高二物理磁场对通电导线的作用力

2020/7/5第四节磁场对通电导线的作用力2020/7/5学习目标：1.掌握安培力方向的判断方法——左手定则．2．掌握安培力大小的计算方法．3．了解磁电式电流表的原理．重点难点：安培力的大小计算和方向判定．易错问题：1.安培力方向的判定．2．计算安培力大小时，导体有效长度的确定．2020/7/5一、安培力的方向1．人们把通电导线在磁场中受的力称为．2．通电导线在磁场中所受安培力的方向，与电流、磁感应强度的方向都．安培力垂直2020/7/53．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内．让磁感线从进入，并使四指指向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．掌心电流的方向2020/7/54．研究库仑力时，用来检验电场的是，检验电荷受库仑力的方向与电场的方向相同或相反．研究安培力时，用来检验磁感应强度的是一个有方向的电流元，电流元受力的方向、磁场的方向、电流的方向三者不但不在一条直线上，而且不在一个里．因此研究安培力问题要涉及三维空间．点电荷平面2020/7/5左手定则是用来判定安培力的方向与磁感应强度的方向和电流方向三者之间关系的，这三个量的方向一定是两两垂直吗？2020/7/55．通过实验可得出，平行通电直导线之间有相互作用力，同向电流，异向电流．【思考·提示】1.F与B、I一定垂直，I与B不一定垂直．平行通电直导线相互吸引平行通电直导线相互排斥2020/7/5二、安培力的大小1.垂直于磁场B放置长为L的通电导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力F为.2．当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，公式F＝.ILBILBsinθ2020/7/52.通电导体如果是弯曲的，如何确定它的有效长度？【思考·提示】2.导体两端的连线即为有效长度．2020/7/5三、磁电式电流表1．磁电式电流表的原理是的关系．2．磁电式仪表的构造特点(1)构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、软铁、极靴．(2)特点：两极间装有极靴，极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿方向，使线圈平面都与磁场方向，使表盘刻度．安培力与电流半径平行均匀2020/7/53．线圈偏转的越大，被测电流就越大．根据线圈偏转的，可以知道被测电流的方向．角度方向2020/7/5一、安培力方向的判断——左手定则1．安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面．在判断时首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．2020/7/52．当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心．(电流与B垂直时，一定要让磁感线垂直穿过手心，否则可能出现错误)3．注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行．2020/7/51．F安⊥I，F安⊥B，但B与I不一定垂直．2．判断通电导线在磁场中所受安培力时，注意一定要用左手，并注意各方向间的关系．3．若已知B、I方向，F安方向唯一确定，但若已知B(或I)、F安方向、I(或B)方向不唯一．2020/7/5二、F＝BIL的适用条件及各量的意义1．公式F＝ILB中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0.2．弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图3－4－1所示)；相应的电流沿L由始端流向末端．图3－4－12020/7/53.若磁场和电流成θ角时，如图3－4－2所示．可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥对电流是没有作用的．F＝ILB⊥＝ILBsinθ，即F＝ILBsinθ.图3－4－22020/7/5三、安培力作用下导体运动方向的判断如果通电导体放置在非匀强磁场中，则不能够运用F＝BIL进行定量的计算，但可用F＝BIL和左手定则进行定性的讨论，常用的方法有以下几种：2020/7/51．电流元分析法把整段电流等效分成很多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向，注意一般取对称的两段电流元分析．2．等效分析法环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁)，条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可以等效成很多的环形电流来分析．2020/7/5．特殊位置分析法根据通电导体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．4．结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势．2020/7/5四、安培力与力学相结合的综合问题1．有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲的物体平衡一样，也是利用物体平衡条件解题，其中安培力是众多受力中的一个．2．与闭合电路欧姆定律相结合的题目，主要应用：(1)闭合电路欧姆定律；(2)安培力求解公式F＝ILB；(3)物体平衡条件．2020/7/53．在安培力作用下的物体平衡的解决步骤和前面学习的共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件列出平衡方程，其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力．2020/7/5安培力作为通电导体所受的外力参与受力分析，产生了通电导体在磁场中的平衡、加速及做功问题，这类问题与力学知识联系很紧密，解题时把安培力等同于重力、弹力、摩擦力等性质力；对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向的确定；求解时注意运用力学中静力学、动力学及功和能等有关知识，解此类题可以有效地培养综合分析能力，必须引起重视．2020/7/5为方便对问题的分析和便于列方程，在受力分析时将立体图画成平面图，即画成俯视图、剖面图或侧视图等．2020/7/5