第第4 4节通电导线在磁场中受到的力节通电导线在磁场中受到的力( (教师参考教师参考) )一、教学目标一、教学目标知识与技能知识与技能1.1.知道什么是安培力知道什么是安培力, ,会推导安培力公式会推导安培力公式F=F=ILBsinILBsin 2.2.知道左手定则的内容知道左手定则的内容, ,并会用它判断安培力的方向并会用它判断安培力的方向3.3.了解磁电式电流表的工作原理了解磁电式电流表的工作原理过程与方法过程与方法通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系左左手定则手定则情感态度与价值观情感态度与价值观1.1.通过推导一般情况下安培力的公式通过推导一般情况下安培力的公式F=F=ILBsinILBsin , ,使学生形成认识事物使学生形成认识事物规律要抓住一般性的科学方法规律要抓住一般性的科学方法2.2.通过了解磁电式电流表的工作原理通过了解磁电式电流表的工作原理, ,感受物理知识的相互联系感受物理知识的相互联系二、教学重点难点二、教学重点难点教学重点教学重点安培力的大小计算和方向的判定安培力的大小计算和方向的判定教学难点教学难点用左手定则判定安培力的方向用左手定则判定安培力的方向三、重难点突破方略三、重难点突破方略安培力方向的突破方略安培力方向的突破方略【思考与讨论思考与讨论】 安培力的方向与什么因素有关呢安培力的方向与什么因素有关呢? ?让学生自由发挥让学生自由发挥, ,教师引导学生重点教师引导学生重点从如下几个方面思考从如下几个方面思考:(1):(1)安培力的方向与电流的什么有关安培力的方向与电流的什么有关?(2)?(2)安培力的方向与磁场的什么安培力的方向与磁场的什么有关有关? ?学生学生: :安培力的方向与导体中电流的方向、磁场方向有关安培力的方向与导体中电流的方向、磁场方向有关? ?教师教师: :下面我们探索安培力的方向与导体中电流的方向、磁场方向的关系下面我们探索安培力的方向与导体中电流的方向、磁场方向的关系. .用什么思维方法用什么思维方法来确定探究的顺序来确定探究的顺序? ?探究实验的顺序怎样设计探究实验的顺序怎样设计? ?学生学生: :用控制变量法的思维方法探究用控制变量法的思维方法探究. .先保持磁场方向不变先保持磁场方向不变, ,改变电流的方向改变电流的方向, ,确定安培力的确定安培力的方向与导体中电流方向的关系方向与导体中电流方向的关系; ;再保持电流方向不变再保持电流方向不变, ,改变磁场的方向改变磁场的方向, ,确定安培力的方向确定安培力的方向与磁场方向的关系与磁场方向的关系. .【实验设置实验设置】 如图所示如图所示, ,连接好装置和电路连接好装置和电路. .【演示演示1 1】 给导体通上强电流给导体通上强电流, ,导体会侧向摆动一个角度导体会侧向摆动一个角度, ,改变电流的方向改变电流的方向, ,让学生观察发生的现象让学生观察发生的现象, ,并提问并提问: :(1)(1)导体侧向摆动的方向发生了什么变化导体侧向摆动的方向发生了什么变化? ?学生学生: :导体向另一侧摆动导体向另一侧摆动. .(2)(2)初步得到安培力方向变化与电流方向变化有什么关系初步得到安培力方向变化与电流方向变化有什么关系? ?学生学生: :电流方向反向电流方向反向, ,安培力方向反向安培力方向反向. .【演示演示2 2】 将磁铁两极的位置调换将磁铁两极的位置调换, ,磁场方向变为反向磁场方向变为反向, ,让学生观察发生让学生观察发生的现象的现象, ,并提问并提问: :(1)(1)导体侧向摆动的方向发生了什么变化导体侧向摆动的方向发生了什么变化? ?学生学生: :导体又向另一侧摆动导体又向另一侧摆动. .(2)(2)初步得到安培力方向变化与磁场方向变化有什么关系初步得到安培力方向变化与磁场方向变化有什么关系? ?学生学生: :磁场方向反向磁场方向反向, ,安培力方向反向安培力方向反向. .【思考与讨论思考与讨论】 安培力的方向与电流方向的夹角为多大安培力的方向与电流方向的夹角为多大? ?安培力的方向安培力的方向与磁场方向的夹角又为多大与磁场方向的夹角又为多大? ?学生学生: :安培力的方向既跟磁场方向垂直安培力的方向既跟磁场方向垂直, ,又跟电流方向垂直又跟电流方向垂直. .