,3.6 kg,、有效长度为,2 m,的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为,5 A,时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增大到,8 A,时，金属棒能获得,2 m/s,2,的加速度则磁场的磁感应强度为多少？,图,3,1,11,解析：,画出金属棒受力情况的平面图,(,假设安培力方向向右,),答案：,1.2 T,三星学科,教师助手,学生帮手,家长朋友！,