《磁場對電流的作用》PPT課件.ppt
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,磁場對電流的作用,要點疑點考點,課前熱身,能力思維方法,延伸拓展,要點疑點考點,一、安培力1.安培力:通電導線在磁場中受到的作用力叫安培力.【說明】磁場對通電導線中定向移動的電荷有力的作用,磁場對這些定向移動電荷作用力的宏觀表現(xiàn)即為安培力.,要點疑點考點,2.安培力的計算公式:F=BILsin;通電導線與磁場方向垂直時,即=900,此時安培力有最大值;通電導線與磁場方向平行時,即=00,此時安培力有最小值,F(xiàn)min=0N;090時,安培力F介于0和最大值之間.,要點疑點考點,3.安培力公式的適用條件;一般只適用于勻強磁場;導線垂直于磁場;L為導線的有效長度,即導線兩端點所連直線的長度,相應的電流方向沿L由始端流向末端;如圖11-2-1所示,幾種有學長度;,圖11-2-1,要點疑點考點,安培力的作用點為磁場中通電導體的幾何中心;根據(jù)力的相互作用原理,如果是磁體對通電導體有力的作用,則通電導體對磁體有反作用力.【說明】安培力的計算只限于導線與B垂直和平行的兩種情況.,要點疑點考點,二、左手定則1.通電導線所受的安培力方向和磁場B的方向、電流方向之間的關系,可以用左手定則來判定.2.用左手定則判定安培力方向的方法:伸開左手,使拇指跟其余的四指垂直且與手掌都在同一平面內(nèi),讓磁感線垂直穿入手心,并使四指指向電流方向,這時手掌所在平面跟磁感線和導線所在平面垂直,大拇指所指的方向就是通電導線所受安培力的方向.,要點疑點考點,3.安培力F的方向既與磁場方向垂直,又與通電導線方向垂直,即F總是垂直于磁場與導線所決定的平面.但B與I的方向不一定垂直.4.安培力F、磁感應強度B、電流I三者的關系已知I、B的方向,可惟一確定F的方向;已知F、B的方向,且導線的位置確定時,可惟一確定I的方向;已知F、I的方向時,磁感應強度B的方向不能惟一確定.,課前熱身,1.下列關于通電直導線在勻強磁場中受安培力的說法,正確的有(AB)A.安培力的方向與磁場方向垂直,同時又與電流方向垂直B.若某段導線在磁場中取某一方向時受到的磁場力最大,此時導線必與磁場方向垂直C.若導線受到的磁場力為0,導線所在處的磁感應強度必為0D.安培力的大小只跟磁場的強弱和電流有關,課前熱身,2.一根通有電流的直銅棒用軟導線掛在如圖11-2-2所示的勻強強場中,此時懸線中的張力大小小于銅棒的重力,欲使懸線中張力變?yōu)?,可采用的方法是(AC),圖11-2-2,課前熱身,A.保持原磁場不變,適當增大電流且方向不變B.使電流反向,并適當減弱磁場C.電流大小、方向不變,適當增強磁場D.使磁場反向,適當增大電流并反向,課前熱身,3.畫出圖11-2-3中通電導線棒ab所受的各個力的方向(在方框中畫).若導線長為L,通過電流為I,磁感應強度為B,寫出安培力的大小(摩擦不計).,圖11-2-3,課前熱身,4.如圖11-2-4所示,給一根松弛的導體線圈中通上電流,線圈將會(A)A.縱向收縮,徑向膨脹B.縱向伸長,徑向膨脹C.縱向伸長,徑向收縮D.縱向收縮,徑向收縮,能力思維方法,【例1】關于磁感應強度的概念,以下說法中正確的有(B)A.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應強度B一定等于F/ILB.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應強度B可能大于或等于F/ILC.磁場中電流元受力大的地方,磁感應強度一定大D.磁場中某點磁感應強度的方向,與電流元在此點的受力方向相同,能力思維方法,【解析】對于B=F/IL來說,該公式僅是定義式,并不是決定式,磁感應強度B的大小和方向是由磁場決定的,與電流的大小和方向,甚至于有無電流均無關.其次它有其適用條件,即在勻強磁場中,電流的方向與磁場垂直時,該公式才適用,在此種情況下,安培力、磁感應強度、電流三者的方向是兩兩垂直的,且此時安培力F也為定值電流在某勻強磁場中所受的最大值,否則應當以B=F/ILsina來計算.故答案為B項.,能力思維方法,【解題回顧】此類問題的關鍵并不是安培力的大小和方向的確定,而是對物體的受力分析和運動分析,并結合動力學知識綜合考慮,將看似電學的問題轉(zhuǎn)化為力學問題.,能力思維方法,【例2】如圖11-2-5(a),相距20cm的兩根光滑平行銅導軌,導軌平面傾角為a=370,上面放著質(zhì)量為80g的金屬桿ab,整個裝置放在B=0.2T的勻強磁場中.(1)若磁場方向豎直向下,要使金屬桿靜止在導軌上,必須通以多大的電流.(2)若磁場方向垂直斜面向下,要使金屬桿靜止在導軌上,必須通以多大的電流。,能力思維方法,【解析】此類問題的共性是先畫出側視圖,并進行受力分析.