資源簡介

(共44張PPT)
1.1 磁場對通電導(dǎo)線的作用力
人教版（2019）物理（選擇性必修第二冊）
第一章 安培力與洛倫茲力
目錄
素養(yǎng)目標(biāo)
01
課程導(dǎo)入
02
新課講解
03
總結(jié)歸納
04
課堂練習(xí)
05
素養(yǎng)目標(biāo)
1.知道通電導(dǎo)線在磁場中受安培力
2.知道左手定則的內(nèi)容，會用左手定則熟練判斷安培力的方向
3.熟練使用F＝ILBsinθ并掌握有關(guān)計(jì)算
4.了解磁電式電流表的構(gòu)造及其工作原理
導(dǎo)體棒中有電流流過時(shí)，導(dǎo)體棒就會因受力而發(fā)生運(yùn)動。這個(gè)力的方向該如何判斷？它的大小除了與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)外，還與哪些因素有關(guān)？
新課講解
在必修三中，我們已經(jīng)知道了磁場對通電導(dǎo)線有作用力，并從這個(gè)現(xiàn)象入手定義了物理量——磁感應(yīng)強(qiáng)度B
為了紀(jì)念安培，人們把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力，把電流的單位定為安培。
安培于1820年通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁場對通電導(dǎo)線有力的作用，他是電動力學(xué)的創(chuàng)始人，被譽(yù)為“電學(xué)中的牛頓”，在電磁學(xué)方面有杰出的貢獻(xiàn)。
溫故知新
一、安培力的方向
根據(jù)上面的知識想一想：覺得安培力方向與那些因素有關(guān)？
猜想：磁感應(yīng)強(qiáng)度方向、電流方向 …
磁感應(yīng)強(qiáng)度
安培力
通電導(dǎo)線的長度
通電導(dǎo)線的電流
如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案研究？
按照圖所示，組裝好器材，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察導(dǎo)體棒受力方向。
問題二：改變導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？
問題一：上下交換磁極的位置以改變磁場的方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變
（控制變量法）
實(shí)驗(yàn)探究：安培力的方向
實(shí)驗(yàn)探究：安培力的方向
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
問題一：上下交換磁極的位置以改變磁場的方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變
觀察發(fā)現(xiàn)，改變磁場的方向，導(dǎo)線所受安培力的方向發(fā)生改變
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
問題二：改變導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？
觀察發(fā)現(xiàn)，改變電流的方向，導(dǎo)線所受安培力的方向發(fā)生改變
眾多事實(shí)表明，通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
B
F
×
B
F
B
F
×
B
F
二、左手定則
通電導(dǎo)線所受安培力的方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直
試著畫出通電導(dǎo)線所受安培力的方向、電流方向及磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向
二、左手定則
左手定則：
伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；
讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，且四指指向電流的方向(B⊥I)，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。
注意：左手定則是描述安培力方向的定則，但區(qū)別于安培定則
磁感線從掌心進(jìn)入，不一定垂直掌心
A
B
A
B
FB
FA
FB
FA
同向電流相互吸引
異向電流相互排斥
利用左手定則判斷平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用
經(jīng)典例題
（1）
I
B
F
F
（2）
I
B
I
B
（3）
F
F
判斷安培力的方向
I
（4）
B
先將下圖轉(zhuǎn)化為平面圖，再畫出安培力
經(jīng)典例題
當(dāng)電流與磁場方向夾角為θ時(shí):
B
F
B⊥
B∥
B
I
F 既 B，也 I，垂直B、I 決定的平面；即安培力的方向總是垂直于電流和磁場所在的平面。但B與I 不一定垂直。
拓展：當(dāng)電流與磁場方向不垂直時(shí)，如何判斷安培力方向？
在勻強(qiáng)磁場B中，通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直和平行時(shí)，導(dǎo)線上的電流為I。如圖導(dǎo)線所受安培力F應(yīng)怎樣求？
F＝ILB
（1）當(dāng)B⊥I 時(shí)
（2）當(dāng)B∥I時(shí)
F＝0
（3）當(dāng)B和I夾角為θ時(shí)
F＝
二、安培力的大小
（3）當(dāng)導(dǎo)線（電流I）與磁場B方向夾θ角時(shí):
F = B2IL＝BILsinθ (θ 為 B 與 I 的正向夾角)
B1
B2
B
法一：分解磁感應(yīng)強(qiáng)度B
思路：變不垂直成垂直
法二：投影導(dǎo)線
L1
F = BIL1＝BILsinθ (θ 為 B 與 I 的正向夾角)
對安培力公式的理解
(1) 公式 F = BILsinθ 中 L 指的是“有效長度”。勻強(qiáng)磁場中彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點(diǎn)直線的長度。
（2）公式 F = BILsinθ的適用條件
導(dǎo)線所處的磁場應(yīng)為勻強(qiáng)磁場；在非勻強(qiáng)磁場中，公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。
