高中物理-第2章-三磁場對通電導(dǎo)線的作用課件-新人教版選修11

第一頁，共42頁。三磁場對通電導(dǎo)線(dǎoxiàn)的作用第二頁，共42頁。一、安培力1．定義(dìngyì)：通電導(dǎo)線在________受到的力叫做________．2．特點(diǎn)：通電直導(dǎo)線與磁場方向________時，所受的安培力________；與磁場方向________時，導(dǎo)線________安培力；導(dǎo)線與磁場方向斜交時，安培力介于最大值和零之間．3．大?。捍怪贝艌龅耐娭睂?dǎo)線所受安培力與________成正比，與__________________成正比．4．安培力公式：F＝___________.溫馨提示通電導(dǎo)線在磁場中不一定受到安培力作用．磁場(cíchǎng)中安培力

垂直(chuízhí)最大平行不受導(dǎo)線長度導(dǎo)線中電流BIL(I⊥B)

第三頁，共42頁。 二、磁感應(yīng)強(qiáng)度 1．定義：垂直磁場放置的通電直導(dǎo)線，所受____________與導(dǎo)線長度和____________的比值，叫做該處磁場的______________．用符號______表示． 2．公式：B＝________，國際單位：________，簡稱(jiǎnchēng)特，符號____.1T＝________. 3．意義：描述______________和方向的物理量． 4．矢量性：磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是________的方向，即小磁針靜止時的________所指的方向．安培力電流(diànliú)乘積磁感應(yīng)強(qiáng)度(qiángdù)B特斯拉

T

磁場強(qiáng)弱

磁場N極第四頁，共42頁。三、安培力的方向1．安培力的方向與磁場方向________，與電流方向________．2．安培力的方向既________磁場方向又________電流方向．3．左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四指________，并且都跟手掌在________平面內(nèi)，讓磁感線穿入手(rùshǒu)心，并使四指指向________的方向，那么________所指的方向就是通電導(dǎo)線所受________的方向．有關(guān)(yǒuguān)也有關(guān)(yǒuguān)垂直于垂直于垂直同一個電流拇指安培力第五頁，共42頁。一、安培力大小的計算1．電流與磁場垂直(1)公式(gōngshì)F＝ILB中L指的是“有效長度”．當(dāng)B與I垂直時，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝ILB.(2)彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點(diǎn)直線的長度(如圖2－3－1所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端．圖2－3－1

第六頁，共42頁。2．電流與磁場不垂直(1)若磁場和電流成θ角，如圖2－3－2所示．可以(kěyǐ)將磁感應(yīng)強(qiáng)度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥對電流是沒有作用的．F＝ILB⊥＝ILBsinθ，即F＝ILBsinθ.圖2－3－2

第七頁，共42頁。(2)當(dāng)θ＝0°時，F(xiàn)＝0，此時表明通電導(dǎo)線與磁場平行，導(dǎo)線不受安培力．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(tímù)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方向的“有效長度”．(3)用公式計算安培力僅適用于電流處于勻強(qiáng)磁場中．第八頁，共42頁。二、對磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解1．與電場強(qiáng)度一樣(yīyàng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場力的性質(zhì)的物理量．磁感應(yīng)強(qiáng)度B的國際單位是特斯拉，符號是T，1T＝1N/(A·m)．磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量，其方向就是該處的磁場方向．第九頁，共42頁。3．磁感應(yīng)強(qiáng)度(qiángdù)B與電場強(qiáng)度(qiángdù)E對比如下表：第十頁，共42頁。三、通電導(dǎo)線在安培力作用下的運(yùn)動分析1．判斷通電導(dǎo)線或線圈在安培力作用下的運(yùn)動方向(fāngxiàng)的幾種方法(1)電流元分析法：把整段電流分成很多小段直線電流，其中每一小段就是一個電流元．先用左手定則判斷出每小段電流元受到的安培力的方向(fāngxiàng)，再判斷整段電流所受安培力的方向(fāngxiàng)，從而確定導(dǎo)線的運(yùn)動方向(fāngxiàng)．第十一頁，共42頁。(2)特殊位置分析法：根據(jù)通電導(dǎo)線在特殊位置所受安培力的方向，判斷其運(yùn)動方向，然后推廣到一般(yībān)位置．(3)等效分析法：環(huán)形電流可等效為小磁針，通電螺線管可等效為條形磁鐵，其南、北極由安培定則判定．第十二頁，共42頁。2．分析通電導(dǎo)線在安培力作用下運(yùn)動情況的一般步驟(1)畫出通電導(dǎo)線所在(suǒzài)處的磁感線方向及分布情況；(2)用左手定則確定各段通電導(dǎo)線所受安培力；(3)據(jù)初速度方向結(jié)合牛頓運(yùn)動定律確定導(dǎo)線的運(yùn)動情況．第十三頁，共42頁。特別提醒(1)在F、I、B三個物理量中，F(xiàn)與I、F與B一定垂直，但B與I不一定垂直．(2)判斷通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)情況，應(yīng)找準(zhǔn)具有對稱關(guān)系的特殊位置的電流元．第十四頁，共42頁。思考與討論線圈在磁場中如何運(yùn)動．如果放在磁場中的不是一段通電的導(dǎo)線，而是一個通電的矩形線圈abcd(圖2－3－3)，會發(fā)生(fāshēng)什么現(xiàn)象？教材資料(zīliào)分析圖2－3－3

