第1節(jié)　磁場對通電導(dǎo)線的作用力 教學(xué)課件

物理第一章安培力與洛倫茲力第1節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用力[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道安培力的方向與電流、磁感應(yīng)強度的方向都垂直，會用左手定則判斷安培力的方向。2．會推導(dǎo)勻強磁場中安培力的表達式，會計算勻強磁場中安培力的大小。3．知道磁電式電流表的基本構(gòu)造以及運用它測量電流大小和方向的基本原理。01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達標(biāo)知識點1安培力的方向1．安培力：____________在磁場中受的力。2．左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線__________________，并使四指指向______的方向，這時____________的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。通電導(dǎo)線從掌心垂直進入電流拇指所指3．安培力方向、磁場方向、電流方向的關(guān)系：F⊥B、F⊥I，即F垂直于B和I所決定的平面。[判一判]1．(1)當(dāng)通電直導(dǎo)線垂直于磁感應(yīng)強度方向時，安培力的方向和磁感應(yīng)強度方向相同。(

)(2)通電導(dǎo)線在磁場中一定會受安培力的作用。(

)××BIL0BILsinθ[判一判]2．(1)兩根通電導(dǎo)線在同一勻強磁場中，若導(dǎo)線長度相同，電流大小相等，則所受安培力大小相等，方向相同。(

)(2)通以10A電流的通電直導(dǎo)線，長為0.1m，處在磁感應(yīng)強度為0.1T的勻強磁場中，所受安培力的大小可能為0.02N。(

)×√知識點3磁電式電流表1．構(gòu)造：最基本的組成部分是______和放在磁體兩極之間的______。磁體線圈2．原理(1)通電線圈在磁場中受安培力發(fā)生______。螺旋彈簧______，以______線圈的轉(zhuǎn)動。

(2)線圈偏轉(zhuǎn)的______越大，被測電流就越大，所以根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)角度的______，可以判斷通過電流的大?。浑娏鞣较蚋淖儠r，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)______，可以知道被測電流的方向。轉(zhuǎn)動變形反抗角度大小方向3．特點：表盤刻度______。4．優(yōu)、缺點(1)優(yōu)點：靈敏度高，可以測出______的電流。(2)缺點：線圈的導(dǎo)線______，允許通過的電流很弱。均勻很弱很細[判一判]3．(1)磁電式電流表只能測定電流的大小，不能確定被測電流的方向。(

)(2)增加線圈匝數(shù)和增加線圈面積都可以提高磁電式電流表的靈敏度。(

)×√1．(安培力)如圖所示，一根長直導(dǎo)線穿過載有恒定電流的金屬環(huán)的中心且垂直于環(huán)面，導(dǎo)線和金屬環(huán)中的電流如圖所示，那么金屬環(huán)所受安培力(

)

A．沿圓環(huán)半徑向里 B．等于0C．沿圓環(huán)半徑向外 D．水平向左解析：據(jù)安培定則可以確定，直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場與金屬環(huán)中電流平行，故金屬環(huán)不受安培力，B正確?！?．(左手定則)在下圖所示的各圖中，表示磁感應(yīng)強度B、電流I及電流受力F三者方向關(guān)系正確的是(

)

解析：根據(jù)左手定則可得只有A正確。√3．(安培力的大小)一段通電導(dǎo)線平行于磁場方向放入勻強磁場中，導(dǎo)線上的電流方向由左向右，如圖所示。在導(dǎo)線以其中心點為軸轉(zhuǎn)動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增大到最大，方向不變C．由最大減小到0，方向不變D．由0增大到最大，方向時刻變化√解析：導(dǎo)線轉(zhuǎn)動前，電流方向與磁場方向平行，導(dǎo)線不受安培力；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過一個小角度后，電流與磁場方向不再平行，導(dǎo)線受到安培力的作用；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時，電流與磁場方向垂直，此時導(dǎo)線所受安培力最大。根據(jù)左手定則判斷知，力的方向始終不變，B正確。4．(磁電式電流表)磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖如圖甲所示，磁極間的磁場分布圖如圖乙所示，以下選項正確的是(

)①指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的力矩與線圈受到的磁力矩方向是相反的②通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大③在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，各處的磁場都是勻強磁場④在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，線圈所受磁力矩與電流有關(guān)，而與所處位置無關(guān)A．①②