（3）公式F = BILsinθ 中θ 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。
（4）電荷在電場中一定會受到電場力作用，但是電流在磁場中不一定受安培力作用。當(dāng)電流方向與磁場方向平行時(shí)，電流不受安培力作用。
一、構(gòu)造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成） 、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）
三、磁電式電流表
鐵芯、線圈和指針是一個(gè)整體可以轉(zhuǎn)動。
在以鐵芯為中心的圓圈上，各點(diǎn)
的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的大小是相等的，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動時(shí)B與I 始終互相垂直。
并非勻強(qiáng)磁場
問題1：該磁場是否勻強(qiáng)磁場？
問題2：該磁場的特點(diǎn)？
電流表中極靴與鐵芯之間磁場都沿半徑方向。
所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面都跟磁感線平行。
二、原理：通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉(zhuǎn)。
蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻射分布的（不是勻強(qiáng)磁場），不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感應(yīng)線平行，當(dāng)電流通過線圈時(shí)線圈上跟鐵軸平行的兩邊都要受到安培力，這兩個(gè)力產(chǎn)生的力矩使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動。
（1）線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測電流就越大。
（2）根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測電流的方向。
(1)表盤上刻度均勻。
(2)靈敏度高，但過載能力差。
(3)滿偏電流Ig和內(nèi)阻Rg反映的是磁式電流表的內(nèi)在屬性，只與其自身結(jié)構(gòu)有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。
三、磁電式電流表的特點(diǎn)
四. 優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，可以測出很弱的電流。
缺點(diǎn)：雖然靈敏度高，但線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱。
五. 靈敏度
1、增加線圈的匝數(shù)
2、增大磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度
3、增大線圈的面積等方法
解釋：提高靈敏度，即在更微弱的電流下，依然能產(chǎn)生明顯安培力，使得指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)。
科學(xué)漫步
“電學(xué)中的牛頓”——安培
安培把導(dǎo)線繞成圓筒狀，制成螺線管。盡管螺線管不是用鐵絲而是用銅線繞成的，但是接通電源以后卻能夠吸引小鐵釘。
今天幾乎任何電子儀器都離不開線圈，可見安培這一發(fā)現(xiàn)的重要性。
安培十分重視學(xué)術(shù)交流。他能敏感地從他人的工作中提出前瞻性的課題，抓住機(jī)遇迅速進(jìn)入新的研究領(lǐng)域。
今天，在各種電器的銘牌上常?？梢钥吹桨才嗝值牡谝粋€(gè)字母A，那是人們用電流的單位來紀(jì)念安培。
1.如圖，一段半圓形粗銅線固定在絕緣水平桌面（紙面）上，銅線所在空間有一勻強(qiáng)磁場，磁場方向豎直向下，當(dāng)銅線通有順時(shí)針方向電流時(shí)，銅線所受安培力的方向( )
A.向前
B.向后
C.向左
D.向右
經(jīng)典例題
A
答案：A
解析：半圓形導(dǎo)線所受的安培力等效于直徑長的直導(dǎo)線所受的安培力，由左手定則可知，銅線所受安培力的方向向前。故選A。
經(jīng)典例題
2.下列關(guān)于電流的磁場和通電導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場中所受安培力的判斷正確的是( )
A. B.
C. D.
D
答案：D
解析：A.該圖中電流和磁場平行，則不受安培力作用，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B.根據(jù)左手定則可知，該電流受的安培力方向向上，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C.根據(jù)左手定則可知，該電流受的安培力方向水平向右，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D.根據(jù)左手定則可知，該電流受的安培力方向垂直直導(dǎo)線斜向右下，選項(xiàng)D正確。故選D。
一、安培力的方向
1.實(shí)驗(yàn)探究：安培力的方向與哪些因素有關(guān)？
2.左手定則
安培力的方向總是垂直于電流和磁場所在的平面。但B與I 不一定垂直。
二、安培力的大小
F = BILsinθ
三、磁電式電流表
原理：通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉(zhuǎn)。
線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測電流就越大。
1.如圖，寬為L的平行金屬導(dǎo)軌與水平面成α角，質(zhì)量為m、長為L的金屬桿ab水平放置在導(dǎo)軌上。空間存在著垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，當(dāng)回路中電流大小為I時(shí)，金屬桿恰好能靜止，重力加速度大小為g。則金屬桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為( )
