物理人教版高中選擇性必修二（2019年新編）1-1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力 課件

第1節(jié)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力第一章安培力與洛倫茲力根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流會(huì)產(chǎn)生作用力的原理，人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置——電磁炮。電磁炮的炮彈動(dòng)力摒棄傳統(tǒng)的火藥，采用電磁力。它由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸，當(dāng)兩軌接入電源時(shí)，強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會(huì)以很大的速度射出，彈丸體積雖小，但由于初速度特別大，所以具有很大的動(dòng)能，足以穿透厚鋼板。通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力與哪些因素有關(guān)呢？新知探究新知探究知識(shí)點(diǎn)安培力定義——通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受的力稱為安培力。安培力的方向1新知探究知識(shí)點(diǎn)安培力左手定則伸開左手，使拇指與四指在同一個(gè)平面內(nèi)并跟四指垂直，讓磁感線垂直穿入手心，使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的就是通電導(dǎo)體所受安培力的方向。1新知探究知識(shí)點(diǎn)安培力1新知探究知識(shí)點(diǎn)安培力1新知探究F⊥B，F(xiàn)⊥I，B⊥I知識(shí)點(diǎn)安培力1新知探究F⊥B，F(xiàn)⊥I，B⊥I知識(shí)點(diǎn)安培力1新知探究F⊥B，F(xiàn)⊥I，B⊥I知識(shí)點(diǎn)安培力1新知探究F⊥B，F(xiàn)⊥I，B⊥I知識(shí)點(diǎn)安培力1新知探究F⊥B，F(xiàn)⊥I，B與I不垂直知識(shí)點(diǎn)安培力1新知探究F、B、I三者的方向之間的關(guān)系：安培力方向總是垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所在的平面，即F⊥B，F(xiàn)⊥I，但B與I不一定垂直。名師指點(diǎn)安培力方向的判斷1．安培力的方向不僅跟磁場(chǎng)方向垂直，還跟電流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁場(chǎng)方向與電流方向所構(gòu)成的平面。在判斷安培力方向時(shí)，應(yīng)首先判定這個(gè)平面，然后再應(yīng)用左手定則。2．當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流與磁場(chǎng)所決定的平面，所以仍可用左手定則來(lái)判斷安培力的方向，只是磁感線不是垂直進(jìn)入掌心。3．注意區(qū)別安培力的方向和電場(chǎng)力的方向與磁場(chǎng)、電場(chǎng)的方向的關(guān)系，安培力的方向總是與磁場(chǎng)的方向垂直，而電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向平行。知識(shí)點(diǎn)安培力1新知探究【例1】畫出圖中第三者的方向?！敬鸢浮坑勺笫侄▌t作答?！撩麕熤更c(diǎn)安培定則與左手定則的區(qū)別安培定則(右手螺旋定則)左手定則應(yīng)用判斷電流的磁場(chǎng)方向判斷電流在磁場(chǎng)中的受力方向內(nèi)容具體情況直線電流環(huán)形電流或通電螺線管電流在磁場(chǎng)中條件大拇指指向電流的方向四指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向磁感線穿過(guò)手掌心，四指指向電流方向結(jié)果四指彎曲方向表示磁感線的方向大拇指指向軸線上的磁感線方向大拇指指向電流受到的磁場(chǎng)力的方向名師指點(diǎn)分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的幾種常用方法電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)便于分析的特殊位置時(shí)，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流，反過(guò)來(lái)等效也成立。等效后再確定相互作用情況名師指點(diǎn)分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的幾種常用方法結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過(guò)程中，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向。[特別提醒](1)導(dǎo)體處于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，通常用電流元法判斷其受力情況。(2)判斷條形磁鐵(或小磁針)與環(huán)形電流間的相互作用時(shí)，通常選擇等效法。知識(shí)點(diǎn)安培力的大小2新知探究當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，F(xiàn)=ILB知識(shí)點(diǎn)安培力的大小2新知探究當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向夾θ角時(shí)，F(xiàn)=ILBsinθ知識(shí)點(diǎn)安培力的大小2新知探究名師指點(diǎn)對(duì)安培力F＝ILBsinθ的理解(1)當(dāng)B與I垂直時(shí)，即sin90°＝1，則F＝ILB；當(dāng)B與I成θ角時(shí)，F(xiàn)＝ILBsinθ，θ是B與I的夾角。(2)L是有效長(zhǎng)度，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度(如圖)；相應(yīng)的等效電流沿L由始端流向末端。名師指點(diǎn)F＝ILBsinθ的適用條件導(dǎo)線所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。名師指點(diǎn)電流在磁場(chǎng)中的受力特點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中一定會(huì)受到電場(chǎng)力作用，但是電流在磁場(chǎng)中不一定受安培力作用。當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電流不受安培力作用。名師指點(diǎn)[特別提醒](1)公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夾角，不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。(2)公式F＝IBLsinθ中的Lsinθ也可以理解為垂直于磁場(chǎng)方向的“有效長(zhǎng)度”。知識(shí)點(diǎn)安培力的大小2新知探究【例】如圖所示，兩平行光滑導(dǎo)軌相距0.2m，與水平面夾角為450，金屬棒MN的質(zhì)量為0.1kg，處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電源電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻為1Ω，為使MN處于靜止?fàn)顟B(tài)，則電阻R應(yīng)為多少？