3、4通电导线在磁场中受到的力

第四节通电导线在磁场中受到的力课标定位学习目标：1.通过实验探究的方法知道安培力大小的决定因素．2．理解并掌握安培力的计算公式F＝ILB.3．知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向．4．了解电动机、磁电式电流表的构造及原理．重点难点：安培力方向的判断及安培力的计算．课前自主学案一、安培力1．探究影响通电导线受力的因素(1)将一根________水平悬挂在磁铁的两极间，导线的方向与磁场的方向______．(2)控制变量法直导线垂直(3)结论：通电直导线与磁场_________时，磁场对通电导线作用力的大小与_________和________都成正比．方向垂直导线长度电流大小IIII∥L时，F安=0I⊥L时，F安最大I与L斜交时，0＜F安＜F安最大结论：安培力的特点（3）公式适用条件：（4）扩展：在非匀强磁场中,导线所在平面垂直磁感线:2．安培力的大小（1）通电导线跟磁场垂直时：安培力最大，F＝____.作用点：（2）通电导线跟磁场平行时：安培力最小，F＝__.ILB0①匀强磁场②导线与磁场方向垂直。公式F=BIL仅适用于很短的一段通电导线。可以用切割、矢量叠加的方法计算力通电导线几何中心1．一根长为0.2m、电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是()A．0.4NB．0.2NC．0.1ND．0N解析：选BCD.当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时，磁场力有最大值为Fm＝BIL＝0.5×2×0.2N＝0.2N.当两者方向平行时，磁场力有最小值为0N.(2)通电导线在磁场中受到的安培力方向，既与_________垂直，又与_________垂直，即垂直于_________和__________所确定的平面．电流方向磁场方向通电导线磁感线3．安培力的方向(1)左手定则：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让_______垂直穿过手心，四指指向_____方向，则大拇指所指方向就是_________所受安培力的方向.电流通电导线磁感线左手定则适用现象：电流在磁场中受力原因结果BFIFF╳BBBFI大小：F=BILF、B、I三垂直现象例：将通电导线垂直磁感线置于匀强磁场中。若已知磁感应强度B、电流I、安培力F中的两个，判定第三个量的方向例题：如图一所示，用外力F拉住通电导体棒，导体棒保持静止。若导体棒内的电流形成的磁场如图所示，则：试判断导体棒中电流由_______到_________ABF例：如图二所示，将通电导线置于匀强磁场中。若已知磁感应强度B和通电导线受安培力F的方向，则：判定导线内电流由_____到_______ABF图一图二ABBA因——————果规律电流产生磁场------安培定则；电流在磁场中受力-------左手定则BBBBFFFF大小：F=BILF、B、I三垂直现象例：通电导线在匀强磁场中，若已知磁感应强度B、电流I、安培力F中的两个，判定第三个量的方向思考:如何确定公式中的L？AB通电导线A、B，试判断导线A受导线B的作用力的方向？判断导线B受导线A的作用力的方向？AB电流间相互作用的结论：安培定则：电生磁左手定则：电受力因果关系注意的问题同向相互吸引反向相互排斥判断：通电直导线和通电线圈之间的安培力的方向ABDCMN安培力的应用（第一节）1、安培力的大小：特点：公式：B与I平行，F=0B与I垂直，F最大F=BIL使用条件：匀强磁场B与I垂直2、安培力的方向：左手定则适用条件：电流在磁场中受力—电受力3、安培定则的使用条件：电流产生磁场----电生磁如果通电导线跟磁场方向不垂直也不平行，而是存在某一夹角θ，如何计算安培力？安培力的方向如何?思考:当导体与磁场成θ角时：F＝BILsinθIBIB分解磁场：__________F＝BsinθILθθ导线投影___________F＝BILsinθ如果通电导线跟磁场方向不垂直也不平行，而是存在某一夹角θ,安培力的方向如何判断?BIF安培力垂直于_________和__________所确定的平面．I磁感线导线F怎样使用左手定则？四指指向电流方向，磁感线与导线确定的平面垂直手心面yxZ左手定则推论：四指指向电流方向，磁感线与导线确定的平面垂直手心面磁感线穿过手心，四指指向安培力的方向B结论：1）已知B、I的方向，唯一确定F方向2）已知F、I或F、B的方向，不能唯一确定另一个量的方向。F=BIL最大时，F、B、I三垂直如图3－2－5所示，导线abc为垂直折线，其中电流为I，ab＝bc＝L，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感应强度为B，求导线abc所受安培力的大小和方向．课堂互动讲练安培力大小的计算例1图3－2－5【答案】2ILB方向沿∠abc的角平分线向上【思路点拨】方法一：分割、矢量合成方法二：等效思考问题：若闭合的线圈内通过电流，线圈受的合力多大？【答案】2ILB方向沿∠abc的角平分线向上综合能力弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图3－2－1)；相应的电流沿L由始端流向末端．写出导线受安培力的大小的表达式图3－2－1F=BLI应用一：电流天平12mgmgNBIL=-12mgmgmgNBIL+=+反向通过电流I时，左侧再加砝码m最后平衡磁感应强度B的计算式：2mgBNIL=N匝正方形线圈总质量m2,边长L，磁感应强度B。