资源简介

(共43张PPT)
1　磁场对通电导线的作用力
素养 目标定位
目标素养
1.通过实验,认识安培力,知道安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向的关系,会用左手定则判断安培力的方向
2.知道安培力的表达式,会计算匀强磁场中安培力的大小
3.通过分析,知道磁电式电流表的基本构造及其测电流大小和方向的基本原理
知识概览
课前 基础认知
一、安培力的方向
1.安培力:通电导线在磁场中受的力称为安培力。
2.安培力的方向:通电导线在磁场中所受安培力的方向与
电流方向、磁感应强度的方向都垂直。
3.左手定则: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,如图所示。
微思考 旋转的液体。
如图所示,在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极,沿边缘内壁放一个圆环形电极,将两电极接在电池的两极上,然后在玻璃皿中加入盐水,把玻璃皿放入蹄形磁体的磁场中,N极在下、S极在上,盐水就会旋转起来。盐水为什么旋转 旋转的方向是顺时针还是逆时针(俯视)
提示:由于受到安培力的作用,盐水旋转。
磁场方向垂直于水面向上,盐水内电流的方向从玻璃皿边缘指向圆心,根据左手定则判断,盐水中的电流受到的安培力沿逆时针方向,因此盐水逆时针旋转。
二、安培力的大小
微判断1 (1)通电导线在磁场中不一定受安培力。(　　)
(2)一通电导线放在磁场中某处且不受安培力,该处的磁感应强度不一定是零。(　　)
(3)在磁场、导线的长度和电流都一定的情况下,导线平行于磁场时,安培力最大;垂直于磁场时,安培力最小。(　　)
√
√
×
三、磁电式电流表
1.磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。
2.磁电式电流表的工作原理:①通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动。螺旋弹簧变形,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.优点:灵敏度高,可以测出很弱的电流。
缺点:线圈的导线很细,允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。
微判断2 (1)磁电式电流表中的磁场为匀强磁场。(　　)
(2)磁电式电流表根据指针偏转方向,可以知道被测电流方向。
(　　)
(3)磁电式电流表的灵敏度不高,不能测出很弱的电流。(　　)
×
√
×
课堂 重难突破
一 安培力的方向
问题探究
(1)如图所示,改变导线中电流的方向,观察受力方向是否变化
(2)如图所示,上下交换磁极的位置以改变磁场的方向,观察受力方向是否变化
提示:(1)变化。(2)变化。
归纳总结
1.安培力的方向的特点:
安培力的方向既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直,即安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面。
2.左手定则应用的两类问题:
3.安培定则与左手定则的区别。
定则 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则
应用 判断电流的方向跟它产生的磁感线方向之间的关系 判断通电导线在磁场中的受力方向
内容 具体
情况 直线电流 环形电流或通电螺线管 通电导线在磁场中
条件 拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向指向电流的环绕方向 磁感线垂直穿过掌心,四指指向电流方向
结果 四指弯曲方向表示磁感线的方向 拇指指向轴线上的磁感线的方向 拇指指向通电导线在磁场中受到的安培力的方向
典型例题
【例1】 画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)。
答案:如图所示
解析:无论B、I是否垂直,安培力总是垂直于B与I所决定的平面,且满足左手定则。
对于选项A、B、C、D,直接用左手
定则判断。E选项中由安培定则可
判断出通电直导线所在位置磁场的
方向如图甲所示,由左手定则可判断
出通电直导线受到的安培力方向如图甲所示。
F选项中由安培定则可判断出通电直导线所在位置磁场的方向如图乙所示,由左手定则可判断出通电直导线受到的安培力方向如图乙所示。
特别提醒
(1)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,但磁场方向和电流方向不一定垂直。 (2)若已知B、I的方向,F的方向唯一确定,但若已知B(或I)、F的方向,I(或B)的方向不唯一。 (3)判断通电导体在磁场中的受力方向用左手定则。
二 安培力的大小
问题探究
处在匀强磁场中的通电导线,如果放置的方式不同,其所受安培力的大小是否相同
提示:不同的放置方式,通电导线所受的安培力大小不同。
归纳总结
1.公式F=IlBsin θ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”,弯曲导线的有效长度l等于连接两端点线段的长度(如图所示);相应的电流沿l由始端流向末端。
2.公式F=IlBsin θ中θ是B和I方向的夹角。
(1)当θ=90°时,即B⊥I,sin θ=1,公式变为F=IlB。
(2)当θ=0°时,即B∥I,sin θ=0,F=0。
