2023學(xué)年完整公開(kāi)課版安培力

第三章磁場(chǎng)第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力長(zhǎng)沙市稻田中學(xué)高二物理組實(shí)驗(yàn)演示：?jiǎn)栴}一：觀察演示實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),通電導(dǎo)線的受力方向與磁場(chǎng)方向、電流的方向三者不但不在一條直線上,而且不在一個(gè)平面內(nèi),怎樣確定它的方向呢？什么是安培力磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力叫安培力。一、安培力的方向安培力的方向與哪些因素有關(guān)？【觀察到的現(xiàn)象】

1改變電流的方向現(xiàn)象：2調(diào)換磁鐵兩極的位置來(lái)改變磁場(chǎng)方向現(xiàn)象：導(dǎo)體向相反的方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體又向相反的方向運(yùn)動(dòng)安培力的方向和磁場(chǎng)方向、電流方向有關(guān)系安培力的方向與哪些因素有關(guān)？×I×I?IF安F安F安F安?IF、B、I方向關(guān)系安培力方向既與電流方向垂直又與磁場(chǎng)方向垂直，即垂直于電流和磁場(chǎng)所在的平面左手定則：伸開(kāi)左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線穿過(guò)掌心，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。一、安培力的方向FIBIFBFBINF⊥BF⊥IFBIθ安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I三者的方向關(guān)系:F垂直于電流與磁場(chǎng)所在的平面而B(niǎo)與I不一定垂直．左手定則練習(xí)1：電流強(qiáng)度為I的通電導(dǎo)線放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)線所受安培力為F，則下列說(shuō)法正確的是A．勻強(qiáng)磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線所受安培力F，磁感應(yīng)強(qiáng)度B及電流I，三者在方向上一定互相垂直B．若I、B方向確定，則F方向唯一確定C．若F與B方向確定，則I方向唯一確定D．若F與B方向確定，則I方向不唯一確定，但I(xiàn)一定在與F垂直的平面內(nèi)E．若F與I方向確定，則B方向唯一確定F．若F與I方向確定，則B方向不唯一確定，但B一定在與F垂直的平面內(nèi)BDFFIBFIBBI30°FFIIIBBB【例1】安培力方向的判斷F=0F=0【例2】畫(huà)出圖中通電導(dǎo)線棒所受安培力的方向。FFF平面圖－－側(cè)視圖ba分析受到的安培力時(shí),要善于把立體圖,改畫(huà)成易于分析受力的平面圖形思考與討論：兩平行通電直導(dǎo)線,若通以同向電流,則相互吸引；若通以反向電流,則相互排斥為什么？FFF同向電流F反向電流FFFF同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。結(jié)論:第三章磁場(chǎng)第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力長(zhǎng)沙市稻田中學(xué)高二物理組第二課時(shí)二、安培力的大?。?）F=BIL（I⊥B）（2）平行時(shí)：F＝0IB（3）問(wèn)題:若既不平行也不垂直呢？BθI公式：F=BILsinθθθθB⊥1、公式：F=BILsinθ（1）θ表示磁場(chǎng)方向與電流方向間的夾角（2）此公式僅適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)BθI（3）L為有效長(zhǎng)度二、安培力的大小2、幾點(diǎn)說(shuō)明思考感悟通電導(dǎo)體如果是彎曲的，如何確定它的有效長(zhǎng)度呢？彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直接的長(zhǎng)度,相應(yīng)的電流沿連線由始端指向末端．圖3－4－3BacbI例如圖所示直角三角形abc組成的導(dǎo)線框內(nèi)通有電流I＝1A，處在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B＝2T中,ac=1m，，求三角形框架各邊所受的安培力。第三章磁場(chǎng)第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力長(zhǎng)沙市稻田中學(xué)高二物理組第三課時(shí)如圖所示，通電直導(dǎo)線A與通電導(dǎo)線環(huán)B固定放置在同一水平面上,通有如圖所示的電流時(shí),通電直導(dǎo)線受到水平向的安培力作用AIBI右安培力作用下通電導(dǎo)線或線圈的運(yùn)動(dòng)1直接判斷：先分析導(dǎo)線或線圈所在位置的磁感線情況，然后根據(jù)左手定則判定安培力的方向，再進(jìn)行分析兩條導(dǎo)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(dòng)，當(dāng)通以如圖所示電流后，cd導(dǎo)線將（）A順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近abB逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)abC順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)abD逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ababcdD2利用結(jié)論法：（1）同向平行電流相互吸引，異向平行電流相互排斥；（2）兩個(gè)電流不平行時(shí)，總有作用到方向相同的趨勢(shì)。例：如圖，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心且垂直于線圈平面。當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖所示的電流后，判斷線圈如何運(yùn)動(dòng)？3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(gè)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，再判斷整段電流所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向。向左擺動(dòng)4等效分析法：環(huán)形電流可等效為小磁針，條形磁鐵或小磁針也可以等效為環(huán)形電流，通電螺線管可等效為多個(gè)環(huán)形電流或條形磁鐵。極處懸掛一個(gè)線圈，當(dāng)線圈中通有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鲿r(shí)，線圈將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向左擺動(dòng)NS把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來(lái),使它的下端剛好跟杯里的水銀面接觸,并使它組成如圖所示的電波,當(dāng)開(kāi)關(guān)接通后,將看到的現(xiàn)象是A彈簧向上收縮B彈簧被拉長(zhǎng)C彈簧上下振動(dòng)D彈簧仍靜止不動(dòng)SC例、如圖所示，蹄形磁鐵固定，通電直導(dǎo)線AB可自由運(yùn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線中通以圖示方向的電流時(shí)，俯視導(dǎo)體，導(dǎo)體AB將（AB的重力不計(jì)）A、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)B、順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)C、順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)D、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)5特殊位置法：根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力的方向，判斷其運(yùn)動(dòng)方向，然后推廣到一般位置。NSANSIFFNSFA、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)向外向里如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根直導(dǎo)線MN，導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直，給導(dǎo)線通以由N向M的電流，則A磁鐵對(duì)桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用B磁鐵對(duì)桌面的壓力減小，受桌面的摩擦力作用C磁鐵對(duì)桌面的壓力增大，受桌面的摩擦力作用D磁鐵對(duì)桌面的壓力增大，不受桌面摩擦力作用通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力的作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)可以繞OO'軸轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈在磁場(chǎng)中，ab邊、cd邊將受到一對(duì)安培力作用，會(huì)產(chǎn)生讓OO'軸轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)、磁電式電表就是利用線圈在磁場(chǎng)中受到安培力矩作用原理制作的。1、電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，是引發(fā)19世紀(jì)第二次工業(yè)革命的因素之一。結(jié)構(gòu)：磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)動(dòng)線圈、兩個(gè)半圓型的滑環(huán)、電刷、電源。2、磁電式電表如圖所示，蹄形磁體用懸線懸于O點(diǎn)，在磁鐵的正下方有一水平放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時(shí)，蹄形磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況將是A．靜止不動(dòng)B．向紙外平動(dòng)C．N極向紙外，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)D．N極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)C如圖所示，向一根松弛的導(dǎo)體線圈中通以電流,線圈將會(huì)A縱向收縮,徑向膨脹B縱向伸長(zhǎng),徑向膨脹C縱向伸長(zhǎng),徑向收縮D縱向收縮,徑向收縮縱向A一條形磁鐵水平放在桌面上，一通電導(dǎo)線在磁鐵上方，如圖所示。試判斷磁鐵對(duì)桌面的壓力如何變化⊙B所以，再根據(jù)牛頓第三定律，桌面受到的壓力增大。BFB⊥B∥IBacbI如圖所示，直角三角形abc組成的導(dǎo)線框內(nèi)通有電流I＝1A，并處在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B＝2T中，AC=40cm，，求三角形框架各邊所受的安培力。導(dǎo)線abc為垂直折線,其中電流為I，ab=bc=L,導(dǎo)線拓在的平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求導(dǎo)線abc所受安培力的大小和方向abc【例3】如圖所示，，與水平面夾角為450，，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=02Ω如圖所示，在傾角為θ的光滑斜面上，垂直紙面水平放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的通電直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向里，欲使導(dǎo)線靜止在斜面上，外加磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向可以是AB=mgsinθ/IL，方向垂直斜面向下BB=mgtan/IL，方向豎直向下CB=mg/IL，方向水平向左DB=mgcosθ/IL，方向水平向左θIBC安培力F垂直于B和I所決定的平面用左手定則判定。B為勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向:大?。盒〗Y(jié)：F=BIL