通过电流I时，左侧加砝码m1最后平衡3.4安培力应用（第二节）应用二：磁电式电流表原理线圈在磁场中的转动122abbcMBILLBIS=创=cos=MBISBISq=安培力矩：线圈与磁场成角度θFF线圈与磁场平行极靴和铁质圆柱的作用：MIq档保持线圈平面与磁感线平行一：安培力的大小磁感应强度B与通电直导线I夹角为α时：F=BILsinα二：安培力的方向左手定则四指指向电流方向，磁感线与导线确定的平面垂直手心面磁感线穿过手心，四指指向安培力的方向αIB安培力作用下的物体平衡问题研究方法：1、确定研究对象通电导线电流流向和磁场方向明确状态（静止）2、分析受力先画重力、安培力再画弹力、摩擦力3、选择计算力的方法规律：静止时合力为零几何法和解析法（正交分解法）在某一平面内画受力M=0.032kg保持悬线与竖直夹角不变的情况下，若只改变磁场的方向和磁感应强度的大小，求：磁感应强度的最小值和此时磁场的方向例1平衡问题长度L=1m的直导线AB，用轻线水平悬挂于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T。通由A到B的I=0.6A的电流后，静止时，悬线与竖直方向成37°。求：AB的质量多大？AB＋37°A转化为平面受力图BB=0.32T例2质量为m＝0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图3－2－8所示．现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？图3－2－8转化为平面受力图由b看向a:BGNBI1LBI2LfMfMIm=0.46AImin=0.14Aμtan37°A．B＝mgsinαIL，方向垂直斜面向上B．B＝mgsinαIL，方向垂直斜面向下C．B＝mgcosαIL，方向垂直斜面向下D．B＝mgcosαIL，方向垂直斜面向上例.如图3－2－4所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是()图3－2－4A平衡问题质量为m＝0.1kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝60°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝5m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.1，磁感应强度B＝0.8T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示．电池电动势E=3V，忽略电池内阻、轨道电阻、和ab杆电阻，现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，滑动变阻器的阻值应该在什么范围内？（结果保留两位有效数字）例33.4安培力应用（三）安培定则的内容、使用的情景左手定则的内容、使用的情景例题：安培力的冲量AB通电导线A、B，试判断导线A受导线B的作用力的方向？判断导线B受导线A的作用力的方向？AB电流间相互作用的结论：安培定则：电生磁左手定则：电受力因果关系注意的问题同向相互吸引反向相互排斥安培定则和左手定则的应用判断：通电直导线和通电线圈之间的安培力的方向ABDCMN1.通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab与MN平行．关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是()A．线框有两条边所受的安培力的方向相同B．线框有两条边所受的安培力大小相等C．线框受安培力的合力向左D．MN受的安培力向右E.MN与abcd线框相互吸引而靠近B、C、D选项正确安培定则和左手定则的应用电流间相互作用的结论：同向吸引，反向排斥条形磁铁和通电螺线管的磁场分布平面图空间立体图判定通电直导线的受安培力而运动的情况NSIAB磁场的空间分布电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流----电流元．先用左手定则判断出电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导线的运动方向．判定通电直导线的受安培力而运动的情况NSIAB等效分析法：环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等效为条形磁铁，其南、北极由安培定则判定．U形磁铁的磁感线平面图空间立体图判定通电直导线的受安培力而运动的情况NSIAB(3)特殊位置分析法：根据通电导线在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置．电流元法等效法判断安培力作用下的运动情况1、判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向的几种方法(1)电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流----电流元．先用左手定则判断出电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导线的运动方向．(3)特殊位置分析法：根据通电导线在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置．(2)等效分析法：环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等效为条形磁铁，其南、北极由安培定则判定．NS×NS××NS甲乙丙磁铁静止，地面对磁铁的摩擦力方向如何？2、判定通电直导线的受安培力电流元分析法结合牛顿第三定律判定磁铁受通电导线的安培力的方向IABCD4、AB导线固定不动，CD导线可以自由转动。CD导线初位置与AB导线垂直且有一段间距。判定通以如图电流时，CD的运动情况结论：电流间的相互作用，最终使电流方向趋于相同，且相互吸引而靠近电流间相互作用的结论的复杂应用5、如图两个通电圆环，水平圆环可以绕虚线轴自由转动竖直面圆环固定。通以如图电流时，水平圆环如何转动？电流间相互作用规律：电流间的相互作用，最终向着使电流方向趋于相同，且相互吸引而靠近磁铁也可以等效成电流，利用上述结论，判断运动。等效分析法1）将电流等效成磁针2）利用磁针N极指向B的方向NSIABNSIAB6、判定通电直导线的受力运动情况特殊的等效法：1）将磁铁等效成电流2）利用两个电流相互作用的结论