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文檔簡介
1、第一章 安培力與洛倫茲力1.1 磁場對通電導線的作用力1.認識安培力. 2.會判斷安培力的方向. (重點)3.會計算安培力的大小. (重點)4.知道磁電式電流表的工作原理. 學習目標新課導入點擊圖片播放視頻問題:為什么“心”會轉動?其中會有怎么樣的規(guī)律呢?安培在研究磁場與電流的相互作用方面作出了杰出的貢獻,為了紀念他,人們把通電導線在磁場中受的力稱為安培力(Ampre force),把電流的單位定為安培。新課講解1、上下交換磁極的位置以改變磁場的方向,觀察導體棒受力方向是否改變。組裝好器材,進行實驗,觀察導體棒受力方向。2、改變導體棒中電流的方向,觀察受力方向是否改變。實驗探究:眾多實驗表明:
2、通電導線在磁場中所受安培力的方向與電流方向、磁感應強度的方向都垂直。點擊圖片播放視頻試畫出下述兩實驗結果的正視圖:BBIFIF當堂小練一、安培力的方向-左手定則I安培力的方向既與磁場垂直、又與導線方向垂直即“垂直于磁場方向與導線方向所在的平面”x(B)y(F)oBFz (I )新課講解FFFIBIBIBIBF畫出安培力的方向當堂小練FBIBIFBBIF30FFIIBB畫出安培力的方向IBF問題: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 請使用剛學過的知識解釋本實驗結果。同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。結論:FFF同向電流F反向電流新課講解1、在勻強磁場中,在通電直導線與磁場
3、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。問題:如果既不平行也不垂直呢?(1)垂直時:(2)平行時:BI二、安培力的大小IB把磁感應強度B分解為兩個分量:一個分量與導線垂直 B=Bsin另一分量與導線平行 B/=Bcos平行于導線的分量B/不對通電導線產(chǎn)生作用力,通電導線所受作用力僅由B決定即F=ILBF=ILBsinB/B將B=Bsin代入得(3)通電直導線與磁場方向不垂直的情況:2、對公式 F=BIL的理解(1)僅適用于勻強磁場F一定與B垂直,F(xiàn)一定與I垂直。但B與I不一定垂直。(2)F不僅與B、I、L有關,還與放置方式有關。(3)L指的是“有效長
4、度”,等于連接兩端點直線的長度。相應的電流沿L由始端流向末端。LF=BILLLL1、試指出下述各圖中的安培力的大小。當堂小練2、將一段長度為20cm的直導線放在勻強磁場中,通電電流為1A,受到安培力大小為2N,則該磁場磁感應強度( )A、B10T B、B10TC、B10T D、不能確定B安培力作用下導體運動方向的判斷方法1.電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元,運用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向,從而判斷出整段電流所受合力的方向.2.特殊位置法把電流或磁鐵轉到一個便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向,從而確定運動方向.3.等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵.條形
5、磁鐵也可以等效成環(huán)形電流或通電螺線管.通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析.新課講解4.利用結論法(1)兩電流相互平行時無轉動趨勢,同向電流相互吸引,反向電流相互排斥;(2)兩電流不平行時,有轉動到相互平行且電流方向相同的趨勢.5.轉換研究對象法因為電流之間、電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律,定性分析磁體在電流產(chǎn)生的磁場中的受力和運動時,可先分析電流在磁體的磁場中受到的安培力,然后由牛頓第三定律,再確定磁體所受電流的作用力.1、兩條導線互相垂直,但相隔一小段距離,其中ab固定,cd可以自由活動,當通以如圖所示電流后,cd導線將()A.順時針方向轉動,同時靠近abB.逆時針方向轉
6、動,同時離開abC.順時針方向轉動,同時離開abD.逆時針方向轉動,同時靠近ababcdD當堂小練2、如圖所示,把一重力不計的通電直導線AB水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方,導線可以在空間自由運動,當導線通以圖示方向電流I時,導線的運動情況是(從上往下看)( )A.順時針方向轉動,同時下降B.順時針方向轉動,同時上升C.逆時針方向轉動,同時下降D.逆時針方向轉動,同時上升解析:如圖所示,將導線AB分成左、中、右三部分.中間一段開始時電流方向與磁場方向一致,不受力;左端一段所在處的磁場方向斜向上,根據(jù)左手定則其受力方向向外;右端一段所在處的磁場方向斜向下,受力方向向里.當轉過一定角度時,中間一段電流
