1、成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-1,磁場(chǎng),第三章,4通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力,第三章,根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流會(huì)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。電磁炮的炮彈動(dòng)力摒棄傳統(tǒng)的火藥，采用電磁力。它由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸，當(dāng)兩軌接入電源時(shí)，強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會(huì)以很大的速度射出，彈丸體積雖小，但由于初速度特別大，所以具有很大的動(dòng)能，足以穿透厚鋼板。通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力與哪些因素有關(guān)呢？,安培力,1.概念 把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力

2、稱為安培力。,2安培力的方向 左手定則：如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指_，并且都與手掌在同一個(gè)_內(nèi)。讓磁感線從_進(jìn)入，并使四指指向_的方向，這時(shí)_所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。,垂直,平面,掌心,電流,拇指,3安培力的大小 (1)公式：F_。 為磁感應(yīng)強(qiáng)度與通電導(dǎo)線之間的夾角。 (2)說(shuō)明：A當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時(shí)，即電流方向與磁感線垂直時(shí)，所受的安培力最大：F_。 B當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時(shí)，所受安培力_。,BILsin,BIL,為零,磁電式電流表,1.構(gòu)造 磁鐵、_、螺旋彈簧、指針、極靴。 2原理 通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力而偏轉(zhuǎn)。 (1)線圈_越大，被測(cè)電流

3、就越大。 (2)根據(jù)_的方向，可以知道被測(cè)電流的方向。,線圈,偏轉(zhuǎn)的角度,線圈偏轉(zhuǎn),半徑,平行,4優(yōu)、缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)是_高，能測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的_，允許通過(guò)的電流很弱。,靈敏度,導(dǎo)線很細(xì),一、安培力方向的判斷 1安培力的方向不僅跟磁場(chǎng)方向垂直，還跟電流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁場(chǎng)方向與電流方向所構(gòu)成的平面。在判斷安培力方向時(shí)，應(yīng)首先判定這個(gè)平面，然后再應(yīng)用左手定則。 2當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流與磁場(chǎng)所決定的平面，所以仍可用左手定則來(lái)判斷安培力的方向，只是磁感線不是垂直進(jìn)入掌心。 3注意區(qū)別安培力的方向和電場(chǎng)力的方向與磁場(chǎng)、電場(chǎng)的方向的關(guān)系，安培力的方向

4、總是與磁場(chǎng)的方向垂直，而電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向平行。,特別提醒(1)FI，F(xiàn)B，但B與I不一定垂直。 (2)若已知B、I方向，F(xiàn)方向惟一確定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不惟一。,(大連市普通高中20132014學(xué)年高二上學(xué)期期末)某同學(xué)畫的表示磁場(chǎng)B、電流I和安培力F的相互關(guān)系如下圖所示，其中正確的是() 答案：D,解析：左手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)。把左手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，四指指向電流所指方向，則大拇指的方向就是導(dǎo)體受力的方向，故選D。,二、安培力大小的計(jì)算 1對(duì)安培力FILBsin的理解 (1)當(dāng)B與I垂直時(shí)，即sin901，

5、則FILB；當(dāng)B與I成角時(shí)，F(xiàn)ILBsin，是B與I的夾角。 (2)L是有效長(zhǎng)度，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度(如圖)；相應(yīng)的等效電流沿L由始端流向末端。,2FILBsin的適用條件 導(dǎo)線所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。 3電流在磁場(chǎng)中的受力特點(diǎn) 電荷在電場(chǎng)中一定會(huì)受到電場(chǎng)力作用，但是電流在磁場(chǎng)中不一定受安培力作用。當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電流不受安培力作用。,特別提醒(1)公式FILBsin中是B和I方向的夾角，不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。 (2)公式FIBLsin中的Lsin也可以理解為垂直于磁場(chǎng)

6、方向的“有效長(zhǎng)度”。,三、安培定則與左手定則的區(qū)別,四、分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的幾種常用方法,特別提醒(1)導(dǎo)體處于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，通常用電流元法判斷其受力情況。 (2)判斷條形磁鐵(或小磁針)與環(huán)形電流間的相互作用時(shí)，通常選擇等效法。,如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心，且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是() A線圈向左運(yùn)動(dòng) B線圈向右運(yùn)動(dòng) C從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 答案：A,解析：方法一：電流元法。首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看做一直線電流，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況

