探究磁场对电流的作用 PPT课件
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tanθ tan37°
【答案】 0.8 N
变式训练 如图6－1－12所示，ab、cd为两根相距0.2 m的 平行金属导轨，水平放置在垂直纸面向里的匀强 磁场中，质量为0.3 kg的通电导体棒MN静止于水 平导轨上，通以5 A的电流时，轻轻推动棒，棒 沿导轨做匀速运动；当棒中电流增加到8 A时， 棒能获得2 m/s2的加速度，则匀强磁场的磁感应 强度的大小为多少？
图6－1－9
【精讲精析】 (1)根据图6－1－7所示的导
线在蹄形磁铁正上方时的特殊位置判断其转动 情况．将导线AB从N、S极的中间O分成两段， 如图6－1－8所示．由左手定则可得AO段受安 培力方向垂直于纸面向外，即A端垂直纸面向 外运动．BO段受安培力的方向垂直纸面向里， 即B端垂直纸面向里运动．可见从上向下看， 导线AB将绕O点逆时针转动． (2)再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上 下运动情况．如图6－1－9所示，导线AB此时 受安培力方向竖直向下，导线将向下运动．
成混乱．
(2)应用左手定则判断方向时，一定要搞清四手、 大拇指、手掌、掌心的放置及相应功能．
安培力作用下导体运动的判断
例2 如图6－1－7所示，把一通电直导线放在蹄 形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导 线中通以如图所示方向的电流I时，试判断导线 的运动情况？(从上向下看)
图6－1－7
图6－1－8
下，改变通电导线在磁场中的长度，探究通电导 线的__长__度______对安培力的影响．
[结论] 研究表明，在匀强磁场中，当通电导 线与磁场_垂__直___时，通电导线所受的安培力最 大，等于_磁__感__应__强__度__B_____、电流I和导线长度 l的乘积，公式为F＝_B_I_l______. 3．左手定则：判断安培力的方向，伸开左手，
(即时突破，小试牛刀) 2．如图6－1－4所示，表示磁场方向、电流 方向及导线受力方向正确的图是( )
图6－1－4 解析：选A.磁场方向和电流方向垂直时，安 培力方向、磁场方向和电流方向三者是两两 垂直的，满足左手定则．
三、安培力作用下导体运动方向的判断 1．分析通电导线在安培力作用下运动情况的一 般步骤：(1)画出通电导线所在处的磁感线方向及 分布情况；(2)用左手定则确定各段通电导线所受 安培力；(3)据初速度方向结合牛顿运动定律确定
图6－1－6
【精讲精析】 对安培力大小的计算可利用F＝ BILsinθ其中θ为电流方向与磁场方向的夹角，其 方向的判断可利用左手定则，故题目中(1)B∥I， 不受安培力；(2)B⊥I，F＝BIL＝0.02 N由左手 定则知安培力方向水平向右；(3)B与I成150°角 F＝BILsinθ＝0.01 N，由左手定则知F方向垂直 纸面向里．(4)B⊥I，F＝BIL＝0.02 N方向垂直 导线斜向左上方．
(3)由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在 上述的特殊位置时，所受安培力使AB逆时针转 动的同时还要向下运动．(从上向下看) 【答案】 从上向下看，导线逆时针转动的同时 向下运动． 【方法总结】 判断安培力作用下物体的运动方 向时，要根据具体问题选择合适的判断方法，有 时要多种方法联合应用．利用电流元法分析时， 要在合适的位置选取电流元；利用等效法分析时， 要注意环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可 等效为条形磁铁．
将立体图转 对导体棒 【思路点拨】 化为平面图 ⇒ 受力分析 ⇒
根据状态 列方程
【自主解答】 以导体棒为研究对象，受力 分析，将立体图用平面图的形式画出，如图6 －1－11所示．
图6－1－11
竖直方向上： Ncosθ＝m g， 水平方向上： Nsinθ＝F 根据安培力公式有：F＝BIL 三式联立得： mg＝ BIL ＝0.6×5×0.2 N＝0.8 N.