如圖所示11-2-5(b)由平衡條件得(1)F=BIL=mgtanaI=mgtana/BL=15A(2)當磁場垂直斜面向下時F=BIL=mgsinaI=mgsina/BL=12A,能力思維方法,【解題回顧】學生要明確在該題中最后結果并不是很重要,相比而言,此題中的處理問題的方法卻是重點,即要先以側視的方式畫出受力圖,切記.,能力思維方法,【例3】如圖11-2-6所示,在同一水平面上的兩導軌相互平行,并處在豎直向上的勻強磁場中,一根質(zhì)量為3.6kg,有效長度為2m的金屬棒放在導軌上,當金屬棒中的電流為5A時,金屬棒做勻速運動;當金屬棒中的電流增加到8A時,金屬棒的加速度為2m/s2,求磁場的磁感強度.,能力思維方法,【解析】在求解加速度問題中首要問題是受力分析并求解合外力,并以圖示.本題的宗旨是要求學生對導體進行受力分析并結合牛頓第二定律.,能力思維方法,此題中電流的方向?qū)Y果并不影響,可假設,如圖所示為其側面受力圖:兩種情況受力方向是相同的.初態(tài)時有F合=F1-mg=0末態(tài)時有F合=F2-mg=ma且F1=BI1L、F2=BI2L聯(lián)立方程解得B=1.2T,能力思維方法,【例4】如圖11-2-7所示,把一重力不計的通電導線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方,導線可以自由轉(zhuǎn)動,當導線通入圖示方向電流I時,導線的運動情況是(從上往下看)(A),能力思維方法,A.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降;B.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時上升;C.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降;D.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時上升;,能力思維方法,【解析】本題主要用電流元法和特殊位置法,即在N、S上方,均在電流上選取一段微小電流,分析其受力,以確定導線的轉(zhuǎn)動,再將電流轉(zhuǎn)到特殊位置時再確定其平動.【解題回顧】定性判斷通電導線或線圈在安培力作用下的運動問題:主要方法:(1)電流元法;(2)特殊位置法;(3)等效法;(4)利用結論法;,能力思維方法,【例5】如圖11-2-8所示,條形磁鐵放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根長直導線,導線與磁鐵垂直,給導線通以垂直紙面向外的電流,則(A),能力思維方法,A.磁鐵對桌面壓力減小,不受桌面的摩擦力作用;B.磁鐵對桌面壓力減小,受到桌面的摩擦力作用C.磁鐵對桌面壓力增大,不受桌面的摩擦力作用D.磁鐵對桌面壓力增大,受到桌面的摩擦力作用,能力思維方法,【解析】本題中,并不急于分析受力,其步驟是先確定電流所在位置的磁場,再分析其受力,這并不難.特殊的是最終要根據(jù)相互作用的原理以確定磁體的受力得出最終結果.,延伸拓展,【例6】根據(jù)磁場對電流會產(chǎn)生作用力的原理,人們研制出一種新型的發(fā)射炮彈的裝置電磁炮,其原理如圖11-2-9所示,把待發(fā)射的炮彈(導體)放置在強磁場中的兩平行導軌上,給導軌通入大電流,使炮彈作為一個載流導體在磁場作用下沿導軌加速運動,并以某一速度發(fā)射出去,試判斷圖中炮彈的受力方向,如果想提高某種電磁炮的發(fā)射速度,理論上可怎么辦?,圖11-2-9,延伸拓展,【解析】此題的物理模型實際是通電導體受安培力作用并做功.導體所受安培力大小為F=BIL,方向水平向右,在安培力作用下,導體做勻加速直線運動:用動能定理得:BILs=mv2/2其中s、m、v分別為導軌長度、炮彈彈體質(zhì)量、炮彈出膛速度.所以v=,即可以通過增強磁場、加大電流、增寬導軌間距、加長導軌長度、減少炮彈體質(zhì)量來提高炮彈出膛速度.,延伸拓展,【例7】如圖11-2-10所示,兩根平行光滑軌道水平放置,相互間隔d=0.1m,質(zhì)量為m=3g的金屬棒置于軌道一端.勻強磁場B=0.1T,方向豎直向下,軌道平面距地面高度h=0.8m,當接通開關S時,金屬棒由于受磁場力作用而被水平拋出,落地點水平距離s=2m,求接通S瞬間,通過金屬棒的電量.,圖11-2-10,延伸拓展,【解析】此題導體運動的過程實際上分為兩個,一是加速度過程,此過程中牽涉到安培力的問題;二是平拋運動,該運動學生較為熟悉.而問題的關鍵在兩種運動連結點上的速度,此速度可以說是承上啟下.先由平拋運動確定其平拋初速度:h=gt/2、s=vt解得:v=5m/s而該速度亦為水平加速的末速此后的問題可用動量定理來求解:即:BILt=mv且q=It=mv/BL=1.5C,延伸拓展,【解題回顧】對于短時間內(nèi)的打擊或沖擊問題是動量定理最應當優(yōu)先考慮的,而在此題中似乎并無電量問題,但有電流,電流與電量的關系中恰好有時間關系,即要考慮力的時間作用效果,綜合上述內(nèi)容,故考慮用動量定理.,- 配套講稿:
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