B．③④C．①②④

D．①②③④√解析：當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩增大到與安培力產(chǎn)生的使線圈轉(zhuǎn)動的力矩平衡時，線圈停止轉(zhuǎn)動，即兩力矩大小相等、方向相反，故①正確；磁電式電流表的極靴與圓柱間的磁場是均勻輻向分布的，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，均勻輻向分布的磁場特點是大小相等、方向不同，故③錯誤，④正確；電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，故②正確。綜上所述選C。探究一安培力的方向【問題導(dǎo)引】

利用如圖所示的實驗裝置進行實驗。(1)上下交換磁極的位置以改變磁場方向，細銅桿受力的方向是否改變？(2)改變細銅桿中電流的方向，細銅桿受力的方向是否改變？(3)仔細分析實驗結(jié)果，說明安培力的方向與磁場方向、電流方向有怎樣的關(guān)系？提示：(1)細銅桿受力的方向改變。(2)細銅桿受力的方向改變。(3)安培力的方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系滿足左手定則。1．安培力的方向既垂直于電流的方向，又垂直于磁場的方向，即安培力的方向垂直于電流跟磁場決定的平面。判斷安培力的方向時，首先確定磁場和電流所確定的平面，從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上，再根據(jù)左手定則判斷安培力的具體方向。2．電流方向和磁場方向之間沒有因果關(guān)系，這兩個方向的關(guān)系是不確定的，這兩個方向共同決定了安培力的方向。所以，已知電流方向和磁場方向時，安培力的方向是唯一確定的，但已知安培力和磁場方向時，電流方向不確定。3．與磁場力相比，電場力是縱向力，其方向總是與電場方向平行，而磁場力是橫向力，其方向總是與磁場方向垂直?！纠?】(2022·四川成都期末)如圖，兩條垂直于紙面放置的直導(dǎo)線，通有大小相等、方向相同的電流。O為兩導(dǎo)線連線的中點，P、Q為兩導(dǎo)線連線中垂線上的兩點，且OP＝OQ。下列說法正確的是(

)A．O點的磁感應(yīng)強度不為零B．P、Q兩點的磁感應(yīng)強度方向相同C．若在Q點放置一條電流方向垂直于紙面向里的通電導(dǎo)線，其受力方向為Q→OD．若在P點放置一條電流方向垂直于紙面向里的通電導(dǎo)線，其受力方向為水平向左√[解析]

根據(jù)安培定則可以判斷O點的磁感應(yīng)強度為零，P點的磁感應(yīng)強度方向水平向左，Q點的磁感應(yīng)強度方向水平向右，故A、B錯誤；若在Q點放置一條電流方向垂直于紙面向里的通電導(dǎo)線，根據(jù)左手定則得受力方向為Q→O，故C正確；若在P點放置一條電流方向垂直于紙面向里的通電導(dǎo)線，根據(jù)左手定則得受力方向為P→O，故D錯誤。[針對訓(xùn)練1]一根容易變形的彈性導(dǎo)線，兩端固定。導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示。當(dāng)沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示正確的是(

)√解析：根據(jù)左手定則可得只有D正確。探究二安培力的大小【問題導(dǎo)引】1．如何計算磁場中彎曲導(dǎo)線所受安培力的大小？2．公式F＝ILBsinθ在非勻強磁場中是否適用？提示：1.勻強磁場中彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度。2．僅適用于很短的通電導(dǎo)線。1．對安培力F＝ILBsinθ的理解(1)θ是B與I的夾角，當(dāng)B與I垂直，即sin90°＝1時，F(xiàn)＝ILB。(2)B對放入的通電導(dǎo)線來說是外磁場的磁感應(yīng)強度，不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的影響。(3)L是有效長度，勻強磁場中彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度(如圖)；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端。2．F＝ILBsinθ的適用條件：導(dǎo)線所處的磁場應(yīng)為勻強磁場；在非勻強磁場中，公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。3．電荷在電場中一定會受到電場力作用，但是電流在磁場中不一定受安培力作用，當(dāng)電流方向與磁場方向平行時，電流不受安培力作用。【例2】(2022·江蘇揚州期末)如圖所示，直角三角形閉合線框abc處于勻強磁場中，∠acb＝30°，磁場方向垂直于線框平面向里，線框中通入順時針方向電流時，下列說法正確的是(

