1.1 磁场对通电导线的作用力 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

null 第一章 安培力与洛伦兹力 第1节 磁场对通电导线的力 02 03 01 主题(二) 安培力的大小 主题(一) 安培力的方向 目录 CONTENTS 主题(三) 磁电式电表 04 第1节 磁场对通电导线的作用力 主题(四) 电动机 奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转，不仅开启了研究电与磁联系的序幕，还使人们认识了这种神奇的“力”。很快，人们就在实验中发现了通电导线在磁场中会受到力的作用。 新课引入： 电和磁的实验中最明显的现象是处于彼此距离相当远的物体之间的相互作用。因此，把这些现象化为科学形式的第一步就是，确定物体之间作用力的大小和方向。 ——麦克斯韦 新课引入： 安培首先利用“右手”确定了电流产生磁场的方向，随后确定磁场对通电导线的力的方向与磁场方向垂直，由于安培的巨大贡献，我们把磁场对通电导线的力叫做安培力。 安培 那安培力的方向能不能也用一个手来非常简便的判断？ 第一部分 安培力的方向 N S N S ①磁场电流方向平行，没有磁场力 ②磁场电流方向垂直 , 磁场力最大 一、安培力的方向 F∝IL F∝I F∝L F= IL B B= F IL F S N S 一、安培力的方向 N ①电流 I 方向 I F ②磁场B 方向 F 1.影响因素: N N S 一、安培力的方向 F 1.影响因素: B F I S B I 左手定则 2.方法： ①电流 I 方向 ②磁场B 方向 (展开左手,B穿掌心,四指指I,拇指指F安) ★建龙右手定则: (展开右手,I穿掌心,四指指B,拇指指F安) I B 【典例1】判断电流所受的安培力方向？ B I B B// B⊥ 垂直纸面向外 垂直纸面向外 B I 垂直纸面向里 典例分析：安培力的方向 I F F I I F 一、安培力的方向 1.影响因素: 左手定则 2.方法： ①电流 I 方向 ②磁场B 方向 (展开左手,B穿掌心,四指指I,拇指指F安) ★建龙右手定则: (展开右手,I穿掌心,四指指B,拇指指F安) 注意： ①当B与I不垂直， ②F安⊥I，F安⊥B。 B I F F安⊥I与B所确定的平面 四指指向B⊥。 分解B， B I B B// B⊥ 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。 结论: F F F F 【典例2】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，请判断它们的作用力方向？ 典例分析：安培力的方向 第二部分 安培力的大小 二、安培力的大小 1.计算式 ①当B//I时： F安=0 ②当B⊥I时： F安=ILB ③当B与I成θ时： B// B⊥ F安=ILB⊥ =ILBsinθ N S F B= F IL L1 L2 I I F1 F2 I 【典例3】如图所示：LI与L2是相互垂直的直导线，通以I的电流，放在磁感应强度为B的磁场中，求整个导线受到的安培力大小和方向？ I F I F 典例分析：安培力的大小 F1= IL1B F2= IL2B F= = 二、安培力的大小 1.计算式 ①当B//I时: F安=0 ②当B⊥I时: F安=ILB ③当B与I成θ时： F安=ILB⊥ =ILBsinθ 2.特点 ①弯曲通电导线可视为起点到终点的一条直导线。 ②任一闭合通电导线的有效长度为0，即F安=0 I 【典例4】半径为0.1 m的圆内有匀强磁场,磁感应强度B大小为0.4 T,现将一单匝正方形线框放入磁场,线框平面与磁场方向垂直,其中一顶点与圆形磁场区域的圆心O点重合,如图,当通过线框的电流I为1 A时,线框所受的安培力大小为 (　　) A. N B. N C. N D. N 典例分析：安培力的大小 B 【典例5】如图所示,将一根同种材料、粗细均匀的导体围成半径为R的闭合线圈,固定在垂直线圈平面、磁感应强度为B的匀强磁场中(未画出)。C、D两点将线圈分为上、下两部分,且C、D两点间上方部分的线圈所对应的圆心角为120°。现有大小为I的恒定电流自C点流入、D点流出,则闭合线圈受到的安培力大小为 (　　) A.BIR B.BIR C.BIR D.0 典例分析：安培力的大小 A 【典例6】如图所示，虚线的上方存在垂直纸面向外的匀强磁场。将一粗细均匀的电阻丝折成的正五边形导体框abcde置于磁场中（ab边水平），用导线将恒压电源U连接在导体框的a、b两点。则下列说法正确的是（　　） A．ba边所受的安培力方向竖直向上 B．bcdea部分与ba边所受的安培力 大小之比为1：4 C．ba边与bc边所受的安培力大小相等 D．导体框所受的安培力为0 典例分析：安培力的大小 B 【典例7】如图所示，平行长直金属导轨AB、CD水平放置，间距为d，电阻值不计。左侧接电动势为E、内阻为r的电源。导体棒静止放在导轨上，与轨道CD间的夹角为300，两点间电阻为2R且与轨道接触良好。导轨所在区域有垂直纸面向下的匀强磁场，磁感应强度为B。则以下说法中正确的是（　　） A．导体棒所受安培力的方向垂直于AC边向右 B．导体棒所受安培力大小为BEd/(2R+r) C．导体棒所受安培力的方向垂直于MN向右下方 D．导体棒所受安培力大小为2BEd/(R+r) 典例分析：安培力的大小 C d 第三部分 磁电式电表 三、磁电式电表 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）。 注意：铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。 1.构造： 三、磁电式电表 2.原理: ①磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的非匀强磁场， 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， 通过I的线框在每个位置的F安相等。 ②螺旋弹簧力矩等于安培力的力矩，线圈停止转动， θ ∝ I，表盘的刻度均匀 I F F 形变 产生弹力阻碍转动 线圈通电时，安培力使线圈转动时 安培力与弹力平衡，指针停止转动 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 M弹=M安=kθ × × 【典例9】如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈a、b两边通以图示方向电流，线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则下列选项正确的是（　　） 该磁场为匀强磁场 线圈将逆时针转动 线圈转动过程中受到的安培力逐渐变大 图示位置线圈a边受安培力方向竖直向上 B 典例分析：磁电式电表 没有螺旋弹簧抵抗，线框不就可以持续转动起来了？ 第四部分 电动机 四、电动机 1.原理: 磁场对通电导线的安培力 2.分类: ①直流电动机 四、电动机 1.原理: 磁场对通电导线的安培力 2.分类: ①直流电动机 四、电动机 1.原理: 磁场对通电导线的安培力 2.分类: ①直流电动机 ②交流电动机 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。 《思维导图·电势能和电势》 课堂小结 磁场 对通电导线的力 安培力的大小 安培力的方向 磁电式电表 ★建龙右手定则 F=ILBsinθ 特点:电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。 电动机 D 【练习1】下列关于电流的磁场和通电导体在匀强磁场中所受安培力的判断正确的是（　） A B C D 课堂练习 【练习2】关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场力的方向，正确的说法是（ ） A．跟磁场方向垂直，跟电流方向平行 B．跟电流方向垂直，跟磁场方向平行 C．既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直 D．既不跟磁场方向垂直，又不跟电流方向垂直 C 课堂练习 【练习3】如图所示,半圆形导线abc通以恒定电流I,放置在匀强磁场中。已知磁感应强度大小为B,导线长为πl,直径ac与磁场方向夹角为θ=30°。该导线受到的安培力大小为 (　　) A.2BIl　 B.BIl C.BIl D.BIl C 课堂练习 【练习4】(2024·山东潍坊期末)如图所示,在空间中分布着沿x轴正方向、磁感应强度大小为B的匀强磁场,将一金属导线制成半径为r的圆环放置在xOy平面内。当圆环中通过由a到b的电流I时,圆环受到的安培力大小和方向分别为(　　) A.BIr,垂直xOy平面向里 B.BIr,垂直xOy平面向外 C.BIr,垂直xOy平面向外 D.BIr,垂直xOy平面向里 A 课堂练习 【练习5】如图为一台直流电动机的简化示意图。已知转子为n匝、长为L、宽为d的矩形线圈,线圈所在位置的磁感应强度为B。当线圈中通有恒定电流I,转子绕线圈平面内垂直于磁场的轴,由图示位置顺时针(从a看向b)转过θ角时(转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行),转子的ab边受到的安培力大小为 (　　) A.nBILsin θ B.nBILcos θ C.nBId D.nBIL D 课堂练习 【练习6】如图所示,水平放置的U形导线框中接有电源,电流为I,匀强磁场方向垂直于导线框平面,磁感应强度大小为B,导线框间距为d,一导体棒与垂直于导线框的虚线成θ角放置,则导体棒所受安培力的大小和方向分别为 (　　) A.BId,方向水平向右 B.,方向水平向右 C.BIdsin θ,方向垂直导体棒向左 D.,方向垂直导体棒向右 D 课堂练习 【练习7】磁电式电表原理示意图如图所示,两磁极装有极靴,极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向,两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是(　　) A.图示左侧通电导线受到安培力向下 B.a、b两点的磁感应强度相同 C.圆柱内的磁感应强度处处为零 D.c、d两点的磁感应强度大小相等 课堂练习 A 【练习8】在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框,磁场方向垂直于线框平面,a、c两点接一直流电源,电流方向如图所示。已知abc边受到的安培力大小为F,则整个线框所受安培力大小为 (　　) A.F B.F C.F D.F D 课堂练习 【练习9】如图所示为电流天平,它的左、右两臂等长,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈,匝数为n,线圈的水平边长为l,处于匀强磁场内,磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时,调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向,大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能使两臂再达到新的平衡。重力加速度g取10 m/s2。 (1)导出用n、m、l、I、g计算B的表达式; (2)当n=9、l=10.0 cm、I=0.10 A、m=8.78 g时, 磁感应强度是多大?(保留两位有效数字) 课堂练习 解:(1) mg=2nBI 得:B= (2)将n=9、l=10.0 cm、I=0.10 A、m=8.78 g代入 B= 得:B≈0.49 T 谢 谢 观 看 $$nullnull