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(共30张PPT)
1　磁场对通电导线的作用力
第一章　安培力与洛伦兹力
教材整体初识 构建与探源
知识点一　安培力的方向
1.安培力
通电导线在_________中受的力。
2.方向
用左手定则判断。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个平面内;让磁感线从掌心垂直进入,并使四指指向________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。
磁场
电流
知识点一　安培力的方向
3.安培力方向、电流方向与磁场方向的关系
电流方向、磁场方向可不垂直,但安培力方向与电流方向、磁场方向均垂直,即安培力方向垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面。
知识点一　安培力的方向
4.安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别
项目 用途 适用对象 应用方法 结果
安培定则(右手螺旋定则) 判断电流的磁场方向 直线
电流 拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向表示磁感线的方向
环形电流或通电螺线管　 四指弯曲的方向表示电流的环绕方向 拇指指向轴线上磁感线的方向　
左手定则 判断电流在磁场中的受力方向 电流在磁场中 磁感线穿过手掌心,四指指向电流的方向 拇指指向电流在磁场中所受安培力的方向
知识点一　安培力的方向
[思辨]
1.判断题(正确的打“√”,错误的打“ ”)
(1)安培力的方向与通电直导线中电流的方向一定垂直。(　 　)
(2)安培力的方向与磁场方向可能垂直,也可能不垂直。(　 　)
(3)安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。(　 　)
√

√
知识点一　安培力的方向
2.思考题:
如图所示,只改变导线中电流的方向,导线受力方向是否改变 只上下交换磁极的位置以改变磁场的方向,导线受力方向是否改变
【答案】 只改变导线中电流的方向,导线受力方向改变。只上下交换磁极的位置以改变磁场的方向,导线受力方向改变。
知识点二　安培力的大小
1.在匀强磁场中,导线中的电流为I,当磁感应强度B的方向与导线成θ角时,导线受力情况如图甲所示,图乙是从右向左看的视图。
知识点二　安培力的大小
把磁感应强度B分解为两个分量:一个与导线垂直的分量B1=Bsin θ,另一个与导线平行的分量B2=Bcos θ。平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力,通电导线所受作用力仅由B1决定,即F=IlB1,将B1=Bsin θ代入得导线所受安培力F=IlBsin θ。可将公式F=IlBsin θ中的Bsin θ理解为有效磁感应强度或将lsin θ理解为有效长度,θ为磁场方向与直导线长度l之间的夹角。
知识点二　安培力的大小
2.一根长为l的通电直导线,通过的电流为I,按不同的方式放在磁感应强度大小为B的同一匀强磁场中,导线所受安培力的情况不同,如图所示。
(1)图甲中,I⊥B,此时安培力最大,F=IlB。
(2)图乙中,I∥B,此时安培力最小,F=0。
(3)图丙中,当I与B成θ角时,把磁感应强度B分解,如图丁所示,此时F=IlBsin θ。
知识点二　安培力的大小
[思辨]
1.判断题(正确的打“√”,错误的打“ ”)
(1)通电直导线在磁场中一定会受到安培力的作用。 ( 　 　)
(2)通电直导线跟磁场方向平行时,受磁场的作用力为0。(　 　)
(3)其他条件不变,通电直导线跟磁场方向垂直时,受磁场的作用力最大。(　 　)

√
√
知识点二　安培力的大小
2.思考题:如图所示,如何求弯曲导线在匀强磁场中受到的安培力的大小
【答案】 弯曲导线在匀强磁场中受到的安培力大小F=IlBsin θ,l为有效长度,即导线两端点所连线段的长度,相应的等效电流沿l由始端流向末端,如图所示。
知识点三　磁电式电流表
1.磁电式电流表的构造特点
(1)构造:磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴,如图甲所示。
(2)特点:两磁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均匀分布,这样,线圈无论转到什么位置,线圈平面都与磁感线________,从而使表盘刻度均匀,如图乙所示。
平行
知识点三　磁电式电流表
2.原理
