2018-2019学年度高中物理(人教版)选修1-1教学课件：第二章 三、磁场对通电导线的作用

预习导引
一、安培力 1.通电导体在磁场中受到的力称为安培力.当通电导体方向与 磁场方向垂直时,它所受的安培力最大;当通电导体方向与磁场方向 平行时,导体受安培力为零.当导体与磁场垂直放置时安培力大小可 表示为 F=BIL. 2.安培力的方向可以用左手定则来判定:伸开左手,使拇指跟其 余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直穿入手心, 并使四指指向电流的方向,那么拇指所指的方向就是通电导线所受 安培力的方向.
“电磁炮”就是一种新的替代品.我们知道当一个螺线管通直流 时,螺线管就产生与条形磁铁一样的磁场.螺线管的一端是 N 极,另一 端是 S 极,电流越大产生的磁场就越强,如图是电磁炮示意图.你知道 电磁炮是如何把炮弹打出去的吗? 答案:当螺线管通以强大的瞬间电流时,能在短时间内释放出能 量,把炮弹送出炮筒.电磁炮的电源内有一个大容量电容器,首先使电 容器充电,然后让电容器瞬间放电,这时在螺线管内的磁场可瞬时达 到零点几特斯拉的磁感应强度,强大的瞬时磁感应强度能把铁磁性 材料做的炮弹吸进螺线管,以后炮弹就靠惯性往前冲出炮筒口而射 出去.上面只简述了感应电磁炮的原理,真正的电磁炮要复杂得多,磁 场是经多级螺线管感应的强磁场,也就是炮弹经第一螺线管出口时, 正好是第二级螺线管的开始;炮弹出第二级螺线管出口时,正好又是 第三级螺线管的开始……这样经过多级接力加速作用,炮弹可以获 得很大的速度,到出炮口时的速度很大,炮弹就可射得很远.
电饭煲在通电加热的同时,磁体也同时被加热.所有磁体都有一 种性质:当它的温度升高时,磁性会减弱,温度达到某一值时,它会完 全失去磁性.使磁体失去磁性的温度叫作居里温度.各种磁性材料由 于成分的不同而有不同的居里温度.电饭煲上的磁体应选择居里温 度接近 103 ℃的磁体(当加热圆盘达到 103 ℃时,这样的磁体磁性 很弱,所产生的磁力比重力小,在重力和弹簧拉力作用下磁体下落.于 是带动电源开关切断电源).切断电源后温度下降,磁体的磁性逐步 恢复,为下一次使用作准备. 请思考:(1)电饭煲上不放饭锅时按下开关能否接通电源? (2)饭刚煮好时,立即按下开关能否接通电源? (3)你知道如何来定量描述磁场的强弱吗? 答案:(1)不放饭锅按下电源开关,不能接通电源. (2)饭刚煮好时,磁体的磁力比重力和弹簧拉力小,也不会使电源 接通,保证不会把饭烧焦. (3)磁感应强度 B.
学习 目标

重点 难点
激趣诱思
不用火药的炮 “炮”有很多种,我们熟悉的有鞭炮、钢炮、火炮等等,我们往往 都是把它和“火药”联系起来,因为现有绝大多数武器都是利用火药 产生的化学能推动射弹前进.到了 21 世纪,世界各国为增大武器射程 进行了不懈的努力.随着射程的增大,武器体积、重量急剧增加,机动 性能受到严重影响.增大射程的重要措施之一是提高初速.目前榴弹 炮的初速不足 900 m/s,最先进的坦克炮初速 2 km/s 已接近极限.当一 项技术同样多的投入所得到的回报越来越少时,那么就有另一种更 具有前途的系统来替代它.今天用电能代替化学能制成电能武器将 从根本上改变这种状况,它将带来兵器发展史上一场大革命.
三、
磁场对通电导线的作用
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1.知道安培力,能说出匀强磁场中影响通电导线所受安培力 大小和方向的因素. 2.理解磁感应强度 B 的定义式和物理意义.知道磁感应强度 的单位. 3.能用公式 F=BIL 进行安培力的简单计算. 4.了解电动机的工作原理,了解电动机在生产、生活中的应 用. 重点:磁感应强度的概念、安培力的大小和方向. 难点:磁感应强度概念的理解.
三、电动机 电动机在生产、 生活中有着广泛的应用,其原理就是通电导线在 磁场中受到安培力作用工作的.各种电动机都由定子和转子组成. 预习交流 3
如图所示,把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在蹄形磁铁之间, 盘的下边缘浸在液态水银中,把转轴和导电液体水银分别接在一直 流电源的两极上,铝盘就会转动起来.为什么?用什么方法可以改变 铝盘的转动方向? 答案:接通电源后,铝盘的轴心到下边缘之间有电流通过,它又处 在磁场中,在磁场力的作用下,它就会转动起来;要想改变铝盘的转动 方向,也就是通电导体的受力方向,有两种方法:可以改变铝盘中的电 流方向,也可以改变磁场的方向.
预习交流 2 大家都知道,电饭煲是一种能自动煮饭、 焖饭、 保温的家用电器. 性能良好的电饭煲应在 103 ℃时自动切断电源,这样既能把饭煮熟, 又不会烧焦.具有自动控制温度功能的元件是电饭煲底部的一块磁 体.在未放饭锅时,磁体被弹簧拉下,杠杆下移,触点开关分离,电热丝 处于断电状态(如图所示).放上饭锅后,锅底磁体的吸力使磁体带动 杠杆上升,这时触点开关闭合,电热丝通电工作.
预习交流 1 会动的铝箔“天桥” 如图所示,取一铝箔条,把它折成天桥形状,用胶纸粘牢两端,使 蹄形磁铁横跨过“天桥”.当电池与铝箔接通时,“天桥”会向上拱起;改 变电池的正负极接线,“天桥”会向下凹陷;将磁铁的 S 极、N 极交换 位置,“天桥”又会向上拱起.这个实验能说明什么问题?
铝箔“天桥”
答案:这个实验说明通电导线在磁场中会受力,受力的方向与磁 场方向以及电流的方向有关.
二、磁感应强度 1.一段通电直导线垂直放在磁场里所受的安培力与导线中的电 流和导线的长度的乘积的比值,叫磁感应强度,用公式表示为 B= , 其国际单位是特斯拉,简称特,符号 T. 2.磁感应强度是矢量,其方向表示磁场的方向,即小磁针静止时 N 极的指向,也是小磁针 N 极受磁场力的方向.
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一、 安培力
知识精要 1.定义:通电导体在磁场中受到的力称为安培力. 2.矢标性:安培力是矢量,既有大小又有方向. 3.大小:与导线放置位置有关. 同一通电导线,按不同方式放在同一磁场中,如图甲、乙、丙所 示,三种情况下,导线与磁场方向垂直时安培力最大,取为 Fmax;当导 线与磁场方向平行时,安培力最小,F=0;其他情况下,0<F<Fmax.