（人教版）选修3-1物理 3.4《通电导线在磁场中受到的力》ppt课件

（人教版）选修3-1物理 3.4《通电导线在磁场中受到的力》ppt课件内容摘要：

1、第 4节 通电导线在磁场中受到的力 1 知道安培力的概念 ， 会用左手定则判定安培力的方向 2 理解并掌握安培力的计算公式 F 3 了解磁电式电表的构造及原理 要点一 安培力的方向 1 安培力 通电导线在磁场中受到的力称为安培力 2 决定安培力方向的因素 磁场方向和电流方向 3 左手定则 如图所示 ， 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内；让磁感线从掌心进入 ，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 4 对安培力方向的理解 (1)安培力方向的特点： F B， F I， 即 、 (2)当电流方向跟磁场方向不垂直时 ， 安 2、培力的方向仍垂直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 ， 只是磁感线不再垂直穿过手心 (1)安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面 ， 但磁场方向和电流方向不一定垂直 (2)若已知 B、 但若已知 B(或I)、 I(或 B)方向不唯一 (3)判断电流的磁场方向用安培定则 ， 确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则 5 通电平行直线电流间的作用情况 (1)两平行电流间同向电流相互吸引 ， 异向电流相互排斥 (2)两非平行直线电流有转到互相平行且电流方向相同的趋势 6 安培力方向与电场力方向的比较 力 内容 项目 电场力 安培力 研究对象 点电荷 电流元 受力 3、特点 正电荷受力方向，与电场方向相同，沿电场线切线方向，与负电荷受力方向相反 安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直 判断方法 结合电场方向和电荷的正、负判断 用左手定则判断 要点二 安培力的大小 1 当通电导线与磁感线垂直时 ， 即电流方向与磁感线垂直时 ， 所受的安培力最大： F 2 当 成 角时 ， 安培力的大小 F 是磁感应强度 3 当通电导线与磁感线平行时 ， 所受安培力为零 导线 安培力表达式 F F 般适用于匀强磁场 ， 若通电导线所在区域的 应将导体分成若干段 ，使每段导线所处范围 求出各段导线所受的磁场力 ， 然后再求合力 4 磁场中通电导线的等效长度 (1)公式 F 对弯曲长 4、度来说指的是 “ 等效长度 ” 弯曲通电导线的有效长度 相应的电流沿 如图甲所示 (2)任意闭合通电导线的有效长度为零 ， 所受安培力(即各电流元所受安培力的合力 )为零 ， 如图乙所示 (1)公式 F 是 方向的夹角 ， 不能盲目应用题目中所给的夹角 ， 要根据具体情况进行分析 (2)公式 F 在垂直于磁场方向上的 “ 有效长度 ” 要点三 磁电式电流表 1 原理： 安培力与电流的关系 2 构造： 磁铁 、 线圈 、 螺旋弹簧 、 指针 、 软铁 、 极靴 如图所示 3 特点： 两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱 ， 使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向 ， 使线圈平面都与磁场方向平行 ， 从而使 5、表盘刻度均匀 4 工作原理： 如图所示是线圈在磁场中受力的示意图 当电流通过线圈时 ， 导线受到安培力的作用 ， 由左手定则知 ， 线圈左右两边所受的安培力的方向相反 ， 于是架在轴上的线圈就要转动 ， 通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形 ， 反抗线圈的转动 ， 电流越大 ， 安培力就越大 ， 螺旋弹簧的形变也就越大 ， 所以 ， 从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小 线圈中的电流方向改变时 ， 安培力的方向随着改变 ， 指针的偏转方向也随着改变 所以 ， 根据指针的偏转方向 ， 可以知道被测电流的方向 5 优缺点： 优点是灵敏度高 ， 可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细 ， 允许通过的电流 6、很弱 如果希望它测量较大的电流值 ， 就要扩大其量程 有的同学误认为线圈处的磁场是匀强磁场 辨析： 极靴和缠绕线圈的圆形铁芯都是用软铁做成的，它们在蹄形磁铁的磁场中被 磁化，就会形成均匀辐射状的磁场，如图所示当线圈绕 O 点沿虚线转动时，垂直于纸面的两个边所在处的磁感应强度 B 大小相等，但这种辐射状的磁场并不是匀强磁场，因为各处的方向并不相同 一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中 ， 导线中的电流方向自上而下 ， 如图所示 在导线以其中心点为轴逆时针转动 180 的过程中 ， 导线受到的安培力 ( ) 题 型 1 对安培力大小和方向的理解 A 大小不变 ， 方向不变 B 大小由最大减小到 7、零再增至最大 ， 方向时刻改变 C 大小由最大减小到零再增至最大 ， 方向不变 D 大小由最大减小到零再增至最大 ， 方向由垂直纸面向外变为垂直纸面向里 