人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力获奖课件ppt

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磁场和通电导线的平面图画法
安培力定义：通电导线在磁场中受到的力称为安培力。
安培是历史上最早通过实验发现磁场对通电导线有力的作用的科学家，他是电动力学的创始人，被誉为是“电学中的牛顿”，在电磁学上面有杰出的贡献。
通电导线在磁场中受到的力——安培力
观察思考：安培力方向与什么因素有关？
演示实验(控制变量法):(1)、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。(2)、改变磁场的方向，观察受力方向是否变化。
与电流方向和磁场方向有关
结论：安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直
同时改变电流和磁场方向
安培力方向与电流方向、磁场方向有关。
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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，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。
说明：F⊥I,F⊥B,F⊥B、I决定的平面。但B、I不一定垂直。
四指 电流
磁感线 穿手心
大拇指 受力
立体图转平面图，物理学规定“叉进点出”，具体：
例2.画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。
【解析】(1)中电流与磁场垂直，由左手定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示。
(2)中条形磁铁在A处的磁场分布如图乙所示，由左手定则可判断A受到的安培力的方向如图乙所示。(3)中由安培定则可判断出A处合磁场方向如图丙所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丙所示。
(4)中由安培定则可判断出A处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示。
(1)F⊥B，F⊥I，即F 垂直于B、I决定的平面．(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．
当电流与磁场方向夹角为θ时:
★注意：F一定与B垂直，一定与I垂直；即安培力垂直于电流和磁场所在的平面.但B与I 不一定垂直.
安培定则与左手定则对比理解
安培定则和左手定则的比较
问题:如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用
研究平行通电直导线之间的相互作用
思考：如图所示，通电直导线AB固定，CD可以自由移动，请你判断通电后CD的运动情况
两相交直导线间的相互作用：有转到同向的趋势。
【典型案例梳理】1．直线电流与直线电流间的作用：（1）平行同向直线电流间作用是相互吸引，如图甲所示。（2）平行反向直线电流间作用是相互排斥，如图乙所示。（3）相互交叉直线电流间作用是转动成为同向电流同时相互吸引，如图所示。
2．环形电流与环形电流间的作用（1）平行同向环形电流间作用是相互吸引，如图所示。（2）平行反向环形电流间作用是相互排斥，如图所示。（3）相互交叉环形电流间作用是转动成为同向电流同时相互吸引，如图所示。
3．直线电流与环形电流间的作用（1）直线电流与环形电流共面时，看较近的两平行电流同向相互吸引，反向相互排斥。如图所示。
（2）直线电流垂直环形电流平面时①若直线电流通过环形电流的圆心时，它们之间相互不受力，如图所示。②若直线电流不通过环形电流的圆心时，环形电流将以过直线电流的环形电流的直径为转轴转动，如图所示。
分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法
例3. 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈(　　)A．向左运动　　　 B．向右运动C．静止不动 D．无法确定
解析：此题可以采用电流元法，也可采用等效法。解法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是 S 极，右端是 N 极，异名磁极相吸引，线圈向左运动。解法二：电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。答案：A
例4.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是（从上往下看）（　　）A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升
解析：现将导线AB从N、S极的中间O分成两段，AO、OB段所处的磁场方向如图所示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外，OB段受安培力的方向垂直纸面向里，课件从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动。再根据导线转过900时，如图所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动。故应选C。
例5、如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( )
A．静止不动B．向纸外平动C．N极向纸外，S极向纸内转动D．N极向纸内，S极向纸外转动
例6、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（　）A.顺时针方向转动，同时靠近abB.逆时针方向转动，同时离开abC.顺时针方向转动，同时离开abD.逆时针方向转动，同时靠近ab
例7.如图所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环，可沿轴线OO′自由转动，现通以图示方向电流，沿OO′看去会发现（　　）A．A环、B环均不转动B．A环将逆时针转动，B环也逆时针转动，两环相对不动C．A环将顺时针转动，B环也顺时针转动，两环相对不动D．A环将顺时针转动，B环将逆时针转动，两者吸引靠拢
例8.表面光滑的环形导线固定在水平面上，在环形导线上放置一直导线AB。直导线AB与环形导线相互绝缘、且又紧靠环的直径，如图所示。则当两者通以图示方向的电流时，直导线AB的运动情况是（ ）A. 向M方向平动B. 向N方向平动C. 仍静止不动D. 在环形导线上转动
当B和I夹角为θ时，F的方向？F的大小?