(1)通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动,线圈转动时,螺旋弹簧变形,以________线圈的转动。
(2)线圈偏转的角度越大,被测电流就越大,所以根据线圈偏转角度的大小,可以确定被测电流的大小;根据线圈偏转的________,可以知道被测电流的方向。
3.优缺点:优点是灵敏度高,可以测出很______的电流;缺点是线圈的导线很细,允许通过的电流很弱。
反抗
方向
弱
知识点三　磁电式电流表
[思辨]
1.判断题(正确的打“√”,错误的打“ ”)
(1)磁电式电流表中,极靴与铁质圆柱间磁场的磁感应强度大小处处相等,方向相同。(　 　)
(2)磁电式电流表中,极靴与铁质圆柱间磁场的磁感应强度大小处处相等,方向不同。(　 )
(3)磁电式电流表中,距轴线等距离处的磁感应强度大小都相等。(　 　)
(4)磁电式电流表中,磁场的磁感线与线圈平面始终平行。(　 　)


√
√
知识点三　磁电式电流表
2.思考题:磁电式电流表工作依据的物理学原理是什么
【答案】 通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动。
命题整体感知 尝试与研析
类型一 判断安培力的方向
1.判断安培力方向常见的两种类型
类型一 判断安培力的方向
2.安培力F、磁感应强度B、电流I三者方向之间的关系
(1)已知I、B的方向,可唯一确定F的方向。
(2)已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向。
(3)已知F、I的方向,磁感应强度B的方向不能唯一确定。
3.两平行通电直导线间的相互作用规律:同向电流互相吸引,反向电流互相排斥。
类型一 判断安培力的方向
A
例1 下列各图中,导体棒ab所受安培力F的方向标注正确的是(　 　)
类型一 判断安培力的方向
【解析】 根据左手定则,A图中,导体棒ab所受安培力方向垂直于导体棒斜向上,A正确;B图中,导体棒ab和磁场方向平行,导体棒ab不受安培力,
B错误;C图中,导体棒ab所受安培力方向垂直于导体棒向下,C错误;D图中,导体棒ab所受安培力方向垂直于导体棒向左,D错误。
类型一 判断安培力的方向
A
活学活用
图甲所示为“海影号”电磁推进实验舰艇,舰艇下部的大洞使海水前后贯通。图乙为舰艇沿海平面的截面简化图,其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极,使M、N间海水内电流方向为M→N,此时加垂直于纸面向外的磁场,可使M、N间海水受到磁场力作用从而将舰艇推出。关于舰艇的前进方向,下列说法正确的是 (　 　)
A.向左 B.向右
C.向前 D.向后
类型一 判断安培力的方向
【解析】 电流方向为M→N,磁场方向垂直于纸面向外,利用左手定则判断,海水受到的安培力方向向右,根据牛顿第三定律,海水对舰艇的作用力向左,所以舰艇的前进方向向左,故A正确,B、C、D错误。
类型二 求安培力的大小
1.公式F=IlBsin θ适用于匀强磁场中的通电直导线所受安培力的计算。
通电直导线与磁场方向垂直时,它受到的安培力最大;通电直导线与磁场方向平行时,它不受安培力;通电直导线与磁场方向斜交时,它受到的安培力介于0和最大值之间。
2.通电直导线同时受到几个安培力时,所受安培力为这几个安培力的矢量和。
类型二 求安培力的大小
A
类型二 求安培力的大小
类型二 求安培力的大小
B
类型二 求安培力的大小
类型三 磁电式电流表
ABC
例3 (多选)中学物理实验中经常使用的电流表是磁电式电流表,下图是其结构图和前视图。当电流从线圈中流过时,线圈就会受到安培力的作用,电流越大,线圈所受安培力越大,指针偏转的角度越大,磁电式电流表就是按照这个原理指示电流大小的。基于这个原理,以下说法正确的是(　 　)
A.电表表盘刻度均匀,说明指针偏转角度与电流大小成正比
B.螺旋弹簧对线圈的运动有阻碍作用
C.由前视图可知,线圈将沿顺时针方向偏转
D.由前视图可知,线圈将沿逆时针方向偏转
类型三 磁电式电流表
【解析】 电表表盘刻度均匀,说明指针偏转角度与电流大小成正比,故A正确;根据力矩平衡条件可知,稳定后,线圈受到螺旋弹簧的力矩与磁力矩方向是相反的,故螺旋弹簧对线圈有阻碍作用,故B正确;由左手定则可知,线圈的右侧导线受安培力的方向向下,左侧导线受安培力的方向向上,由前视图可知,线圈将沿顺时针方向转动,故C正确,D错误。第一章 安培力与洛伦兹力
1　磁场对通电导线的作用力
　　　　　　　　　　　　　 　　　　　
知识点一　安培力的方向
1.安培力
通电导线在　磁场　中受的力。
2.方向
用左手定则判断。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个平面内;让磁感线从掌心垂直进入,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。