7、如圖甲所示。根據(jù)對(duì)稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)。只有選項(xiàng)A正確。,方法二：等效法。將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵，如圖乙所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動(dòng)，選A。也可將左側(cè)條形磁鐵等效成一環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”。也可判斷出線圈向左運(yùn)動(dòng)，選A。,通電直導(dǎo)線A與圓形通電導(dǎo)線環(huán)B固定放置在同一水平面上，通有如圖所示電流時(shí)，通電直導(dǎo)線A受到水平向_(填“左”或“右”)的安培力作用。當(dāng)A、B中電流大小保持不變，但同時(shí)改變方向時(shí)，通電直導(dǎo)線A所受到的安培力方向水平向_。(填“左”或“右”),安培力方向的判斷,解析：利用定培定則先判斷出B產(chǎn)生的磁場(chǎng)方

8、向在導(dǎo)線環(huán)外部是垂直紙面向里的，再利用左手定則判定直導(dǎo)線A受到的安培力的方向是水平向右的。當(dāng)A、B中電流同時(shí)改變方向時(shí)，根據(jù)安培定則，導(dǎo)線環(huán)外部磁場(chǎng)方向是垂直紙面向外的，再利用左手定則可判斷通電直導(dǎo)線受到的安培力方向仍向右。 答案：右右,畫出圖中通電直導(dǎo)線A受到的安培力的方向。 答案：,安培力作用下導(dǎo)體的平衡,解析：桿ab中的電流為a到b，所受的安培力方向平行于導(dǎo)軌向上。當(dāng)電流較大時(shí)，導(dǎo)體有向上的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所受靜摩擦力向下；當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大時(shí)，磁場(chǎng)力為最大值F1，此時(shí)通過(guò)ab的電流最大為Imax；同理，當(dāng)電流最小時(shí)，應(yīng)該是導(dǎo)體受向上的最大靜摩擦力，此時(shí)的安培力為F2，電流為Imin。 正確地

9、畫出兩種情況下的受力圖，由平衡條件列方程求解。,根據(jù)第一幅受力圖列式如下：F1mgsinF10 FNmgcos0，F(xiàn)1FN，F(xiàn)1BImaxd 解上述方程得：Imax0.46A 根據(jù)第二幅受力圖，F(xiàn)2F2mgsin0， FNmgcos0，F(xiàn)2FN，F(xiàn)2BImind. 解上述方程得：Imin0.14A。 答案：0.14AI0.46A,點(diǎn)評(píng)：(1)必須先將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖，然后對(duì)物體受力分析，要注意安培力方向的確定。最后根據(jù)平衡條件或物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)列出方程。 (2)注意靜摩擦力可能有不同的方向，因而求解結(jié)果是一個(gè)范圍。,答案：BC,一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且

10、兩個(gè)線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈通以如圖所示的電流時(shí)，從左向右看，線圈L1將() A不動(dòng) B順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D向紙面內(nèi)平動(dòng),安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,解析：方法一：等效分析法。把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流L2的中心，通電后，小磁針的N極應(yīng)指向該環(huán)形電流L2的磁場(chǎng)方向，由安培定則知L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心豎直向上，而L1等效成小磁針，其N極應(yīng)由紙里轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 方法二：利用結(jié)論法(凡轉(zhuǎn)動(dòng)，必靠近)。環(huán)形電流L1、L2之間不平行，則必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)是：從左向右看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。,方法三：直線電流元法

11、 把線圈L1沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無(wú)數(shù)直線電流元，電流元處在L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，據(jù)安培定則可知各電流元所在磁場(chǎng)方向向上，據(jù)左手定則可得，上部電流元所受安培力均指向紙外，下部電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈L1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 答案：B,把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來(lái)，使它下端剛好跟杯中的水銀面接觸，并使它組成如圖所示的電路，當(dāng)開關(guān)S接通后將看到的現(xiàn)象是() A彈簧向上收縮 B彈簧被拉長(zhǎng) C彈簧上下跳動(dòng) D彈簧仍靜止不動(dòng) 答案：C,解析：通電后，彈簧的每一個(gè)圈都相當(dāng)一個(gè)環(huán)形電流，且各線圈都通以相同方向的電流，根據(jù)同向電流相互吸引，彈簧收縮，下端脫離水銀面，使電路斷開，電路斷開后，彈簧中的電流消失，磁場(chǎng)作用失去，彈簧在彈力和自身重力作用下下落，于是電路又接通，彈簧又收縮如此周而復(fù)始，形成彈簧上下跳動(dòng)。正確答案為C。,易錯(cuò)點(diǎn)：對(duì)基本概念、規(guī)律掌握不牢導(dǎo)致錯(cuò)誤 案例：如圖所示，平行于紙面水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)