2019-2020学年高中物理 第3章 磁场 第4节 通电导线在磁场中受到的力课件 新人教版物理选修

4通电导线在磁场中受到的力同学们，上一节我们学习了磁场有关规律，首先请大家回顾一下有关知识，然后回答下面的几个问题：1．(2018·衡阳名校模拟)如图，小磁针处于静止状态，由此可以判定()A．a是N极，b是S极B．a是S极，b是N极C．a是S极，b是S极D．a是N极，b是N极课前·自主学习【答案】D【解析】由图可知，小磁针静止时北极朝上，所以此点磁感线方向朝上．因为磁感线从磁体的北极出来，回到南极，所以a、b均为北极(N极)．故选D．2．(2018·惠州名校期末)关于磁通量的概念，以下说法中正确的是()A．磁感应强度是矢量，其单位是韦伯(Wb)，其方向就是磁感线穿过线圈平面的方向B．磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量必定越大C．穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零D．磁通量发生变化一定是磁场发生变化引起的【答案】C【解析】磁感应强度是矢量，其单位是特斯拉(T)，故A错误．当回路与磁场平行时，磁通量Φ为零，则磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量不一定越大，故B错误．磁通量Φ为零时，可能回路与磁场平行，则磁感应强度不一定为零，故C正确．根据磁通量Φ＝BSsinα，磁通量的变化可能由B、S、α的变化引起，故D错误．一、安培力的方向1．安培力：通电导线在________中受的力．2．决定安培力方向的因素(1)_______方向．(2)_______方向．磁场磁场电流3．左手定则：如图所示，伸开左手，使大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____________，这时大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．4．安培力的特点：F⊥I，F⊥B，即F垂直于__________决定的平面．掌心电流的方向B和I当通电导线与磁感线不垂直时，还可用左手定则判断安培力的方向吗？【答案】当电流方向跟磁感线方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流和磁场共同决定的平面，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．二、安培力的大小同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如图所示．1．如图甲，I⊥B，此时安培力最大，F＝_____.2．如图乙，I∥B，此时安培力最小，F＝__.3．如图丙，当I与B成θ角时，可以把磁感应强度B分解，如图丁所示．此时F＝_____________，这是一般情况下安培力的表达式．BIL0BILsinθ通电导线在磁场中一定受到磁场力吗？若导线不受磁场力作用是否可以判定该处无磁场呢？【答案】当通电导线与磁场平行时不受磁场力，由此也可知，当导线不受磁场力作用时无法判定该处有无磁场．三、磁电式电流表1．原理：通电线圈在磁场中受到_________作用而发生偏转．线圈偏转的角度越大，被测电流就________．根据线圈__________，可以知道被测电流的方向．2．构造：_______、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．安培力越大偏转方向磁铁3．特点：两磁极间装有极靴，极靴中间又有铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿_______方向，保持线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．使线圈平面都与磁场方向_______，使表盘刻度均匀，如图所示．半径平行4．优点：灵敏度高，可以测出_______的电流．缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱．很弱1．安培力方向的特点：安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，即安培力的方向垂直于电流方向和磁场方向决定的平面．(1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直．应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直．(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向．应用左手定则判断时，拇指与四指、拇指与磁感线均垂直，磁感线与四指不垂直．课堂·优化整合安培力的方向2．电流方向、磁场方向和安培力方向三者的因果关系：电流方向和磁场方向间没有必然联系，这两个方向的关系是不确定的．这两个方向共同决定了安培力的方向，一旦电流方向、磁场方向确定，安培力的方向是唯一的，但已知安培力方向和磁场方向时，电流方向不确定；已知安培力方向和电流方向时，磁场方向不确定．画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向．例1ABCDEF解析：无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则．答案：如图所示．ABCDEF1．(2017·湖南名校期中)一根容易形变的弹性导线，两端固定．导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向下、水平向右或垂直于纸面的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()ABCD【答案】C【解析】A中电流与磁场平行，导线不受力的作用，故A错误；B中由左手定则判得，安培力的方向垂直纸面向外，导线应向外弯曲，故B错误；C中由左手定则判得，安培力的方向水平向右，故导线向右弯曲，故C正确；D中由左手定则判得，安培力的方向水平向左，故导线应向左弯曲，故D错误．1．对安培力F＝ILBsinθ的理解(1)当B与I垂直，即θ＝90°时，F＝ILB；当B与I成θ角时，F＝ILBsinθ，θ是B与I的夹角．安培力的大小(2)公式F＝ILBsinθ中①B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁感应强度的影响．②L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图)；相应的电流沿L由始端流向末端．2．F＝ILBsinθ的适用条件：导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线．如图所示的各图中，磁场的磁感应强度大小相同，导线两端点a、b间的距离均相等，导线中电流均相等，则各图中有关导线所受的安培力的大小的判断正确的是()例2甲乙丙丁A．丁图最大B．乙图最大C．一样大D．无法判断解析：安培力公式F＝BIL⊥，其中L⊥为垂直于磁场方向的有效长度，甲、乙、丙、丁四个图中导线的有效长度相等，所以所受的安培力相等．答案：C2．(2017·广州检测)如图所示，金属棒MN两端用等长的细软导线连接后水平地悬挂．MN处在向里的水平匀强磁场中，棒中通有由M流向N的电流，此时悬线受金属棒的拉力作用．为了使悬线中的拉力减小，可采取的措施有()A．使磁场反向B．使电流反向C．增大电流强度D．减小磁感应强度【答案】C【解析】棒处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有从M流向N的电流，根据左手定则可知，棒所受安培力的方向竖直向上，由于此时悬线上有拉力，为了使拉力减小，则安培力必须增加，由安培力公式F＝BIL知，可以适当增加电流强度，或增大磁场，若使电流或磁场反向，安培力方向竖直向下，悬线的拉力将增大．故C正确，ABD错误．在实际分析中，安培力、电流方向以及磁场方向构成一个空间直角坐标系，在空间判断安培力的方向有很大的难度，所以在判断一些复杂的安培力方向时都会选择画侧视图的方法，这样就可以把难以理解的空间作图转化成易于理解的平面作图．安培力作用下的平衡问题如图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽为L.有大小为B的匀强磁场，方向垂直导轨面，金属杆长为L，质量为m，水平放在导轨上．当回路中通过电流时，金属杆正好能静止．求：电流的大小为多大？磁感应强度的方向如何？例3大小满足BIL＝mgsinα，I＝mgsinαBL.解析：在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系．因为B垂直轨道面，又金属杆处于静止状态，所以F必沿斜面向上，由左手定则知，B垂直导轨面向上．答案：mgsinαBL方向垂直导轨面向上3．(多选)(2017·普宁校级检测)如图，金属杆ab的质量为m、通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，平行导轨间的距离为L，结果ab静止且紧压于水平导轨上．若磁场方向与导轨平面成θ角，金属杆ab与水平导轨间的摩擦系数为μ，则以下说法正确的是()A．金属杆ab所受的安培力大小为BILsinθB．金属杆ab所受的安培力大小为BILC．金属杆ab所受的摩擦力大小为BILsinθD．金属杆ab所受的摩擦力大小为μmg【答案】BC【解析】作出金属杆受力的截面图，如图．根据平衡条件得Ff＝BILsinθFN＝mg－BILcosθ电流和磁场垂直，故FA＝BIL.