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

物理选择性必修二 第一章 安培力与洛伦兹力 1.1磁场对通电导线的作用力 一、磁场 1.定义：磁体和电流周围存在的特殊物质 真实存在 2.磁体：具有磁性的物质 特点：①吸引铁质物质 ②有N S极：同名磁极相斥，异名磁极相吸 3.电流的磁效应 发现者：奥斯特 发现过程：导线南北放置，磁针放在导线下方，将导线通电 发现小磁针发生偏转 4.磁感线：在磁场中画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向 都跟这点磁感应强度方向一致 特点：不相交，不存在，不是运动轨迹 切线表示方向，疏密表示大小 方向：由N极指向S极 常见的几种磁感线： 直线电流的磁场 环形电流的磁场 通电螺线管的磁场 磁场判断方向的常用的两种方法： 1.小磁针静止时N极所指方向为磁场方向 2.磁感线某一点切线方向为磁场方向 二.磁感应强度（矢量） 1.定义：磁场对电流和导线长度乘积的比值（类比电场强度） 可理解为描述磁场强弱和方向的物理量 2.定义式： 单位：特斯拉（特） 符号：T 1N/A·m＝1T 各量含义：F—安培力 I—电流 L—导线的有效长度 适用条件： 1.匀强磁场 2,I⊥B 3由磁场本身决定，与F和IL无关 导线产生磁感应强度决定式： 其中μ为真空磁导率常数 I为电流，r为距导线的距离 可写成 三.磁通量（标量） 1.定义式： 单位：韦伯（Wb） 条件：B⊥S 匀强磁场 2.标量：有正负表示从不同面穿过 物理意义：表示穿过某面 磁感线多少 3.大小 B⊥S Ｂ∥Ｓ Ｂ与Ｓ成角度 θ 四．磁场对通电导线作用力 1.安培力：磁场对通电导线的作用力 2.公式： 3.方向：安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直 也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在 的平面 判断方向方法：左手定则 4.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 在同一个平面内，让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流方向 这时拇指所指方向为通电导线在磁场所受安培力的方向 B与I不一定垂直，但F一定垂直B和I F B 垂直于纸面向里的磁场 垂直于纸面向外的磁场 垂直于纸面向里的电流 垂直于纸面向外的电流 竖直向下的磁场 竖直向上的磁场 磁场和通电导线的平面图画法 电场 电荷 磁场 通电导线 安培力 安培力定义：通电导线在磁场中受到的力称为安培力。 电场力 一、安培力的方向 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 安德烈·玛丽·安培 实验探究 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 次数 磁场方向 电流方向 安培力方向 图 4 3 1 2 向上 向下 垂直于纸面向外 垂直于纸面向外 垂直于纸面向里 水平 向右 水平 向左 水平 向左 水平 向右 F F F F 结论：安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直 实验现象 只交换磁极位置 只改变电流方向 同时改变电流和磁场方向 受力方向 改变 受力方向 改变 受力方向 不变 实验结果： 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。 B I F 说明：F⊥I,F⊥B,F⊥B、I决定的平面。但B、I不一定垂直。 左手定则 四指 电流 磁感线 穿手心 大拇指 受力 X(F) o I F B 注意： o I F B F B I F B I F I B I B F B I 立体图转平面图，物理学规定“叉进点出”，具体： F 垂直于纸面向里的磁场 垂直于纸面向外的磁场 垂直于纸面向里的电流 垂直于纸面向外的电流 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． 安培力方向的特点 B B I F B B 当电流与磁场方向夹角为θ时: B F B⊥ B∥ I B I ★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 左手定则 用途 判断电流产生的 磁场方向 判断电流在磁场中的 受力方向 因果关系 电流是因 磁场是果 电流和磁场都是因 安培力是果 安培定则与左手定则对比理解 安培定则 左手定则 应用 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向 内容 具体 情况 直流电流 环形电流或通电螺旋管 电流在磁场中 条件 拇指指向电流的方向 四指指向电流的环绕方向 磁感线穿手心，四指指向电流方向 结果 四肢弯曲是方向表示磁感线方向 拇指指向轴线上磁感线的方向 拇指指向电流受到的安培力反向 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 用学过的知识加以分析 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。 结论: F F F 同向电流 F 反向电流 研究平行通电直导线之间的相互作用 现象对比 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。 A B D C × × × × × · · · · · × × × × × × × × × × · · · · · · · · · · F F 【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。 电流元法 把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断 分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法 特殊位置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向 结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向 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 A 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 C 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 C 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ab B.逆时针方向转动，同时离开ab C.顺时针方向转动，同时离开ab D.逆时针方向转动，同时靠近ab a b c d D 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 D 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 A 安培力大小 B⊥I B∥I F＝0 B、I夹角为θ L为有效长度 即首尾连接线长 谢谢观看 Lavf58.29.100 $$