點(diǎn)撥如圖所示．由左手定則可判知ab、cd兩邊所受安培力的方向(fāngxiàng)相反，線圈繞OO′轉(zhuǎn)動．這就是電動機(jī)的原理．第十五頁，共42頁。磁感應(yīng)強(qiáng)度(qiángdù)的理解第十六頁，共42頁。C．通電導(dǎo)線所受安培力不為零的地方一定存在磁場，通電導(dǎo)線不受安培力的地方一定不存在磁場D．磁場中某一點(diǎn)(yīdiǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身決定，其大小和方向是唯一確定的，與通電導(dǎo)線無關(guān)第十七頁，共42頁。答案(dáàn)D第十八頁，共42頁。借題發(fā)揮磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，它的方向是小磁針靜止時N極所指的方向，而不是安培力的方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度是由磁場本身的性質(zhì)來決定的，與是否在磁場中放入通電直導(dǎo)線以及(yǐjí)電流大小、導(dǎo)線長度、安培力的大小無關(guān)．在磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是唯一的．第十九頁，共42頁。【變式1】關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的說法正確的是()A．通電導(dǎo)線受安培力大的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大B．磁感線的指向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度減小的方向C．放在勻強(qiáng)磁場中各處的通電導(dǎo)線，受力大小和方向處處相同(xiānɡtónɡ)D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向跟放在磁場中的通電導(dǎo)線受力的大小和方向無關(guān)第二十頁，共42頁?！敬鸢浮緿【解析】磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向由磁場本身決定，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可由磁感線的疏密來反映(fǎnyìng)．安培力的大小不僅與B、I、L有關(guān)，還與導(dǎo)體的放法有關(guān)．第二十一頁，共42頁?！镜淅?】如圖2－3－4所示，長為2L的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60°的V形，并置于與其(yǔqí)所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流大小為I的電流時，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為()A．0 B．0.5BILC．BIL D．2BIL安培力的大小(dàxiǎo)圖2－3－4

第二十二頁，共42頁。解析導(dǎo)線有效長度為2Lsin30°＝L，所以該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為BIL.答案C借題發(fā)揮(jiètífāhuī)F＝BIL只適用于導(dǎo)線與磁場垂直的情況，且磁感應(yīng)強(qiáng)度B恒定，L指導(dǎo)線的始、末端線段的長度．第二十三頁，共42頁。【變式2】關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I、導(dǎo)線長L和電流所受安培力F的關(guān)系，下面的說法(shuōfǎ)中正確的是()A．在B＝0的地方，F(xiàn)一定等于零B．在F＝0的地方，B一定等于零C．若B＝1T，I＝1A，L＝1m，則F一定等于1ND．若L＝1m，I＝1A，F(xiàn)＝1N，則B一定等于1T【答案】A第二十四頁，共42頁。【解析】由F＝BIL可知，B為零時，F(xiàn)一定為零，但電流所受的安培力與通電導(dǎo)線的方向(fāngxiàng)有關(guān)，如導(dǎo)線與磁場平行時，安培力也為零，故B、C、D選項(xiàng)不正確．第二十五頁，共42頁。【典例3】如圖2－3－5所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣(juéyuán)細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈()A．向左運(yùn)動 B．向右運(yùn)動C．靜止不動 D．無法確定安培力的方向(fāngxiàng)圖2－3－5

