1、4通电导线在磁场中受到的力1知道什么是安培力知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直，它的方向由左手定则判断知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题2会用安培力公式FBIL解答有关问题.知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.3了解磁电式电流表的内部构造的原理教学目标【重点】安培力的方向确定和安培力大小的计算【难点】左手定则的运用(尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用)重点难点安培力的方向和大小是重点，弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是难点
2、安培力的方向一定与电流、磁感应强度方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度；当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力最大，对此学生常常混淆空间想象能力对本节学习至关重要，要使学生能够看懂立体图，熟悉各种角度的侧视图、俯视图和剖面图，需要一定的巩固训练建议用实验观察法、逻辑推理法、讲解法等教学方法.教学建议【导入一】复习引入让学生回忆在第二节中讲到的通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关教师讲述：我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫作安培力这节课我们对安培力作进一步的讨论新课导入【导入二】复习提问
3、：1磁感应强度是由什么决定的？答：磁感应强度是由产生磁场的电流的大小、分布和空间位置确定的2磁感应强度的定义式是什么？答：.3磁感应强度的定义式在什么条件下才成立？答：只有在通电直导线垂直磁场方向放入匀强磁场中，公式 才成立新课导入1、纪律是集体的面貌，集体的声音，集体的动作，集体的表情，集体的信念。2、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。3、反思自我时展示了勇气，自我反思是一切思想的源泉。4、在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。5、诚实比一切智谋更好，而且它是智谋的基本条件。6、做老师的只要有一次向学生撒谎撒漏了底，
4、就可能使他的全部教育成果从此为之失败。2023年1月2023-1-282023-1-282023-1-281/28/20237、凡为教者必期于达到不须教。对人以诚信，人不欺我;对事以诚信，事无不成。2023-1-282023-1-28January 28,20238、教育者，非为已往，非为现在，而专为将来。2023-1-282023-1-282023-1-282023-1-28新课导入4垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长L1 cm，通电电流I10 A，若它所受的磁场力F5 N，则该磁场的磁感应强度B是多少？答：因为通电导线垂直磁场方向放入匀强磁场，所以根据磁感应强度的定义式有 T50 T.5
5、若上题中通电导线平行磁场方向放入该磁场中，那么磁场的磁感应强度是多大？通电导线受到的磁场力是多少？答：当电流仍为I10 A，LB 时，该处磁感应强度不变，仍为B50 T，而通电导线所受磁场力F0.1.定义:人们把 在磁场中受到的力称为安培力.2.单位:牛顿,符号为N.3.大小:F=.4.左手定则:伸开左手,使拇指与其余四指垂直,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,这时所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.安培力知识必备知识点一通电导线BILsin 拇指1.磁电式电流表的构造和特点(1)构造:磁铁、软铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴.(2)特点:两极间的极靴和极
6、靴中间的铁质圆柱使极靴与圆柱间的磁场都沿 方向均匀分布,使线圈平面始终与磁感线,使表盘刻度.磁电式电流表知识必备知识点二半径平行均匀2.工作原理:如图3-4-1所示.当电流通过线圈时,线圈左、右两边所受的安培力的方向相反,于是架在轴上的线圈就要转动,通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形,反抗线圈的转动,从线圈偏转的角度就能判断通过的大小.根据指针的偏转方向,可以知道被测的方向.知识必备图3-4-1电流电流想一想 静电力与电场强度的方向在同一直线上,安培力和磁感应强度的方向也在同一直线上吗?怎样判定安培力的方向?学习互动安培力方向的判定考点一要点总结电流所受的安培力的方向既跟磁场的方向垂直,又跟电流的方
7、向垂直,所以安培力总是垂直于磁感线和通电导线所确定的平面.FB,FL,但L与B不一定垂直.学习互动学习互动例1画出图3-4-2中通电直导线A受到的安培力的方向.图3-4-2学习互动如图所示解析(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.甲乙学习互动(3)中由安培定则可判断出电流A处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电流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.丙丁想一想你知道电流天平和电流表的
8、工作原理吗?电流在磁场里的受力与哪些因素有关?学习互动安培力的计算考点二要点总结1.在磁感应强度为B的匀强磁场中,长为L的导线通入电流I:(1)若磁场和电流垂直,则F=BIL;(2)若磁场和电流平行,则F=0;2.公式中L指的是“有效长度”.弯曲导线的有效长度L等于连接两端点的线段的长度(如图3-4-3所示);相应的电流沿L由始端流向末端.学习互动图3-4-3学习互动例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向如图3-4-4所示,已知磁感应强度为B,对于各图中导线所受安培力的大小计算正确的是()图3-4-4学习互动答案 A解析 A图中,导线不和磁场垂直,将导线投影到垂
9、直磁场方向上,故F=BILcos,A正确;B图中,导线和磁场方向垂直,故F=BIL,B错误;C图中,导线和磁场方向垂直,故F=BIL,C错误;D图中,导线和磁场方向垂直,故F=BIL,D错误.学习互动例3半径为R的半圆形导线框放在如图3-4-5所示的匀强磁场中,电流大小为I,磁感应强度为B,则导线框所受的安培力为多大?图3-4-5学习互动答案 2BIRsin 解析 由于导线框的首尾相连的有向线段的长度为2R,且有向线段沿垂直于磁场方向上的投影为2Rsin,所以导线框所受的安培力为F=2BIRsin.想一想通电导体在安培力作用下怎样运动?有哪些方法可用来判断导体的运动情况?学习互动安培力作用下导