【 解析 】 安培力公式 F 导线转动前 ，电流方向与磁场方向垂直 ， 90 ；当导线转过一个小角度 后 ， 电流方向与磁场方向不再垂直 ， 安培力变小；当导线转过 90 时 ， 电流方向与磁场方向平行 ， 安培力为零 根据左手定则判断知 ， 安培力的方向始终垂直纸面向外；在导线再继续转动 90 过程中 ， 安培力由零变到最大 ， 安培力的方向始终垂直纸面向里 选项 【 答案 】 D 【 方法总结 】 (1)首先确定磁场方向与电流方向所确定的 8、平面 (2)再依据左手定则 ， 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 ， 判断出安培力的方向 (3)根据安培力的公式 F 注意该公式只适用于匀强磁场 ， 为电流与磁感线的夹角 (2014乌鲁木齐模拟 )如图所示 ， 匀强磁场的磁感应强度大小为 B， 方向垂直纸面向里 长度为 电流大小为 0 角 ， 导体受到的安培力大小为 ( ) 变式训练 1 C 32 D 2 解析： 根据安培力公式可知 ， 当通电导体垂直于磁场放置时 ， 导体受到的安培力大小为 图中磁感应强度垂直于纸面向里 ， 故导体在纸面内顺时针转过 30 角时 ， 受到的安培力仍然为 答案： B 如图所示 ， 把轻质导电 9、线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 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 ， 则线圈( ) A 向左运动 B 向右运动 C 静止不动 D 无法确定 题 型 2 通电导体运动方向的判断 【 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 ， 线圈等效成小磁针后 ， 左端是 右端是 异名磁极相吸引 ， 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 ， 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 【 答案 】 A 【 方法总结 】 安培力作用下导体运动方向的判断方法： 10、 1 判断导体在磁场中运动情况的常规思路 (1)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 ， 因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况 (2)结合左手定则准确判断导线所受安培力的方向 (3)由导体的受力情况判定导体的运动方向 2 分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法 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 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 (反过来等效也成立 )，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断 特殊位 置法 通过转动通电导线到某个 11、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 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 转换研究 对象法 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 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 导线的运动情况是 (从上往下看 )( ) A 顺时针方向转动 ， 同时下降 B 顺 12、时针方向转动 ， 同时上升 C 逆时针方向转动 ， 同时下降 D 逆时针方向转动 ， 同时上升 变式训练 2析： 根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况 将导线 、 分成两段 ， 由左手定则可得 可见从上向下看 ， 导线 点逆时针转动 再根据导线转过 90 时的特殊位置判断其上下运动情况 如图所示 ， 导线 导线将向下运动 由上述两个特殊位置的判断可知 ， 导线所受安培力使 答案： C (2014肇庆二模 )质量为 的导轨上 ， 导轨的宽度为 d， 杆与导轨间的动摩擦因数为 ， 有电流通过杆 ， 杆恰好静止于导轨上 如图所示的 A、 B、 C、 杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是 ( ) 13、 题 型 3 安培力作用下物体的平衡和加速问题 【 解析 】 导体受到水平向右的安培力 ， 重力和支持力作用 ， 如果重力和安培力的合力与支持力等大反向 ， 则导体杆不受摩擦力 ， 导体受到竖直向上的安培力 ， 如果重力和安培力二力平衡 ， 则导体杆不受摩擦力 ， 导体受到竖直向下的安培力 ， 杆静止在导轨上 ， 必须受到摩擦力作用 ， 导体受到水平向左的安培力 ， 如果重力和安培力的合力沿斜面向下 ，则导体杆不受摩擦力 ， 【 答案 】 C 【 方法总结 】 解决涉及安培力的综合类问题的分析方法是： (1)首先把立体图画成易于分析的平面图 ， 如侧视图 、 剖视图或俯视图等 (2)确定导线所在处。