)A．a(chǎn)b邊受到的安培力向右B．a(chǎn)c邊受到的安培力與ab邊受到的安培力大小相等C．a(chǎn)b邊與bc邊受到的安培力的合力大于ac邊受到的安培力D．整個線框所受的安培力的合力為零√[解析]

根據(jù)左手定則可知ab邊受到的安培力向左，A錯誤；ac邊受到的安培力大小Fac＝BIlac，ab邊受到的安培力大小Fab＝BIlab，因為磁感應(yīng)強度B和電流I大小相等，且lac＞lab，故ac邊受到的安培力大于ab邊受到的安培力，B錯誤；根據(jù)安培力大小的計算公式可知，線框三邊受到的安培力的大小與三邊長度成正比，又根據(jù)左手定則可知線框三邊受到的安培力的方向，易知線框三邊受到的安培力構(gòu)成一個矢量三角形，因此整個線框所受的安培力的合力為零，故ab邊與bc邊受到的安培力的合力大小等于ac邊受到的安培力大小，方向與之相反，C錯誤，D正確。[針對訓(xùn)練2]如圖所示的各圖中，磁場的磁感應(yīng)強度大小相同，導(dǎo)線兩端點a、b間的距離均相等，導(dǎo)線中電流均相等，則各圖中有關(guān)導(dǎo)線ab段所受的安培力的大小的判斷正確的是(

)

A．丁圖最大 B．乙圖最大C．一樣大

D．無法判斷√解析：安培力公式F＝BIL⊥，其中L⊥為垂直于磁場方向的有效長度，甲、乙、丙、丁四個圖中導(dǎo)線的有效長度相等，所以所受的安培力大小相等。[針對訓(xùn)練3]

(多選)通電矩形線框abcd與長直通電導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，如圖所示，ab邊與MN平行。關(guān)于MN產(chǎn)生的磁場對線框的作用力，下列說法正確的是(

)A．線框有兩條邊所受的安培力方向相同B．線框有兩條邊所受的安培力大小相等C．線框所受的安培力的合力為零D．線框所受的安培力的合力方向向右√√解析：直線電流周圍的磁場不是勻強磁場，離電流越遠處磁場越弱，磁感線是以電流為中心的同心圓，判斷電流的磁場方向用安培定則，判斷安培力方向用左手定則，由安培定則可知導(dǎo)線MN在線框處所產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，bc邊、ad邊處于非勻強磁場中，但由于對應(yīng)位置的磁感應(yīng)強度相同，由F＝IlB及左手定則可判斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反。ab邊受到向右的安培力Fab，cd邊受到向左的安培力Fcd，因為ab邊所處位置的磁場較強，cd邊所處位置的磁場較弱，故Fab＞Fcd，線框所受合力方向向右。B、D正確。探究三安培力的應(yīng)用實例

【例3】圖為某科技小組設(shè)計的一電流表的原理示意圖。質(zhì)量為m的勻質(zhì)細金屬棒MN的中點處通過掛鉤與一豎直懸掛的絕緣彈簧相連，絕緣彈簧勁度系數(shù)為k。在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于紙面向外，與MN的右端N連接的絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的讀數(shù)，MN的長度大于

，當(dāng)MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時，MN與矩形區(qū)域的cd邊重合；當(dāng)MN中有電流通過時，指針示數(shù)可表示電流。(1)當(dāng)電流表示數(shù)為0時，彈簧伸長多少？(重力加速度為g)(2)若要電流表正常工作，MN的哪一端應(yīng)與電源正極相接？[針對訓(xùn)練4]根據(jù)磁場對電流會產(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，其原理如圖所示。把待發(fā)炮彈(導(dǎo)體)放置在強磁場中的兩平行導(dǎo)軌上，給導(dǎo)軌通以大電流，使炮彈作為一個通電導(dǎo)體在磁場作用下沿導(dǎo)軌加速運動，并以某一速度發(fā)射出去?，F(xiàn)要提高電磁炮的發(fā)射速度，下列方案在理論上可行的是(