【教师讲授教师讲授】 通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系间的关系, ,可以用左手定则来判定可以用左手定则来判定: :伸开左手伸开左手, ,使大拇指跟其余四个手指使大拇指跟其余四个手指垂直垂直, ,并且都和手掌在一个平面内并且都和手掌在一个平面内, ,把手放入磁场中把手放入磁场中, ,让磁感线垂直穿入让磁感线垂直穿入手心手心, ,并使伸开的四指指向电流的方向并使伸开的四指指向电流的方向, ,那么那么, ,大拇指所指的方向就是通大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向电导线在磁场中所受安培力的方向. .自主学习自主学习课堂探究课堂探究达标测评达标测评自主学习自主学习 课前预习课前预习感悟新知感悟新知( (教师参考教师参考) )情境链接一情境链接一导轨炮导轨炮( (电磁炮电磁炮) )是利用电流间相互作用的安培力把炮弹发射出去是利用电流间相互作用的安培力把炮弹发射出去. .它由两条平行它由两条平行的长直导轨组成的长直导轨组成, ,导轨间放置一个导体棒作为炮弹导轨间放置一个导体棒作为炮弹. .当两轨接入电源时当两轨接入电源时, ,强大的电强大的电流从一导轨流入流从一导轨流入, ,经导体棒从另一导轨流回时经导体棒从另一导轨流回时, ,在两导轨平面间产生强磁场在两导轨平面间产生强磁场, ,通电通电导体棒在安培力的作用下导体棒在安培力的作用下, ,炮弹会以很大的速度射出炮弹会以很大的速度射出. .1.1.电流的大小与在两导轨平面间产生磁场的强弱有何定性关系电流的大小与在两导轨平面间产生磁场的强弱有何定性关系? ?2.2.电流的大小与通电导体棒受到安培力的大小有何定性关系电流的大小与通电导体棒受到安培力的大小有何定性关系? ?3.3.将电流反向将电流反向, ,通电导体棒受到安培力的方向改变吗通电导体棒受到安培力的方向改变吗? ?信息信息1.1.电流越大电流越大, ,在两导轨平面间产生的磁场越强在两导轨平面间产生的磁场越强. .2.2.电流越大电流越大, ,通电导体棒受到的安培力越大通电导体棒受到的安培力越大. .3.3.不改变不改变. .安培力的方向由左手定则确定安培力的方向由左手定则确定, ,电流反向的同时电流反向的同时, ,磁场方向也磁场方向也反向反向, ,通电导体棒受到安培力的方向不改变通电导体棒受到安培力的方向不改变. .情境链接二情境链接二安培对电学的贡献是多方面的安培对电学的贡献是多方面的, ,而且是奠基性的而且是奠基性的. .今天今天, ,在各种电器的标在各种电器的标牌上可以看到安培名字的第一个字母牌上可以看到安培名字的第一个字母A,A,那是人们用那是人们用电流的单位来纪念安培电流的单位来纪念安培. .安培证明了通电导线之间安培证明了通电导线之间会发生相互作用会发生相互作用, ,并得出了电流之间相互作用力的并得出了电流之间相互作用力的大小和方向的安培公式大小和方向的安培公式. .洗衣机、电风扇接入电路洗衣机、电风扇接入电路时时, ,电动机开始运转电动机开始运转, ,你知道这是为什么吗你知道这是为什么吗? ?信息信息磁极与电流之间存在相互作用力磁极与电流之间存在相互作用力, ,这种作用力可以驱动通电导体或磁性这种作用力可以驱动通电导体或磁性物质物质, ,这是许多动力系统的原理这是许多动力系统的原理. .教材梳理教材梳理一、安培力一、安培力阅读教材第阅读教材第9191页页“安培力的方向安培力的方向”、第、第9292页页“安培力的大小安培力的大小”两部分两部分, ,初初步应用左手定则判断安培力的方向步应用左手定则判断安培力的方向, ,知道垂直情况下安培力大小的公式知道垂直情况下安培力大小的公式. .1.1.定义定义: :通电导线在通电导线在 中受的力中受的力. .2.2.方向方向(1)(1)左手定则左手定则: :伸开左手伸开左手, ,使拇指与其余四个手指垂直使拇指与其余四个手指垂直, ,并且都与手掌在同一个平并且都与手掌在同一个平面内面内; ;让磁感线从让磁感线从 进入进入, ,并使四指指向并使四指指向 的方向的方向, ,这时这时 所指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向. .(2)(2)特点特点:FB,FI,:FB,FI,而而B B和和I I可以有任意夹角可以有任意夹角, ,则则F F垂直于垂直于 方向和方向和 方方向所决定的平面向所决定的平面. .