3.安培力方向、电流方向与磁场方向的关系
电流方向、磁场方向可不垂直,但安培力方向与电流方向、磁场方向均垂直,即安培力方向垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面。
4.安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别
项目 用途 适用 对象 应用 方法 结果
安培定则(右手螺旋定则) 判断电流的磁场方向 直线 电流 拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向表示磁感线的方向
环形电流或通电螺线管　 四指弯曲的方向表示电流的环绕方向 拇指指向轴线上磁感线的方向　
左手定则 判断电流在磁场中的受力方向 电流在磁场中 磁感线穿过手掌心,四指指向电流的方向 拇指指向电流在磁场中所受安培力的方向
[思辨]
1.判断题(正确的打“√”,错误的打“ ”)
(1)安培力的方向与通电直导线中电流的方向一定垂直。(　√　)
(2)安培力的方向与磁场方向可能垂直,也可能不垂直。 (　 　)
(3)安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。(　√　)
2.思考题:
如图所示,只改变导线中电流的方向,导线受力方向是否改变 只上下交换磁极的位置以改变磁场的方向,导线受力方向是否改变
【答案】 只改变导线中电流的方向,导线受力方向改变。只上下交换磁极的位置以改变磁场的方向,导线受力方向改变。
知识点二　安培力的大小
1.在匀强磁场中,导线中的电流为I,当磁感应强度B的方向与导线成θ角时,导线受力情况如图甲所示,图乙是从右向左看的视图。
把磁感应强度B分解为两个分量:一个与导线垂直的分量B1=Bsin θ,另一个与导线平行的分量B2=Bcos θ。平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力,通电导线所受作用力仅由B1决定,即F=IlB1,将B1=Bsin θ代入得导线所受安培力F=IlBsin θ。可将公式F=IlBsin θ中的Bsin θ理解为有效磁感应强度或将lsin θ理解为有效长度,θ为磁场方向与直导线长度l之间的夹角。
2.一根长为l的通电直导线,通过的电流为I,按不同的方式放在磁感应强度大小为B的同一匀强磁场中,导线所受安培力的情况不同,如图所示。
(1)图甲中,I⊥B,此时安培力最大,F=IlB。
(2)图乙中,I∥B,此时安培力最小,F=0。
(3)图丙中,当I与B成θ角时,把磁感应强度B分解,如图丁所示,此时F=IlBsin θ。
[思辨]
1.判断题(正确的打“√”,错误的打“ ”)
(1)通电直导线在磁场中一定会受到安培力的作用。 (　 　)
(2)通电直导线跟磁场方向平行时,受磁场的作用力为0。(　√　)
(3)其他条件不变,通电直导线跟磁场方向垂直时,受磁场的作用力最大。(　√　)
2.思考题:如图所示,如何求弯曲导线在匀强磁场中受到的安培力的大小
【答案】 弯曲导线在匀强磁场中受到的安培力大小F=IlBsin θ,l为有效长度,即导线两端点所连线段的长度,相应的等效电流沿l由始端流向末端,如图所示。
知识点三　磁电式电流表
1.磁电式电流表的构造特点
(1)构造:磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴,如图甲所示。
(2)特点:两磁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均匀分布,这样,线圈无论转到什么位置,线圈平面都与磁感线　平行　,从而使表盘刻度均匀,如图乙所示。
甲　乙
2.原理
(1)通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动,线圈转动时,螺旋弹簧变形,以　反抗　线圈的转动。
(2)线圈偏转的角度越大,被测电流就越大,所以根据线圈偏转角度的大小,可以确定被测电流的大小;根据线圈偏转的　方向　,可以知道被测电流的方向。
3.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,允许通过的电流很弱。
[思辨]
1.判断题(正确的打“√”,错误的打“ ”)
(1)磁电式电流表中,极靴与铁质圆柱间磁场的磁感应强度大小处处相等,方向相同。(　 　)
(2)磁电式电流表中,极靴与铁质圆柱间磁场的磁感应强度大小处处相等,方向不同。(　 　)
(3)磁电式电流表中,距轴线等距离处的磁感应强度大小都相等。(　√　)
(4)磁电式电流表中,磁场的磁感线与线圈平面始终平行。(　√　)