7、不再與磁場方向平行,由左手定則可知其受力方向向下,所以從上往下看導線將一邊逆時針方向轉動,一邊向下運動,C選項正確.3、如圖所示,蹄形磁體用懸線懸于O點,在磁鐵的正下方有一水平放置的長直導線,當導線中通以由左向右的電流時,蹄形磁鐵的運動情況將是( )A靜止不動B向紙外平動CN極向紙外,S極向紙內(nèi)轉動DN極向紙內(nèi),S極向紙外轉動C4、兩個相同的輕質(zhì)鋁環(huán)能在一個光滑的絕緣圓柱體上自由移動,設大小不同的電流按如圖所示的方向通入兩鋁環(huán),則兩環(huán)的運動情況是( )A.都繞圓柱體轉動B.彼此相向運動,且具有大小相等的加速度C.彼此相向運動,電流大的加速度大D.彼此背向運動,電流大的加速度大解析同向環(huán)形電流間
8、相互吸引,雖然兩電流大小不等,但根據(jù)牛頓第三定律知兩鋁環(huán)間的相互作用力必大小相等,選項B正確.B5、一直導線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方,如圖所示,如果直導線可以自由地運動且通以方向為由a到b的電流,則導線ab受到安培力的作用后的運動情況為( )A.從上向下看順時針轉動并靠近螺線管B.從上向下看順時針轉動并遠離螺線管C.從上向下看逆時針轉動并遠離螺線管D.從上向下看逆時針轉動并靠近螺線管D解析:先由安培定則判斷通電螺線管的南、北兩極,找出導線左、右兩端磁感應強度的方向,并用左手定則判斷這兩端受到的安培力的方向,如圖甲所示.可以判斷導線受到磁場力作用后從上向下看按逆時針方向轉動,再分
9、析導線轉過90時導線位置的磁場方向,再次用左手定則判斷導線所受磁場力的方向,如圖乙所示,可知導線還要靠近螺線管,所以D正確,A、B、C錯誤.安培力作用下導體的平衡1.解題步驟(1)明確研究對象;(2)先把立體圖改畫成平面圖,并將題中的角度、電流的方向、磁場的方向標注在圖上;(3)正確受力分析(包括安培力),然后根據(jù)平衡條件:F合0列方程求解.2.分析求解安培力時需要注意的問題(1)首先畫出通電導體所在處的磁感線的方向,再根據(jù)左手定則判斷安培力方向;(2)安培力大小與導體放置的角度有關,但一般情況下只要求導體與磁場垂直的情況,其中L為導體垂直于磁場方向的長度,為有效長度.新課講解1、如圖所示,在
10、傾角為30的斜面上,固定一寬L0.25 m的平行金屬導軌,在導軌上端接入電源和滑動變阻器R.電源電動勢E12 V,內(nèi)阻r1 ,一質(zhì)量m20 g的金屬棒ab與兩導軌垂直并接觸良好.整個裝置處于磁感應強度B0.80 T、垂直于斜面向上的勻強磁場中(導軌與金屬棒的電阻不計).金屬導軌是光滑的,取g10 m/s2,要保持金屬棒在導軌上靜止,求:(1)金屬棒所受到的安培力的大?。淮鸢?.1 N課堂小練解析:金屬棒靜止在金屬導軌上受力平衡,如圖所示F安mgsin 30,代入數(shù)據(jù)得F安0.1 N.(2)通過金屬棒的電流的大??;答案0.5 A(3)滑動變阻器R接入電路中的阻值.答案23 解析設滑動變阻器接入電
11、路的阻值為R0,根據(jù)閉合電路歐姆定律得:EI(R0r),2、如圖所示,金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)絕緣細線水平懸掛,處于豎直向上的勻強磁場中,金屬棒中通以由M向N的電流,平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為.如果僅改變下列某一個條件,角的相應變化情況是( )A.金屬棒中的電流變大,角變大B.兩懸線等長變短,角變小C.金屬棒質(zhì)量變大,角變大D.磁感應強度變大,角變小A解析:選金屬棒MN為研究對象,其受力情況如圖所示.所以當金屬棒中的電流I、磁感應強度B變大時,角變大,選項A正確,選項D錯誤;當金屬棒質(zhì)量m變大時,角變小,選項C錯誤;角的大小與懸線長短無關,選項B錯誤.3、如圖所示,條形磁鐵平放于水平桌面
12、上,在它的正中央上方固定一根直導線,導線與磁場垂直,現(xiàn)給導線中通以垂直于紙面向外的電流,則下列說法正確的是( )A.磁鐵對桌面的壓力減小B.磁鐵對桌面的壓力增大C.磁鐵對桌面的壓力不變D.以上說法都不對A4、如圖所示,用兩根絕緣細線將質(zhì)量為m、長為l的金屬棒ab懸掛在c、d兩處,置于勻強磁場內(nèi).當棒中通以從a到b的電流I后,兩懸線偏離豎直方向角而處于平衡狀態(tài).為了使棒平衡在該位置上,所需的磁場的最小磁感應強度的大小、方向為( )D解析:要求所加磁場的磁感應強度最小,應使棒平衡時所受的安培力有最小值.由于棒的重力恒定,懸線拉力的方向不變,由畫出的力的三角形可知,安培力與拉力方向垂直時有最小值Fm
13、inmgsin ,即IlBminmgsin ,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)。鐵芯、線圈和指針是一個整體可以轉動。.三、磁電式電流表新課講解點擊圖片播放視頻2、電流表的特點(1)靈敏度高,可以測量很弱的電流,但是繞制線圈的導線很細,允許通過的電流很?。唬?)電流和安培力成正比,所以電流表的刻度是均勻的;(3)電流方向改變,安培力方向也改變,線圈朝相反方向轉動。1、如圖所示是磁電式儀表中的輻向磁場。假設長方形線圈的匝數(shù)為n,垂直于紙面的邊長為L1,平行于紙面的邊長為L2,線圈垂直于紙面的邊所在處磁場的磁感應強度大小為B。當通入電流I,線圈以角速度繞垂直紙面的中心軸OO轉動到水平位置時,下列判斷正確的是
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