（1） 在匀强磁场B中垂直于磁场放置长为L、电流为I的通电直导线，则导线所受安培力F为：
（2）通电直导线(电流I)与磁场B平行时：
（3）当导线（电流I）与磁场B方向夹θ角时:
F = B2IL＝BILsinθ(θ为B与I的正向夹角)
法一：分解磁感应强度B
F = BIL1＝BILsinθ(θ为B与I的正向夹角)
（1）当 I⊥B ，且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大。
（2）当 I∥B，电流所受的安培力最小，等于零。
（3）当导线方向与磁场方向 成 θ 角时，所受安培力介于最大值和最小值之间：
1. 大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流 I 成正比，即与 I 和 L 的乘积成正比。
2. 公式：F = BIL
F安 = BILsin θ
1. B 垂直于 I ，匀强磁场，直导线。
2. 不垂直变垂直(分解 B，或投影 L )。
弯曲导线变成直导线L是垂直磁场方向的有效长度，不一定是导线实际长度。
若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。
4. 理解安培力公式（1）导线所处磁场应为匀强磁场，在非匀强磁场中， F＝BILsinθ 仅适用于很短的通电导线，即直线电流元。（2）对于弯曲导线，F=BIL中的 L 为“有效长度”。（3）任一闭合通电导线的有效长度为 0，即所受安培力为 0。 （4）当通电导线平行于磁场放置时，安培力 F＝0。
『判一判』(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同。(　　)(2)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直。(　　)(3)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直。(　　)(4)不通电的导线在磁场中一定不受安培力。(　　)(5)通电的导线在磁场中一定受安培力。(　　)(6)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大。(　　)
0.02 N垂直导线斜向左上方
例1. 将长度为 20 cm、通有 0.1 A 电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为 1 T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。
例2. 如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中，所受的安培力大小变化是 ( ) A. 逐渐变大 B. 先变大后变小 C. 逐渐变小 D. 先变小后变大
例3：如图所示，直角三角形ABC组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC=40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。
例4：如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)
练1：图中匀强磁场磁感应强度为B，有一段长L，通有电流为I的直导线ab，电流方向从a到b，则导线所受磁场力大小和方向如何？并将立体图改画为平面图
练2：如图所示，在倾角为300的斜面上，放置两条光滑平行导轨，其间距L＝0.5m；将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，在导轨上横放一根质量为m＝0.2kg的金属棒ab，电源电动势E＝12V，内阻r＝0.3Ω，磁场方向垂直轨道所在平面，B＝0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计）
例5：质量为m，长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，如图所示，求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小．
在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的。
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
1. 磁电式电流表的构造 刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
（2） 该磁场是否匀强磁场？
（3） 该磁场有什么特点？
（1）电流表中磁场分布有何特点呢？
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。
在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度 B 的大小是相等的。
( 1 ) 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动。
2. 电流表的工作原理
线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。
（2）磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。
表盘的刻度均匀，θ ∝ I
（3）当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
3.磁电式电流表的特点
(1)表盘的刻度均匀，θ∝I.(2)灵敏度高，但过载能力差.(3)满偏电流Ig和内阻Rg反映了电流表的最主要特性.
4. 优缺点优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。5. 灵敏度可以通过增加线圈的匝数、增大磁铁的磁感应强度、增大线圈的面积等方法提高灵敏度。
1.如图两条导线相互垂直，但相隔一段距离。其中导线AB固定，导线CD能自由活动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将从纸外向纸内看（ ）   A. 顺时针方向转动同时靠近导线ABB. 逆时针方向转动同时离开导线ABC. 顺时针方向转动同时离开导线ABD. 逆时针方向转动同时靠近导线AB
2.通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图所示。下列哪种情况将会发生（ ）A．L2绕轴O按顺时针方向转动B．L2绕轴O按逆时针方向转动C．因L2不受磁场力的作用，故L2不动D．因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动
3. 通电的等腰梯形导线框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边与MN平行。下列关于通电直导线MN的磁场对线框作用的（ ）A. 线框所受安培力的合力为零B. 线框有两条边所受的安培力方向相同C. 线框有两条边所受的安培力大小相同D. 线框在安培力作用下一定有向左的运动趋势
4.如图，在薄金属圆筒表面上通以环绕圆筒、分布均匀的恒定电流时，由于受磁场力的作用，该圆筒的形变趋势为（ ）A. 沿轴线上下压缩，同时沿半径向内收缩B. 沿轴线上下拉伸，同时沿半径向内收缩C. 沿轴线上下压缩，同时沿半径向外膨胀D. 沿轴线上下拉伸，同时沿半径向外膨胀
5.如图所示，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中的电流强度分别为I和2I，此时a受到的磁场力大小为F，当在a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后，a受到的磁场力大小变为2F，则此时b受到的磁场力大小为（ ）   A. 3F B. 4FC. 5F D. 6F
6.如图所示，固定直导线c垂直于纸面，可动导线ab通以如图所示方向的电流，用弹簧测力计图中只画了弹簧悬挂在导线c的上方，当导线c中通以垂直于纸面向外的电流时，以下判断正确的是（ ）A. 导线a端转向纸外，同时测力计读数增大B. 导线a端转向纸外，同时测力计读数减小C. 导线b端转向纸外，同时测力计读数减小D. 导线b端转向纸外，同时测力计读数增大
7.把一根柔软的螺旋弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好与杯里的水银面相接触，并组成如图所示电路图，当开关S接通后，将看到的现象是（ ）A. 弹簧向上收缩B. 弹簧上下跳动C. 弹簧被拉长D. 弹簧仍静止不动
8.如图所示，两个完全相同、互相垂直的导体圆环P、Q中间用绝缘细线连接，悬挂在天花板下，当P、Q中同时通有图示方向电流之后的一小段时间内，关于两线圈的转动方向从上向下看以及细线中张力的变化，下列说法中正确的是（ ）A. P，Q都逆时针转动，细线张力不变B. P，Q都顺时针转动，细线张力减小C. P逆时针转动，Q顺时针转动，细线张力增加D. P顺时针转动，Q逆时针转动，细线张力减小