3.在非匀强磁场中,只要通电直导线所在位置的各点磁感应强度B矢量相等(包括大小和方向),则导线所受安培力也能用上述公式计算。
4.当通电导线同时受到几个安培力时,通电导线所受的安培力为这几个安培力的矢量和。
典型例题
【例2】 如图所示,一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,其中lAB=lBC=lCD=lDE=l,且∠C=120°、∠B=∠D=150°。现给这根导线通入由A至E的恒定电流I,则导线受到磁场作用的合力大小为(　　)
C
解析:据题图和几何关系求得A、E两点间的距离,即有效长度为l有=(2+ )l
据安培力公式得F=Il有B=(2+ )IlB,选项A、B、D错误,C正确。
规律方法
应用安培力公式F=IlBsin θ解题的技巧
(1)应用公式F=IlBsin θ求安培力大小时,应正确理解公式中各物理量的实质,可将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之间的夹角。 (2)通电导线所受的安培力等于导线各段所受安培力的合力。 (3)匀强磁场中弯曲导线的有效长度l,等于连接两端点间的线段的长度。
成 果 验 收 站
1.在如图所示的匀强磁场中,已经标出了电流I和磁场B以及磁场对通电导线的安培力F三者的方向,其中错误的是(　　)
答案:C
解析:根据左手定则可知选项A、B、D正确。选项C中通电导线和磁场方向平行,不受安培力,选项C错误。
2.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是(　　)
A.安培力的方向可以不垂直于通电直导线
B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关
D.将通电直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半
答案:B
解析:由左手定则可知,安培力的方向一定与磁场方向和通电直导线垂直,选项A错误,B正确。安培力的大小F=BIlsin θ,与通电直导线和磁场方向的夹角有关,选项C错误。将通电直导线从中点折成直角,假设原来通电直导线与磁场方向垂直,若折成直角后一段与磁场仍垂直,另一段与磁场平行,则安培力的大小变为原来的一半,若折成直角后,两段都与磁场垂直,则安培力的大小变为原来的 ,因此安培力大小不一定是原来的一半,选项D错误。
3.如图所示,一根通电导线弯折后固定在匀强磁场中,bc与磁感线垂直,则导线ab、bc所受安培力大小之比及方向为(　　)
A.1∶1　相同
B.1∶1　相反
C.sin θ∶1　相同
D.1∶sin θ　相反
答案:B
解析:由题图可知导线ab垂直于磁感线方向的长度与导线bc的长度相等,两条导线电流大小相等、方向相反。由F=BIl可知导线ab、bc所受安培力大小之比为1∶1,由左手定则可知两条导线所受安培力方向相反,选项B正确。
4.利用如图所示的电流天平,可以测量匀强磁场的磁感应强度B。它的右臂挂着矩形线圈,匝数为n,bc段导线长为l,处于匀强磁场中,磁感应强度垂直线圈平面向里。当线圈没有通电时,天平处于平衡状态。当线圈中通入电流I时,通过在右盘加质量为m的砝码使天平重新平衡,重力加速度为g。
5.图甲是磁电式电流表的结构示意图,蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布,如图乙所示。边长为l的正方形线圈中通以电流I,线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外,b导线电流方向垂直纸面向里,a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B,则(　　)
A.该磁场是匀强磁场
B.穿过该线圈的磁通量为Bl2
C.a导线受到的安培力方向向下
D.b导线受到的安培力大小为BIl
答案:D
解析:匀强磁场应该是一系列平行的磁感线,方向相同,该磁场明显不是匀强磁场,选项A错误。穿过该线圈的磁通量为零,选项B错误。a导线电流向外,磁场向右,根据左手定则,安培力向上,选项C错误。b导线始终与磁场垂直,故受到的安培力大小一直为BIl,选项D正确。
6.正六边形线框abcdef由六根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点a、b与直流电源两端相接,已知de受到的安培力大小为F,下列说法正确的是(不考虑导体棒间的相互作用)(　　)
A.ab受到的安培力大小为F
B.ef受到的安培力大小为F
C.cd受到的安培力大小为0.5F
D.正六边形线框abcdef所受安培力
的合力为零
答案:B
解析:设每根导体棒的电阻为R、长度为l,通过de的电流为I,则de受到的安培力为F=BIl,由于ef、fa、bc、cd的电流和长度跟de是一样的,因此所受安培力的大小都是F,且根据矢量叠加原理,可求得bcdefa受到的安培力的合力仍为F,且方向竖直向上,选项B正确,C错误;由于ab与afedcb(bcdefa)并联,电压相等,afedcb电阻为5R,故通过ab的电流为5I,ab受到的安培力为F'=B·5I·l=5F,由于bcdefa受到的安培力的合力为F,且两部分受到的安培力方向均竖直向上,故正六边形线框abcdef所受安培力的合力为F合=F+5F=6F,选项A、D错误。

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