(其他電阻不計(jì))【答案】R=0.2Ω知識(shí)點(diǎn)磁電式電流表3新知探究電流表是測(cè)定電流強(qiáng)弱和方向的儀器，常用的是磁電式電流表，其結(jié)構(gòu)和原理如圖所示。知識(shí)點(diǎn)磁電式電流表3新知探究構(gòu)造：最基本的是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈．原理①通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)．螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)．②線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就越大，所以根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以確定被測(cè)電流的大小；根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測(cè)電流的方向．知識(shí)點(diǎn)磁電式電流表3新知探究特點(diǎn)兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向，保持線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安培力的大小不受磁場(chǎng)影響，線圈所受安培力的方向始終與線圈平面垂直，線圈平面都與磁場(chǎng)方向平行，表盤刻度均勻，如圖所示。知識(shí)點(diǎn)磁電式電流表3新知探究?jī)?yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，能測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱。1．如圖所示，矩形導(dǎo)線框ABCD用細(xì)繩懸掛，底邊水平且通有逆時(shí)針方向的電流。在導(dǎo)線框的正下方，垂直于導(dǎo)線框所在平面有一固定長(zhǎng)直導(dǎo)線。原來(lái)導(dǎo)線中無(wú)電流，現(xiàn)通以垂直紙面向外的電流，在短時(shí)間內(nèi)（）A．導(dǎo)線框逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（從上往下看） B．導(dǎo)線框向右平移C．細(xì)繩拉力變大 D．導(dǎo)線框中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度變小課堂訓(xùn)練【答案】C【詳解】AB．由安培定則知通電直導(dǎo)線在導(dǎo)線框處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向?yàn)閺挠蚁蜃?，根?jù)左手定則知，AD邊所受安培力方向垂直紙面向里，BC邊所受安培力方向垂直紙面向外，從上往下看，導(dǎo)線框順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)平移，AB錯(cuò)誤；C．導(dǎo)線框沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度后，由左手定則可知，CD邊受到的安培力方向向下，AB邊受到的安培力方向向上，但CD邊距通電直導(dǎo)線近，CD邊處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于AB邊處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，在豎直方向上導(dǎo)線框所受安培力方向向下，細(xì)繩拉力變大，C正確；課堂訓(xùn)練【答案】C【詳解】D．導(dǎo)線框沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度后，根據(jù)安培定則，通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)從右向左穿過(guò)導(dǎo)線框，導(dǎo)線框產(chǎn)生的磁場(chǎng)也從右向左穿過(guò)導(dǎo)線框，兩磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變，夾角變小，則導(dǎo)線框中心處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，D錯(cuò)誤；故選C。課堂訓(xùn)練2．如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB用懸線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開關(guān)（）A．A端向上運(yùn)動(dòng)，B端向下運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變B．A端向下運(yùn)動(dòng)，B端向上運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變C．A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變小D．A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大課堂訓(xùn)練【答案】D【詳解】當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如下圖所示由左手定則知通電直導(dǎo)線此時(shí)A端受力指向紙內(nèi)，B端受力指向紙外，故直導(dǎo)線將轉(zhuǎn)動(dòng)，由特殊位置法知當(dāng)直導(dǎo)線轉(zhuǎn)到與磁感線垂直（即轉(zhuǎn)過(guò)90°）時(shí)，整個(gè)直導(dǎo)線受到的安培力方向豎直向下，故懸線張力變大。故選D。課堂訓(xùn)練3．2019年12月6日，時(shí)速600千米磁懸浮列車在杭州亮相。磁懸浮列車?yán)昧税才嗔Φ淖饔?，下列說(shuō)法中正確的是（）A．通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用B．一段垂直于磁場(chǎng)方向的直導(dǎo)線所受安培力與導(dǎo)線所處區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比C．安培力的方向與導(dǎo)體所在處的磁場(chǎng)方向相同D．左手定則中，拇指所指方向?yàn)殡娏鞣较蛘n堂訓(xùn)練【答案】B【詳解】A．通電導(dǎo)線的電流方向和磁場(chǎng)方向平行時(shí)，通電導(dǎo)線不會(huì)受到安培力的作用，故A錯(cuò)誤；B．由可知垂直于磁場(chǎng)方向的直導(dǎo)線所受安培力與導(dǎo)線所處區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，故B正確；C．安培力的方向垂直于磁場(chǎng)的方向，故C錯(cuò)誤；D．左手定則中，拇指所指方向?yàn)榘才嗔Ψ较?，故D錯(cuò)誤。故選B。課堂訓(xùn)練4．如圖為一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化示意圖。已知轉(zhuǎn)子為n匝、長(zhǎng)L、寬d的矩形線圈，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)線圈中通有恒定電流I，轉(zhuǎn)子繞線圈平面內(nèi)垂直于磁場(chǎng)的軸