2.思考题:磁电式电流表工作依据的物理学原理是什么
【答案】 通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动。
类型一 判断安培力的方向
1.判断安培力方向常见的两种类型
2.安培力F、磁感应强度B、电流I三者方向之间的关系
(1)已知I、B的方向,可唯一确定F的方向。
(2)已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向。
(3)已知F、I的方向,磁感应强度B的方向不能唯一确定。
3.两平行通电直导线间的相互作用规律:同向电流互相吸引,反向电流互相排斥。
例1 下列各图中,导体棒ab所受安培力F的方向标注正确的是 (　A　)
【解析】 根据左手定则,A图中,导体棒ab所受安培力方向垂直于导体棒斜向上,A正确;B图中,导体棒ab和磁场方向平行,导体棒ab不受安培力,B错误;C图中,导体棒ab所受安培力方向垂直于导体棒向下,C错误;D图中,导体棒ab所受安培力方向垂直于导体棒向左,D错误。
活学活用
图甲所示为“海影号”电磁推进实验舰艇,舰艇下部的大洞使海水前后贯通。图乙为舰艇沿海平面的截面简化图,其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极,使M、N间海水内电流方向为M→N,此时加垂直于纸面向外的磁场,可使M、N间海水受到磁场力作用从而将舰艇推出。关于舰艇的前进方向,下列说法正确的是 (　A　)
A.向左 B.向右
C.向前 D.向后
【解析】 电流方向为M→N,磁场方向垂直于纸面向外,利用左手定则判断,海水受到的安培力方向向右,根据牛顿第三定律,海水对舰艇的作用力向左,所以舰艇的前进方向向左,故A正确,B、C、D错误。
类型二 求安培力的大小
1.公式F=IlBsin θ适用于匀强磁场中的通电直导线所受安培力的计算。
通电直导线与磁场方向垂直时,它受到的安培力最大;通电直导线与磁场方向平行时,它不受安培力;通电直导线与磁场方向斜交时,它受到的安培力介于0和最大值之间。
2.通电直导线同时受到几个安培力时,所受安培力为这几个安培力的矢量和。
例2 如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且导线所在平面与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L,且∠abc=∠bcd=135°。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。导线abcd所受安培力的合力 (　A　)
A.方向沿纸面向上,大小为(+1)ILB
B.方向沿纸面向上,大小为(-1)ILB
C.方向沿纸面向下,大小为(+1)ILB
D.方向沿纸面向下,大小为(-1)ILB
【解析】 应用F=IlB求安培力,其中I⊥B,l为导线的有效长度。匀强磁场中弯曲导线的有效长度l等于连接弯曲导线两端点间的线段的长度,题图中导线abcd段的有效长度为线段ad的长度,由几何知识可知Lad=(+1)ILB,通过导线的有效长度的电流方向为a→d,根据左手定则可以确定导线所受安培力的合力的方向沿纸面向上,故A正确。
活学活用
将同一段通电直导线abc从中点b折成夹角为120°的形状,分别放在磁感应强度不同的匀强磁场中,如图所示,图甲中导线所在平面与磁场的磁感线平行,图乙中导线所在平面与磁场的磁感线垂直,若两图中两导线所受的安培力大小相等,则两图中磁场的磁感应强度大小之比B1∶B2为(　B　)
A.
【解析】 设导线的总长为2L,通过导线的电流为I,题图甲中导线受到的安培力大小为B1IL+B1ILcos 60°=,B正确。
类型三 磁电式电流表
例3 (多选)中学物理实验中经常使用的电流表是磁电式电流表,下图是其结构图和前视图。当电流从线圈中流过时,线圈就会受到安培力的作用,电流越大,线圈所受安培力越大,指针偏转的角度越大,磁电式电流表就是按照这个原理指示电流大小的。基于这个原理,以下说法正确的是(　ABC　)
A.电表表盘刻度均匀,说明指针偏转角度与电流大小成正比
B.螺旋弹簧对线圈的运动有阻碍作用
C.由前视图可知,线圈将沿顺时针方向偏转
D.由前视图可知,线圈将沿逆时针方向偏转
【解析】 电表表盘刻度均匀,说明指针偏转角度与电流大小成正比,故A正确;根据力矩平衡条件可知,稳定后,线圈受到螺旋弹簧的力矩与磁力矩方向是相反的,故螺旋弹簧对线圈有阻碍作用,故B正确;由左手定则可知,线圈的右侧导线受安培力的方向向下,左侧导线受安培力的方向向上,由前视图可知,线圈将沿顺时针方向转动,故C正确,D错误。

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