磁场磁场掌心掌心电流电流拇指拇指磁场磁场电流电流3.3.大小大小想一想想一想 通电导线在磁场中一定受到安培力吗通电导线在磁场中一定受到安培力吗? ?若通电导线不受安培力作若通电导线不受安培力作用用, ,是否可以判定该处无磁场吗是否可以判定该处无磁场吗? ?答案答案: :当通电导线与磁场方向平行时不受安培力作用当通电导线与磁场方向平行时不受安培力作用. .若通电导线不受安培若通电导线不受安培力作用力作用, ,则该处可能无磁场则该处可能无磁场, ,也可能有磁场也可能有磁场. .二、磁电式电流表二、磁电式电流表阅读教材第阅读教材第9393页页“磁电式电流表磁电式电流表”部分部分, ,了解磁电式电流表的结构了解磁电式电流表的结构, ,大大致了解其工作原理致了解其工作原理. .1.1.构造构造: : 、线圈、螺旋弹簧、极靴等、线圈、螺旋弹簧、极靴等. .2.2.原理原理: :通电线圈在磁场中受到通电线圈在磁场中受到 而偏转而偏转, ,线圈偏转的角度越大线圈偏转的角度越大, ,被测被测电流就电流就 . .根据线圈根据线圈 , ,可以知道被测电流的方向可以知道被测电流的方向. .3.3.优缺点优缺点: :优点是灵敏度高优点是灵敏度高, ,可以测出可以测出 的电流的电流; ;缺点是绕制线圈的导线缺点是绕制线圈的导线很细很细, ,允许通过的电流很弱允许通过的电流很弱. .磁铁磁铁安培力安培力越大越大偏转的方向偏转的方向很弱很弱想一想想一想 在教材第在教材第9393页图页图3.4-63.4-6的磁电式电流表中的磁电式电流表中, ,通电线圈的四条边是通电线圈的四条边是否都受安培力作用否都受安培力作用? ?答案答案: :与转动轴垂直的两条边不受安培力作用与转动轴垂直的两条边不受安培力作用, ,因为导线与磁场方向平行因为导线与磁场方向平行. .自主检测自主检测答案答案: :(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)1.1.思考判断思考判断(1)(1)已知磁场方向和电流方向判定安培力的方向用左手已知磁场方向和电流方向判定安培力的方向用左手, ,若已知磁场方向和安若已知磁场方向和安培力的方向培力的方向, ,判定电流的方向用右手判定电流的方向用右手.(.() )(2)(2)两根通电导线在同一匀强磁场中两根通电导线在同一匀强磁场中, ,若导线长度相同若导线长度相同, ,电流大小相等电流大小相等, ,则所受则所受安培力一定大小相等安培力一定大小相等.(.() )(3)(3)增加线圈匝数和增加线圈面积都可提高磁电式电流表的灵敏度增加线圈匝数和增加线圈面积都可提高磁电式电流表的灵敏度.(.() )(4)(4)磁电式电流表内是均匀辐射磁场磁电式电流表内是均匀辐射磁场, ,不是匀强磁场不是匀强磁场.(.() )2.2.如图所示如图所示, ,通电直导线置于匀强磁场中通电直导线置于匀强磁场中, ,直导线与磁场方向垂直直导线与磁场方向垂直, ,电流方电流方向向左向向左, ,则该导线所受安培力的方向是则该导线所受安培力的方向是( ( ) ) A.A.沿纸面向上沿纸面向上B.B.沿纸面向下沿纸面向下C.C.垂直纸面向里垂直纸面向里 D.D.垂直纸面向外垂直纸面向外解析解析: :磁场方向竖直向上磁场方向竖直向上, ,电流方向水平向左电流方向水平向左, ,根据左手定则根据左手定则, ,知安培知安培力的方向垂直纸面向里力的方向垂直纸面向里, ,故选项故选项C C正确正确. .C C解析解析: :由公式由公式F=ILBF=ILB可知可知, ,其他不变其他不变, ,只将导线长度减小为原来的一半只将导线长度减小为原来的一半时时, ,所受安培力为原来的一半所受安培力为原来的一半, ,选项选项B B正确正确. .B B4.4.将长度为将长度为20 cm,20 cm,通有通有0.1 A0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中电流的直导线放入一匀强磁场中, ,电流与磁场的方向如图所示电流与磁场的方向如图所示, ,已知磁感应强度大小已知磁感应强度大小为为1 T,1 T,试求出下列各图中导线所受安培试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向力的大小和方向. .