3．由于B、I、F的方向关系在三维立体空间中， 所以解决该类问题时，应具有较好的空间想像 力．如果是在立体图中，还要善于把立体图转 换成平面图． 特别提醒：(1)F⊥I，F⊥B，但B与I不一定垂 直． (2)要明确左、右手的使用：导线在磁场中 “因电而动”(受安培力)用左手；导线“因电生 磁”用右手．
2．电流计工作原理 (1)
图6－1－1
构造(如图6－1－1)：圆柱形铁芯固定于_蹄__形__ __磁__铁_两__极______间，铁芯外面套有缠绕着线圈并 可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝． (2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力 作用而转动，线圈的转动使游丝扭转形变，产生
阻碍线圈转动的力矩．当安培力产生的转动与游
图6－1－2 特别提醒：(1)公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夹 角． (2)公式中的l可以理解为垂直于磁场方向的“有效 长度”．
(即时突破，小试牛刀) 1．如图6－1－3所示，在匀强磁场中放有下 列各种形式的通电导线，电流为I，磁感应强 度为B.求各导线所受到的安培力的大小．
图6－1－3
【答案】 (1)F安＝0 (2)F安＝BIL＝0.02 N， 方向：水平向右 (3)F安＝BILsinθ＝0.01 N， 方向：垂直纸面向里 (4)F安＝BIL＝0.02 N， 方向：垂直导线斜向左上方
【方法总结】 (1)公式F＝ILBsin θ中的θ是指 导线与磁场方向的夹角，可以将Lsinθ理解为导 线沿磁场方向的投影长度，不要乱分解B，造
图6－1－12
解析：当通以 5 A 的电流时 I1LB－f＝0① 当棒中电流增加到 8 A 时 I2LB－ f＝m a② 把 L＝0.2 m，m＝0.3 kg，I1＝5 A，I2＝8 A， a＝2 m/s2 代入①②解得 B＝1 T.
答案：1 T
可以互相讨论下，但要小声点
核心要点突破
一、安培力大小的计算 1．当电流方向与磁场方向垂直时，F＝IlB. 当电流方向与磁场方向不垂直时，F＝ IlBsinθ(θ是I和B之间的夹角)． 当通电导线的方向和磁场方向平行(θ＝0°或θ ＝ 180°) 时 ， 安 培 力 最 小 ， 等 于 零 ； 当 θ ＝ 90°时，安培力最大F＝IlB. 2．计算时应注意的问题
第 1
课前自主学案
节
探
究
核心要点突破
磁
场
对
课堂互动讲练
电
流
ห้องสมุดไป่ตู้
的
知能优化训练
作
用
课前自主学案
一、科学探究——安培力 1．安培力：物理学上把磁场对_电__流_____的作用力 叫安培力． 2．实验探究安培力与哪些因素有关 [实验器材] 电磁铁、蹄形磁铁、直导线、电源、 开关等． 怎样改变电磁铁的磁场强弱？改变电磁铁线圈中 的_电__流____． 怎样改变导线在磁场中的长度？将相同的 ___蹄__形__磁__铁_______并排放置，增加磁场的宽度， 就可以很方便地改变电流在磁场中的长度．
安培力作用下的力学综合问题 例3 (2011年三明高二质检)一根长为0.2 m的 金属棒放在倾角为θ＝37°的光滑斜面上，并 通以I＝5 A电流，方向如图6－1－10所示，整 个装置放在磁感应强度为B＝0.6 T、竖直向上 的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则 该棒的重力为多少？
图6－1－10
[实验方案] 在导线与磁场垂直的前提下，利用
控制变量法研究安培力跟哪些因素有关． (1)接通电路，在通电导线长度和电流不变的情
况下，改变电磁铁中的电流强弱和方向，探究磁 感应强度的__大__小___和__方__向___对安培力的影响． (2)在磁感应强度和通电导线在磁场中的长度不
变的情况下，改变电流的大小和方向，探究电流 的___大__小___和__方__向_____对安培力的影响． (3)在磁感应强度与电流大小和方向不变的情况
解析：甲图中 F 甲＝BILcosα；乙图中 F 乙＝ BIL；丙图中 F 丙＝ 2BIL，此时 abc 的有效 长度为 ac 的长度；丁图中 F 丁＝2BIR，此时 半圆形导线的有效长度为直径 2R；戊图中闭 合线圈所受安培力为零，故 F 戊＝0.