第二十六頁，共42頁。解析(jiěxī)解法一等效法．把通電線圈等效成小磁針．由安培定則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左運(yùn)動．解法二電流元法．如圖2－3－6所示，取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力的合力(hélì)水平向左，故線圈向左運(yùn)動．答案A圖2－3－6

第二十七頁，共42頁。借題發(fā)揮判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動或運(yùn)動趨勢(qūshì)，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動方向或運(yùn)動趨勢(qūshì)的方向．第二十八頁，共42頁?！咀兪?】在圖中，標(biāo)出了磁場的方向、通電直導(dǎo)線中電流I的方向，以及通電直導(dǎo)線所受安培力F的方向，其中(qízhōng)正確的是()第二十九頁，共42頁?！敬鸢浮緾【解析】由通電導(dǎo)線在磁場中的受力情況和左手(zuǒshǒu)定則可知，C選項(xiàng)正確．第三十頁，共42頁。磁感應(yīng)強(qiáng)度(qiángdù)的理解第三十一頁，共42頁。【答案(dáàn)】A第三十二頁，共42頁。第三十三頁，共42頁?！敬鸢?dáàn)】C第三十四頁，共42頁?！窘馕觥扛鶕?jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，通電導(dǎo)線應(yīng)為“在磁場(cíchǎng)中垂直于磁場(cíchǎng)方向的通電導(dǎo)線”，只有在這個方向上導(dǎo)線所受的安培力才最大，故A錯誤；當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(cíchǎng)方向平行時，不受安培力作用，故B選項(xiàng)錯誤；在磁場(cíchǎng)源穩(wěn)定的情況下，磁場(cíchǎng)內(nèi)每一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是唯一確定的，與放入該處的檢驗(yàn)電流無關(guān)，C正確；由左手定則可確定，安培力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，故D錯誤．第三十五頁，共42頁。3．一段通電直導(dǎo)線平行于磁場(cíchǎng)方向放入勻強(qiáng)磁場(cíchǎng)中，如圖2－3－7所示，導(dǎo)線上電流方向由左指向右．當(dāng)導(dǎo)線以其中點(diǎn)O為軸轉(zhuǎn)過90°的過程中，導(dǎo)線受到的安培力()A．大小不變，方向不變B．由0增至最大，方向時刻變C．由最大減小至0，方向不變D．由0增至最大，方向不變【答案】D安培力的大小(dàxiǎo)圖2－3－7

第三十六頁，共42頁?！窘馕觥繉?dǎo)線轉(zhuǎn)動前，電流方向與磁感線方向相同(xiānɡtónɡ)，導(dǎo)線不受安培力；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過一個小角度，電流方向與磁感線不再平行，于是導(dǎo)線受到安培力；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時，電流方向與磁感線垂直，此時導(dǎo)線受的安培力最大．用左手定則可以判斷安培力的方向始終不變．所以選項(xiàng)D正確．第三十七頁，共42頁。4．如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中放有下列(xiàliè)各種形狀的通電導(dǎo)線，電流大小均為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，求各導(dǎo)線所受到的安培力．第三十八頁，共42頁。5．如圖2－3－8所示，其中A、B、E圖已知電流和其所受安培力的方向，試在圖中標(biāo)出磁場(cíchǎng)方向或電源的正負(fù)極．C、D圖已知磁場(cíchǎng)和它對電流作用力的方向，試在圖中標(biāo)出電流方向．安培力的方向(fāngxiàng)圖2－3－8

第三十九頁，共42頁?！窘馕觥扛鶕?jù)左手定則，導(dǎo)線在磁場中受力的方向既要與磁感線垂直，還要與導(dǎo)線中的電流方向垂直，且垂直于磁感線與電流所決定的平面．【答案】A圖磁場方向垂直紙面向(miànxiànɡ)外；B圖磁場方向在紙面內(nèi)垂直F向下；C、D圖電流方向均垂直于紙面向(miànxiànɡ)里；E圖a端為電源負(fù)極．第四十頁，共42頁。6．如圖2－3－9所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直．給導(dǎo)線通以垂直紙面向(miànxiànɡ)里的電流，用N表示磁鐵對桌面的壓力，用f表示桌面對磁