解析解析: :(1)(1)因导线与磁感线平行因导线与磁感线平行, ,所以导线所受安培力为零所以导线所受安培力为零; ;(2)(2)由左手定则知由左手定则知, ,安培力方向垂直导线水平向右安培力方向垂直导线水平向右, ,大小大小F F2 2=ILB=0.1=ILB=0.10.20.21 N=0.02 N;1 N=0.02 N;(3)(3)安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上, ,大小大小F F3 3=ILB=0.1=ILB=0.10.20.21 N=0.02 N.1 N=0.02 N.答案答案: :(1)0(1)0(2)0.02 N(2)0.02 N方向垂直导线水平向右方向垂直导线水平向右 (3)0.02 N(3)0.02 N方向在纸面内垂直导线方向在纸面内垂直导线斜向上斜向上课堂探究课堂探究 核心导学核心导学要点探究要点探究要点一要点一安培力的方向安培力的方向【问题导引问题导引】1.1.当磁场方向与电流方向不垂直时当磁场方向与电流方向不垂直时, ,安培力的方向是否仍与两者方向垂直安培力的方向是否仍与两者方向垂直? ?答案答案: :安培力的方向既垂直于电流的方向安培力的方向既垂直于电流的方向, ,又垂直于磁场的方向又垂直于磁场的方向. .2.2.电流方向和磁场方向确定时电流方向和磁场方向确定时, ,安培力的方向是否是唯一确定的安培力的方向是否是唯一确定的? ?答案答案: :由左手定则可知由左手定则可知, ,若已知电流方向和磁场方向时若已知电流方向和磁场方向时, ,安培力的方向是唯一确安培力的方向是唯一确定的定的. .( (教师备用教师备用) )【要点归纳要点归纳】1.1.安培力的方向既与磁场方向垂直安培力的方向既与磁场方向垂直, ,又与电流方向垂直又与电流方向垂直, ,即安培力的方向总是即安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面垂直于磁场和电流所决定的平面. .2.2.当电流方向跟磁场方向不垂直时当电流方向跟磁场方向不垂直时, ,安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面定的平面, ,所以仍用左手定则来判断安培力的方向所以仍用左手定则来判断安培力的方向, ,只是磁感线不再垂直穿过只是磁感线不再垂直穿过手心手心, ,而是斜穿过手心而是斜穿过手心. .【例例1 1】 ( (多选多选) )图中装置可演示磁场对通电导线的作用图中装置可演示磁场对通电导线的作用. .电磁铁上下两磁极电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨之间某一水平面内固定两条平行金属导轨,L,L是置于导轨上并与导轨垂直的金是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆属杆. .当电磁铁线圈两端当电磁铁线圈两端a,ba,b, ,导轨两端导轨两端e,fe,f, ,分别接到两个不同的直流电源上分别接到两个不同的直流电源上时时,L,L便在导轨上滑动便在导轨上滑动. .下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.若若a a接正极接正极,b,b接负极接负极,e,e接正极接正极,f,f接负极接负极, ,则则L L向右滑动向右滑动B.B.若若a a接正极接正极,b,b接负极接负极,e,e接负极接负极,f,f接正极接正极, ,则则L L向右滑动向右滑动C.C.若若a a接负极接负极,b,b接正极接正极,e,e接正极接正极,f,f接负极接负极, ,则则L L向左滑动向左滑动D.D.若若a a接负极接负极,b,b接正极接正极,e,e接负极接负极,f,f接正极接正极, ,则则L L向左滑动向左滑动思维导图思维导图BDBD解析解析: :若若a a接正极接正极,b,b接负极接负极, ,由安培定则知电磁铁上下两磁极间磁场方由安培定则知电磁铁上下两磁极间磁场方向向上向向上, ,若若e e接正极接正极,f,f接负极接负极, ,由左手定则知由左手定则知L L受到的安培力向左受到的安培力向左; ;若若e e接负极接负极,f,f接正极接正极,L,L受到的安培力向右受到的安培力向右, ,选项选项A A错误错误,B,B正确正确; ;同理同理, ,若若a a接接负极负极,b,b接正极接正极, ,磁场方向向下磁场方向向下,e,e接负极接负极,f,f接正极接正极,L,L所受的安培力向左所受的安培力向左;e;e接正极接正极,f,f接负极接负极,L,L所受的安培力向右所受的安培力向右, ,选项选项C C错误错误,D,D正确正确. .