10、体的运动问题考点三要点总结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,在实际操作过程中,往往采用以下五种方法:学习互动学习互动电流元法把整段导线分为许多段直电流元,先用左手定则判断每段电流元受力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,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(如转过90角),然后判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向学习互动结论法两平行直线电流在
11、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;两不平行的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作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向（续表）学习互动例4如图3-4-6所示,将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方,直导线可自由转动,则接通开关S的瞬间()A.A端向上运动,B端向下运动,悬线张力不变B.A端向下运动,B端向上运动,悬线张力不变C.A端向纸外运动,B端向纸内运动,悬线张力变小D.A端向纸内运动,B端向纸外运动,悬线张
12、力变大图3-4-6学习互动答案 D解析 当开关S接通时,根据安培定则知电磁铁附近磁感线的分布如图所示,由左手定则知此时通电直导线A端受力指向纸内,B端受力指向纸外,故导线将转动,由特殊位置法知当导线转到与磁感线垂直时,整个导线受到的磁场力方向竖直向下,故悬线张力变大,D正确.学习互动例5 2018石家庄一中期中 如图3-4-7所示,在磁感应强度B=1.0 T、方向竖直向下的匀强磁场中有一个与水平面成=37角的平行导电滑轨,滑轨上垂直放置一个可以自由滑动的金属杆ab.已知接在滑轨中的电源电动势E=12 V,内阻不计,滑轨间距L=0.5 m,金属杆质量m=0.2 kg,杆与平行滑轨间的动摩擦因数=
13、0.5,不计滑轨与ab杆的电阻,g取10 m/s2.当接在滑轨上的变阻器R接入电路的阻值在什么范围内变化时,可以使ab杆在滑轨上保持静止?(sin 37=0.6,cos 37=0.8)图3-4-7学习互动答案 1.5 R16.5 解析 ab杆刚好不下滑时受力如图甲所示,设此时安培力为F1,变阻器接入电路的电阻为R1,根据平衡条件有FN1=mgcos+F1sin mgsin=FN1+F1cos 又F1=BI1L,I1=,解得R1=16.5 学习互动ab杆刚好不上滑时受力如图乙所示,设此时安培力为F2,变阻器接入电路的电阻为R2,根据平衡条件有FN2=mgcos+F2sin mgsin+FN2=F
14、2cos 又F2=BI2L,I2=解得R2=1.5 故1.5 R16.5.备用习题1.如图3412所示，两条导线相互垂直，但相隔一段距离其中AB固定，CD能自由运动，当直线电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将(从纸外向纸内看)()A顺时针方向转动同时靠近导线ABB逆时针方向转动同时离开导线ABC顺时针方向转动同时离开导线ABD逆时针方向转动同时靠近导线AB图3412备用习题备用习题2.如图3414所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则()A如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极B如果台秤的示数增大
15、，说明磁铁右端是北极C无论如何台秤的示数都不可能变化D以上说法都不正确图3414备用习题答案 B解析 b带电后，由于静电感应，a的近端和远端分别出现等量的负电荷和正电荷，b对a的吸引作用大于排斥作用，故b先吸引a，a、b接触后带同种电荷，相互排斥，选项B正确 备用习题3.(多选)已知质量为m的通电细杆ab与导轨间的动摩擦因数为，有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图3415所示图3416是它的四个侧视图，则图中四种可能的匀强磁场方向，其中能使杆ab与导轨之间的摩擦力为零的是()图3415ABCD图3416备用习题答案 AB解析 用左手定则判断各图中通电细杆所受的安培力的方向，再判断通电细杆所受的
16、合力可知，选项A、B正确自我检测1.(左手定则应用)如图348所示,表示磁场对直线电流的作用力示意图中正确的是()答案.A解析 应用左手定则,A中安培力竖直向上,A正确;B中导线不受安培力,C中安培力竖直向上,D中安培力垂直纸面向外,B、C、D错误.图348自我检测2.(等效长度的理解)如图3-4-9所示,长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B.当在该导线中通以大小为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为()答案 C解析 V形导线通入电流I时,每条边受到的安培力大小均为BIl,方向分别垂直于导线斜向上,再由平行四边形定则可得其
17、合力F=BIl,选项C正确.图3-4-9A.0B.BIlC.BIlD.2BIl自我检测3.(安培力作用下的平衡问题)如图3-4-10所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向的夹角均为.如果仅改变下列某一个条件,角的相应变化情况正确的是()A.棒中的电流变大,则角变大B.两悬线等长变短,则角变小C.金属棒质量变大,则角变大D.磁感应强度变大,则角变小图3-4-10自我检测答案 A解析 以MN为研究对象,受力分析如图所示,根据平衡条件有tan=,由该式知,金属棒中的电流变大,则角变大,A正确;两悬线变短,不影响平衡状态,
18、则角不变,B错误;金属棒质量变大,则角变小,C错误;磁感应强度变大,则角变大,D错误.自我检测4.(安培力作用下的运动问题)最近研制出一种可以投入使用的电磁轨道炮,其原理如图3-4-11所示,炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间,并与导轨内壁密接,开始时炮弹静止在导轨的一端,通以电流后炮弹会被磁场力加速,最后从位于导轨另一端的出口高速射出.设两导轨之间的距离d=0.10 m,导轨长L=5.0 m,炮弹质量m=0.30 kg,导轨上的电流I的方向如图中箭头所示.可认为,炮弹在轨道内运动时,它所在处磁场的磁感应强度始终为B=2.0 T,方向垂直于纸面向里.若炮弹在出口处的速度为v=2.0103 m/s,忽略摩擦力与重力的 影响以及发射过程中电流产生的焦耳热,试求:(1)通过导轨的电流I;(2)发射过程中电源的最大输出功率P.图3-4-11自我检测答案(1)6.0105 A(2)2.4108 W解析(1)炮弹的加速度为a=,炮弹做匀加速运动,有v2=2aL解得I=6.0105 A.(2)电源的最大输出功率P=BIdv=2.4108 W.