答案：见解析
二、安培力方向的判断方法 1．安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方 向所决定的平面，在判断安培力方向时首先确 定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培 力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定 则判断出安培力的具体方向． 2．已知I、B的方向，可惟一确定F的方向；已 知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一 确定I的方向；已知F、I的方向时，磁感应强度 B的方向不能惟一确定．
导线的运动情况． 2．分析判断的常用方法
特别提醒：不管是电流还是磁体，对通电导 线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须 要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后 结合左手定则准确判断导线的受力情况或将 要发生的运动．
(即时突破，小试牛刀) 3.如图6－1－5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，当线圈内通入图示方向 的电流后，则线圈( )
第1节 探究磁场对电流的作用
课标定位
学习目标：1.知道安培力的定义，会用F＝IlB 计算B与I垂直情况下的安培力． 2．掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的 方向． 3．知道电流表的基本构造和基本原理． 4．通过观察实验现象，体会控制变量法在科学 研究中的作用． 重 点 难 点 ： 1. 安 培 力 大 小 的 计 算 及 方 向 的 判 断． 2．会解决与安培力相关的力学问题．
丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针停留在某一 刻度．_电__流__越大，_安__培__力_就越大， __指__针__偏__角_____就越大．
思考感悟
放在电场中的电荷受电场力的作用，放在磁 场中的通电导线或线圈一定受力的作用吗？ 提示：不一定，若通电导线或线圈与磁场方 向平行，则不受力的作用．
大家有疑问的，可以询问和交流
让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一个平 面内， 让_磁__感__线___ 垂直穿过手 心 ，四 指指向 _电__流_____ 方 向 ， 那 么 ， 拇 指 所 指 方 向 即 为 _通__电__导__线____在磁场中的受力方向． 二、安培力就在你身边
1 ． 应 用 ： 电 流 表 、电__动__机______ 等 都 是 安 培 力 的应用．
(1)公式F＝IlBsinθ一般适用于匀强磁场，对于 非匀强磁场一般只适用于很短的导体，但对某 些特殊情况仍适用，比如两平行直导体间的安 培力． (2)若导线是弯曲的，此时公式F＝IlBsinθ中的l 并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有 效长度”．它等于连接导线两端点直线的长度 (如图6－1－2所示)，相应的电流方向沿两端点 连线由始端流向末端．
图6－1－5
A．向左运动
B．向右运动
C．静止不动
D．无法确定
解析：选A.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．
课堂互动讲练
安培力大小和方向的分析 例1 (2011年厦门高二检测)将长为20 cm通有 0.1 A电流的直导线按不同方式放入一匀强磁 场中，电流与磁场的方向如图6－1－6所示， 已知磁感应强度为1 T，试求出如图6－1－6所 示中导线所受安培力的大小和方向．
【答案】 0.8 N
变式训练 如图6－1－12所示，ab、cd为两根相距0.2 m的 平行金属导轨，水平放置在垂直纸面向里的匀强 磁场中，质量为0.3 kg的通电导体棒MN静止于水 平导轨上，通以5 A的电流时，轻轻推动棒，棒 沿导轨做匀速运动；当棒中电流增加到8 A时， 棒能获得2 m/s2的加速度，则匀强磁场的磁感应 强度的大小为多少？
图6－1－9
【精讲精析】 (1)根据图6－1－7所示的导
线在蹄形磁铁正上方时的特殊位置判断其转动 情况．将导线AB从N、S极的中间O分成两段， 如图6－1－8所示．由左手定则可得AO段受安 培力方向垂直于纸面向外，即A端垂直纸面向 外运动．BO段受安培力的方向垂直纸面向里， 即B端垂直纸面向里运动．可见从上向下看， 导线AB将绕O点逆时针转动． (2)再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上 下运动情况．如图6－1－9所示，导线AB此时 受安培力方向竖直向下，导线将向下运动．