B垂直導(dǎo)線方向F=0B平行導(dǎo)線方向F=BILsinθ

B和I成一夾角θ，電源電動(dòng)勢(shì)為６V，內(nèi)阻為05Ω，滑動(dòng)變阻器調(diào)到25Ω時(shí)，要在金屬棒所在位置施加一個(gè)垂直與ab的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，才能使金屬棒ab對(duì)軌道的壓力恰好為零，求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的大小和方向．

ab若保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小不變，方向順時(shí)針轉(zhuǎn)37°，此時(shí)ab仍然靜止，則軌道對(duì)ab的支持力和摩擦力為多大？如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根相同的彈簧，，，此時(shí)彈簧伸長(zhǎng)10cm，欲使彈簧不伸長(zhǎng)則棒上應(yīng)通過(guò)的電流的大小和方向如何？MNIB2A，方向從M到N磁電式電流表1、磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤(pán)、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(gè)整體可以轉(zhuǎn)動(dòng)。［問(wèn)題］電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)呢？電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布的所謂均勻輻向分布，就是說(shuō)所有磁感線的延長(zhǎng)線都通過(guò)鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度在以鐵芯為中心的圓圈上，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是相等的該磁場(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)［問(wèn)題］該磁場(chǎng)是否勻強(qiáng)磁場(chǎng)？［問(wèn)題］該磁場(chǎng)的特點(diǎn)？2、電流表的工作原理1、蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地輻射分布的，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感應(yīng)線平行，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)線圈上跟鐵軸平行的兩邊都要受到安培力，這兩個(gè)力產(chǎn)生的力矩使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)到，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)使螺旋彈簧被扭動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，其大小隨線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角度增大而增大，當(dāng)這種阻礙力矩和安培力產(chǎn)生的使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩相平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力與電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力產(chǎn)生的力矩也越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，因而根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測(cè)電流的強(qiáng)弱。3、當(dāng)線圈中的電流方向發(fā)生變化時(shí)，安培力的方向也隨之改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生變化，所以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向。表盤(pán)的刻度均勻，θ∝I【說(shuō)明】由于磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流成正比，因而安培力的力矩也跟電流成正比，而螺旋形彈簧的扭矩與指針轉(zhuǎn)過(guò)的角度成正比，所以磁電式電表的表盤(pán)刻度是均勻的。三、磁電式電流表的特點(diǎn)1、表盤(pán)的刻度均勻，θ∝I。2、靈敏度高，但過(guò)載能力差，容易燒壞。3、滿(mǎn)偏電流Ig，內(nèi)阻Rg反映了電流表的最主要特性。怎樣提高磁電式電流表的靈敏度？3、在傾角為30o的斜面上，放置兩條寬L＝的光滑平