A. B.
C. D.
B
答案：B
解析：根據(jù)左手定則可知，金屬桿ab受到的安培力沿斜面向下，金屬桿恰好能靜止，以金屬桿ab為對象，根據(jù)受力平衡可得
又
聯(lián)立解得
故選B。
2.（多選）如圖甲所示，揚(yáng)聲器中有一線圈處于磁場中當(dāng)音頻電流信號通過線圈時(shí)，線圈帶動紙盆振動，發(fā)出聲音.俯視圖乙表示處于輻射狀磁場中的線圈（線圈平面平行于紙面），磁場方向如圖中箭頭所示，在圖乙中( )
A.當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí)，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里
B.當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí)，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外
C.當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里
D.當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外
BC
答案：BC
解析：A、把線圈看成一小段一小段的直導(dǎo)線連接而成，當(dāng)電流沿順時(shí)針方向時(shí)，根據(jù)左手定則可知，每一小段直導(dǎo)線受到的安培力都是垂直于紙面向外，則線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外，故A錯(cuò)誤，B正確;C、把線圈看成一小段一小段的直導(dǎo)線連接而成，當(dāng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)，根據(jù)左手定則可知，每一小段直導(dǎo)線受到的安培力都是垂直于紙面向里，則線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里，故D錯(cuò)誤，C正確;故選:BC.
3.如圖所示，三根長直通電導(dǎo)線中的電流大小相同，通過b、d導(dǎo)線的電流方向垂直紙面向里，通過c導(dǎo)線的電流方向垂直紙面向外，a點(diǎn)為b、d兩點(diǎn)連線的中點(diǎn)，ac垂直bd，且ab=ad=ac，則c導(dǎo)線受到的安培力方向( )
A.由a指向c
B.由c指向a
C.由a指向b
D.由a指向d
A
答案：A
解析：根據(jù)安培定則知
b導(dǎo)線在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向斜向
左下，d導(dǎo)線在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方
向斜向左上。c導(dǎo)線受到b導(dǎo)線產(chǎn)
生的磁場的作用力沿著bc連線斜
向右下，受到d導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場
的作用下沿dc連線斜向左下，合力豎直向下，故A正確，BCD錯(cuò)誤。
4.如圖所示，AC是一個(gè)用長為L的導(dǎo)線彎成的、以O(shè)為圓心的四分之一圓弧，將其放置在與平面AOC垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以由C到A、大小為I 的恒定電流時(shí)，該導(dǎo)線受到的安培力大小和方向是( )
A.BIL，平行于OC向左
B. ，平行于OC向右
C. ，垂直AC的連線指向左下方
D. ，垂直AC的連線指向左下方
C
答案：C
解析：彎曲的導(dǎo)線通以電流I時(shí)，其所受安培力的情況與直導(dǎo)線CA通以電流/時(shí)所受安培力情況相同。設(shè)圓弧對應(yīng)的半徑為r，則 ，所以 ，彎曲導(dǎo)線的等效長度為 。則導(dǎo)線受到的安培力為 ，方向垂直于AC的連線指向左下方。
A.BIL，平行于OC向左，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)A不符合題意；
B. ，平行于OC向右，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)B不符合題意；
C. ，垂直AC的連線指向左下方，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)C符合題意；
D. ，垂直AC的連線指向左下方，與結(jié)論不相符，選項(xiàng)D不符合題意；
5.磁電式電流表為中學(xué)物理常用的測量閉合回路電流大小的儀器。如圖甲為磁電式電流表的結(jié)構(gòu)，圖乙為極靴和鐵質(zhì)圓柱間的磁場分布，線圈兩邊通以圖示方向電流，線圈a、b兩邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，則下列選項(xiàng)正確的是( )
A.該磁場為勻強(qiáng)磁場
B.線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動
C.運(yùn)輸時(shí)要用導(dǎo)線把兩接線柱連在一起，
若適當(dāng)換成更強(qiáng)的磁場可更好地減緩表針的擺動幅度
D.線圈轉(zhuǎn)動過程中兩邊a、b受安培力大小會變化
C
答案：C
解析：A.磁場是均勻地輻向分布，不是勻強(qiáng)磁場，故A錯(cuò)誤;
B.根據(jù)左手定則可知，線圈a邊受到的安培力向上，b邊受到的安培力向下，則線圈將順時(shí)針轉(zhuǎn)動，故B正確;
C.運(yùn)輸時(shí)要用導(dǎo)線把兩接線柱連在一起，電流表短路，指針擺動時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流受到安培力作用，可減緩表針擺動幅度，若適當(dāng)換成更強(qiáng)的磁場可更好地減緩表針的擺動幅度，故C正確;
D.線圈轉(zhuǎn)動過程中，由于各個(gè)位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，且磁場方向總是與電流方向垂直，所以兩邊a、b受安培力大小不變，故D錯(cuò)誤。
故選C。

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