成混乱．
(2)应用左手定则判断方向时，一定要搞清四手、 大拇指、手掌、掌心的放置及相应功能．
安培力作用下导体运动的判断
例2 如图6－1－7所示，把一通电直导线放在蹄 形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导 线中通以如图所示方向的电流I时，试判断导线 的运动情况？(从上向下看)
图6－1－7
图6－1－8
下，改变通电导线在磁场中的长度，探究通电导 线的__长__度______对安培力的影响．
[结论] 研究表明，在匀强磁场中，当通电导 线与磁场_垂__直___时，通电导线所受的安培力最 大，等于_磁__感__应__强__度__B_____、电流I和导线长度 l的乘积，公式为F＝_B_I_l______. 3．左手定则：判断安培力的方向，伸开左手，
(即时突破，小试牛刀) 2．如图6－1－4所示，表示磁场方向、电流 方向及导线受力方向正确的图是( )
图6－1－4 解析：选A.磁场方向和电流方向垂直时，安 培力方向、磁场方向和电流方向三者是两两 垂直的，满足左手定则．
三、安培力作用下导体运动方向的判断 1．分析通电导线在安培力作用下运动情况的一 般步骤：(1)画出通电导线所在处的磁感线方向及 分布情况；(2)用左手定则确定各段通电导线所受 安培力；(3)据初速度方向结合牛顿运动定律确定
图6－1－6
【精讲精析】 对安培力大小的计算可利用F＝ BILsinθ其中θ为电流方向与磁场方向的夹角，其 方向的判断可利用左手定则，故题目中(1)B∥I， 不受安培力；(2)B⊥I，F＝BIL＝0.02 N由左手 定则知安培力方向水平向右；(3)B与I成150°角 F＝BILsinθ＝0.01 N，由左手定则知F方向垂直 纸面向里．(4)B⊥I，F＝BIL＝0.02 N方向垂直 导线斜向左上方．
(3)由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在 上述的特殊位置时，所受安培力使AB逆时针转 动的同时还要向下运动．(从上向下看) 【答案】 从上向下看，导线逆时针转动的同时 向下运动． 【方法总结】 判断安培力作用下物体的运动方 向时，要根据具体问题选择合适的判断方法，有 时要多种方法联合应用．利用电流元法分析时， 要在合适的位置选取电流元；利用等效法分析时， 要注意环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可 等效为条形磁铁．
将立体图转 对导体棒 【思路点拨】 化为平面图 ⇒ 受力分析 ⇒
根据状态 列方程
【自主解答】 以导体棒为研究对象，受力 分析，将立体图用平面图的形式画出，如图6 －1－11所示．
图6－1－11
竖直方向上： Ncosθ＝m g， 水平方向上： Nsinθ＝F 根据安培力公式有：F＝BIL 三式联立得： mg＝ BIL ＝0.6×5×0.2 N＝0.8 N.
3．由于B、I、F的方向关系在三维立体空间中， 所以解决该类问题时，应具有较好的空间想像 力．如果是在立体图中，还要善于把立体图转 换成平面图． 特别提醒：(1)F⊥I，F⊥B，但B与I不一定垂 直． (2)要明确左、右手的使用：导线在磁场中 “因电而动”(受安培力)用左手；导线“因电生 磁”用右手．
2．电流计工作原理 (1)
图6－1－1
构造(如图6－1－1)：圆柱形铁芯固定于_蹄__形__ __磁__铁_两__极______间，铁芯外面套有缠绕着线圈并 可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝． (2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力 作用而转动，线圈的转动使游丝扭转形变，产生
阻碍线圈转动的力矩．当安培力产生的转动与游
图6－1－2 特别提醒：(1)公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夹 角． (2)公式中的l可以理解为垂直于磁场方向的“有效 长度”．
(即时突破，小试牛刀) 1．如图6－1－3所示，在匀强磁场中放有下 列各种形式的通电导线，电流为I，磁感应强 度为B.求各导线所受到的安培力的大小．
图6－1－3
【答案】 (1)F安＝0 (2)F安＝BIL＝0.02 N， 方向：水平向右 (3)F安＝BILsinθ＝0.01 N， 方向：垂直纸面向里 (4)F安＝BIL＝0.02 N， 方向：垂直导线斜向左上方
【方法总结】 (1)公式F＝ILBsin θ中的θ是指 导线与磁场方向的夹角，可以将Lsinθ理解为导 线沿磁场方向的投影长度，不要乱分解B，造
图6－1－12
解析：当通以 5 A 的电流时 I1LB－f＝0① 当棒中电流增加到 8 A 时 I2LB－ f＝m a② 把 L＝0.2 m，m＝0.3 kg，I1＝5 A，I2＝8 A， a＝2 m/s2 代入①②解得 B＝1 T.
