1.1磁场对通电导线的作用力（课件）-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第二册）

1. 磁场对通电导线的作用力 第一单元 安培力与洛伦兹力 更多模板请关注：https://haosc.tukuppt.com 1 1物理观念： 通过实验认识安培力的方向及大小，了解安培力在生产生活中的运用，会用左手定则判断安培力的方向。 2科学思维： 经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。经历般情况下安培力表达式的得出过程，体会矢量分析的方法。 3科学探究： 观察磁电式电流表的结构，知道磁电式电流表的工作原理，体会物理知识与科学技术的关系。 4科学态度与责任： 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 核 心 素 养 HXD3型电力机车是中国铁路的电力机车车型之一，采用交一直一交流电传动，电动机的基本原理为通电导线在磁场中受到力的作用，这种力的大小和方向与哪些因素有关？ （基于观察的问题导入更容易然学生认识到物理的科学本质） 一、驱动问题 二、探究安培力的方向 把一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流。研究安培力的方向与哪些因素有关？ 该实验采用控制变量法。 根据实验规律画出安培力与磁感应强度方向和电流方向的关系。 点击视频播放 ①改变磁场方向 ②改变电流方向 I B F I B F I B F 你能用简洁的方法表达F、B、I方向的关系？ 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个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，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。 左手定则： 例1　画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明). 答案　如图所示 练1 画出通电导体棒ab所受安培力的方向 F B F B B F 8 思考与讨论：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 9 F F F 同向电流 F 反向电流 F F F F 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。 结论: 三、探究安培力的大小 点击视频播放 ①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时： ②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时： F=BIL F=0 思考：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？ F=ILB⊥=ILBsinθ 其中平行方向的B//不产生安培力，导线所受的安培力 只是垂直方向的B⊥产生，由此又得： 把磁感应强度B分解为两个分量： ①一个分量与导线垂直 B⊥=Bsinθ ②另一分量与导线平行 B//=Bcosθ 公式： F=ILBsinθ （1）θ表示磁场方向与电流方向的夹角 （2）此公式仅适用于匀强磁场 （3）安培力除了跟B、I、L有关外， 还跟如何放置有关。 0≤F≤BIL 不垂直找垂直 注意：在非匀强磁场中，只要通电直导线所在位置的各点磁感应强度B矢量相等(包括大小和方向)，则通电直导线所受的安培力也能用公式F＝IlBsin θ计算。 有效长度：公式F＝IlB sin θ中l 指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度l 等于连接两端点直线的长度，相应的电流沿l 由始端流向末端(如图所示)。 若导线是弯曲的，此时应该如何计算导线受到的安培力？ 例2、如右图所示的各图中，磁场的磁感应强度大小相同，导线ab两端点距离均相等，导线ab中电流均相等，则各图中有关导线ab所受的安培力的大小的判断正确的是(　　) A．d图最大　　　 B．b图最大 C．一样大 D．无法判断 C b a 有效长度相同 例题3. 如图所示，将三根完全相同长为L的导体棒连接成一闭合的三角形线框abc，大小为B的匀强磁场垂直于线框平面向里(图中未画出)。用导线将a、c两点接入电流恒为I的电路中，则下列说法正确的是(　　) A.线框所受安培力的大小等于0 B.线框所受安培力的大小等于ILB C.ab边与bc边所受安培力相同 D.ac边所受安培力的大小等于ILB B 注意：上方abc边和下方ac并联，符合并联电路电流分配关系，上下两边有效长度相等。单独每一条直导线与磁场垂直。 下图展示了我们实验中常用的磁电式电流表的结构，它所依据的物理学原理就是通电线圈因受安培力而转动。 四、磁电式电流表 18 线圈通电时，安培力使线圈转动时 弹簧变形 产生弹力阻碍转动 安培力与弹力平衡，指针停止转动 构造：刻度盘、指针、蹄形磁体、极靴(软铁制成)、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成). 电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大 19 B大小处处相等，当线圈转动时B与I 始终互相垂直 F=ILB 表盘的刻度均匀 线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向:可以知道被测电流的方向。 20 小实验：你知道我的“心”为什么在动吗？ 利用左手定则知道左边电流受到安培力向里，右边的向外，不断变换，我的“心”就动起来了。 21 课堂小结 安 培 力 大小：ILBsinθ (θ为B与 I夹角) 方向：左手定则，F一定垂直于B和I所在的平面，但B与I不一定垂直。 有效长度：先找导线开口长度，再找垂直磁场的有效长度。 应用：磁电式电流表 课堂反馈 1.如图所示，表示磁场对直线电流的作用力示意图中正确的是( ) A 课堂反馈 2.(安培力的大小)将一段通电直导线abc从中点b折成120°，分别放在如图11所示的匀强磁场中，图甲中导线所在平面与磁场的磁感线平行，图乙中导线所在平面与磁场的磁感线垂直，若两图中两导线所受的安培力大小相等，则甲、乙两图中磁场的磁感应强度大小之比 为 B 课堂反馈 3.(多选)如图所示的天平可用来测定磁感应强度B.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽度为l，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面.当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左右两边加上质量各为m1、m2的砝码后，天平平衡，当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，线圈质量忽略不计，重力加速度为g，由此可知 AB 课堂反馈 4.如图所示，位于纸面内的细直导线，长L＝5 m，通有I＝3 A的恒定电流，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B＝2 T.当导线与B成60°夹角时，发现其受到的磁场力为零，则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B′的可能值为 C 课堂反馈 5.水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻).现垂直于导轨放置一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图11所示，重力加速度为g，问： (1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？ 课堂反馈 解析　对导体棒ab受力分析，由平衡条件得 竖直方向有FN＝mg 又Ff＝μFN 水平方向，Mg>Ff，所以安培力方向向左 如果摩擦力向右，电流有最大值，有BImaxL－Ff－Mg＝0 如果摩擦力向左，电流有最小值，有BIminL＋Ff－Mg＝0 联立解得1 A≤I≤2 A 由左手定则知电流方向由a指向b. Lavf58.12.100 Lavf58.29.100 A. B. C. D. A.磁感应强度方向垂直于纸面向里，B＝ B.磁感应强度方向垂直于纸面向里，B＝ C.磁感应强度方向垂直于纸面向外，B＝ D.磁感应强度方向垂直于纸面向外，B＝ A. T B. T C.2 T D. T 答案　mg－　 $$