答案：1 T
可以互相讨论下，但要小声点
核心要点突破
一、安培力大小的计算 1．当电流方向与磁场方向垂直时，F＝IlB. 当电流方向与磁场方向不垂直时，F＝ IlBsinθ(θ是I和B之间的夹角)． 当通电导线的方向和磁场方向平行(θ＝0°或θ ＝ 180°) 时 ， 安 培 力 最 小 ， 等 于 零 ； 当 θ ＝ 90°时，安培力最大F＝IlB. 2．计算时应注意的问题
第 1
课前自主学案
节
探
究
核心要点突破
磁
场
对
课堂互动讲练
电
流
ห้องสมุดไป่ตู้
的
知能优化训练
作
用
课前自主学案
一、科学探究——安培力 1．安培力：物理学上把磁场对_电__流_____的作用力 叫安培力． 2．实验探究安培力与哪些因素有关 [实验器材] 电磁铁、蹄形磁铁、直导线、电源、 开关等． 怎样改变电磁铁的磁场强弱？改变电磁铁线圈中 的_电__流____． 怎样改变导线在磁场中的长度？将相同的 ___蹄__形__磁__铁_______并排放置，增加磁场的宽度， 就可以很方便地改变电流在磁场中的长度．
安培力作用下的力学综合问题 例3 (2011年三明高二质检)一根长为0.2 m的 金属棒放在倾角为θ＝37°的光滑斜面上，并 通以I＝5 A电流，方向如图6－1－10所示，整 个装置放在磁感应强度为B＝0.6 T、竖直向上 的匀强磁场中，金属棒恰能静止在斜面上，则 该棒的重力为多少？
图6－1－10
[实验方案] 在导线与磁场垂直的前提下，利用
控制变量法研究安培力跟哪些因素有关． (1)接通电路，在通电导线长度和电流不变的情
况下，改变电磁铁中的电流强弱和方向，探究磁 感应强度的__大__小___和__方__向___对安培力的影响． (2)在磁感应强度和通电导线在磁场中的长度不
变的情况下，改变电流的大小和方向，探究电流 的___大__小___和__方__向_____对安培力的影响． (3)在磁感应强度与电流大小和方向不变的情况
解析：甲图中 F 甲＝BILcosα；乙图中 F 乙＝ BIL；丙图中 F 丙＝ 2BIL，此时 abc 的有效 长度为 ac 的长度；丁图中 F 丁＝2BIR，此时 半圆形导线的有效长度为直径 2R；戊图中闭 合线圈所受安培力为零，故 F 戊＝0.
答案：见解析
二、安培力方向的判断方法 1．安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方 向所决定的平面，在判断安培力方向时首先确 定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培 力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定 则判断出安培力的具体方向． 2．已知I、B的方向，可惟一确定F的方向；已 知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一 确定I的方向；已知F、I的方向时，磁感应强度 B的方向不能惟一确定．
导线的运动情况． 2．分析判断的常用方法
特别提醒：不管是电流还是磁体，对通电导 线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须 要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后 结合左手定则准确判断导线的受力情况或将 要发生的运动．
(即时突破，小试牛刀) 3.如图6－1－5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，当线圈内通入图示方向 的电流后，则线圈( )
第1节 探究磁场对电流的作用
课标定位
学习目标：1.知道安培力的定义，会用F＝IlB 计算B与I垂直情况下的安培力． 2．掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的 方向． 3．知道电流表的基本构造和基本原理． 4．通过观察实验现象，体会控制变量法在科学 研究中的作用． 重 点 难 点 ： 1. 安 培 力 大 小 的 计 算 及 方 向 的 判 断． 2．会解决与安培力相关的力学问题．
丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针停留在某一 刻度．_电__流__越大，_安__培__力_就越大， __指__针__偏__角_____就越大．
思考感悟
放在电场中的电荷受电场力的作用，放在磁 场中的通电导线或线圈一定受力的作用吗？ 提示：不一定，若通电导线或线圈与磁场方 向平行，则不受力的作用．
大家有疑问的，可以询问和交流
让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一个平 面内， 让_磁__感__线___ 垂直穿过手 心 ，四 指指向 _电__流_____ 方 向 ， 那 么 ， 拇 指 所 指 方 向 即 为 _通__电__导__线____在磁场中的受力方向． 二、安培力就在你身边
1 ． 应 用 ： 电 流 表 、电__动__机______ 等 都 是 安 培 力 的应用．
(1)公式F＝IlBsinθ一般适用于匀强磁场，对于 非匀强磁场一般只适用于很短的导体，但对某 些特殊情况仍适用，比如两平行直导体间的安 培力． (2)若导线是弯曲的，此时公式F＝IlBsinθ中的l 并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有 效长度”．它等于连接导线两端点直线的长度 (如图6－1－2所示)，相应的电流方向沿两端点 连线由始端流向末端．
图6－1－5
A．向左运动
B．向右运动
C．静止不动
D．无法确定
解析：选A.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．
课堂互动讲练
安培力大小和方向的分析 例1 (2011年厦门高二检测)将长为20 cm通有 0.1 A电流的直导线按不同方式放入一匀强磁 场中，电流与磁场的方向如图6－1－6所示， 已知磁感应强度为1 T，试求出如图6－1－6所 示中导线所受安培力的大小和方向．