误区警示误区警示 左、右手的应用误区左、右手的应用误区由电流方向判断磁场的方向要用右手由电流方向判断磁场的方向要用右手( (安培定则安培定则),),由电流方向和磁场方向由电流方向和磁场方向判断安培力方向要用左手判断安培力方向要用左手( (左手定则左手定则).).( (教师备用教师备用) )例例1-1:1-1:在等边三角形的三个顶点在等边三角形的三个顶点a,b,ca,b,c处处, ,各有一条长直导线垂直穿过纸面各有一条长直导线垂直穿过纸面, ,导线中通导线中通有大小相等的恒定电流有大小相等的恒定电流, ,方向如图所示方向如图所示. .过过c c点的导线所受安培力的方向点的导线所受安培力的方向( ( ) )A.A.与与abab边平行边平行, ,竖直向上竖直向上B.B.与与abab边平行边平行, ,竖直向下竖直向下C.C.与与abab边垂直边垂直, ,指向左边指向左边D.D.与与abab边垂直边垂直, ,指向右边指向右边解析解析: :因因a,ba,b处的导线中的电流方向垂直纸面向里处的导线中的电流方向垂直纸面向里, ,根据安培定则可以判断根据安培定则可以判断a a处处导线中的电流在导线中的电流在c c处产生的磁场方向为与处产生的磁场方向为与acac边垂直且指向左下方边垂直且指向左下方;b;b处导线中的处导线中的电流在电流在c c处产生的磁场方向为与处产生的磁场方向为与bcbc边垂直且指向右下方边垂直且指向右下方. .由几何知识可得两个由几何知识可得两个磁场方向的夹角为磁场方向的夹角为6060, ,又由于又由于c c点距点距a,ba,b两点的距离相等两点的距离相等, ,a,ba,b处导线中的电流处导线中的电流相等相等, ,所以产生的两个磁感应强度大小也相等所以产生的两个磁感应强度大小也相等, ,由平行四边形定则合成后的磁由平行四边形定则合成后的磁场方向竖直向下场方向竖直向下. .由左手定则可以判断由左手定则可以判断c c处导线受到的安培力与处导线受到的安培力与abab边垂直边垂直, ,指向指向左边左边, ,故选项故选项C C正确正确. .C C针对训练针对训练1:1:画出图中导体棒画出图中导体棒abab所受的安培力方向所受的安培力方向. .答案答案: :abab棒所受的安培力方向如图所示棒所受的安培力方向如图所示. .要点二要点二安培力的计算安培力的计算【问题导引问题导引】在定义磁感应强度时在定义磁感应强度时, ,让一小段通电导线放入磁场让一小段通电导线放入磁场, ,可得可得F=ILB,F=ILB,此公式的适用此公式的适用条件是什么条件是什么? ?当导线平行于磁场方向放置时当导线平行于磁场方向放置时, ,导线受力为多少导线受力为多少? ?公式中公式中L L指怎样指怎样的长度的长度? ?答案答案: :导线垂直于磁场方向放置导线垂直于磁场方向放置; ;当导线平行于磁场方向放置时当导线平行于磁场方向放置时, ,导线受力为导线受力为零零; ;公式中的公式中的L L指通电导线在垂直于磁场方向的有效长度指通电导线在垂直于磁场方向的有效长度. .( (教师备用教师备用) )【要点归纳要点归纳】1.1.公式公式F=ILBF=ILB中中L L指的是指的是“有效长度有效长度”. .当当B B与与I I垂直时垂直时,F,F最大最大,F=ILB;,F=ILB;当当B B与与I I平平行时行时,F=0.,F=0.2.2.弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L,L,等于连接两端点线段的长度等于连接两端点线段的长度( (如图如图););相应的电流沿相应的电流沿L L由始端流向末端由始端流向末端. .3.3.若磁场方向和电流方向成若磁场方向和电流方向成角时角时, ,如图所示如图所示. . 可以将磁感应强度可以将磁感应强度B B正交分解成正交分解成B B= =BsinBsin 和和B B= =BcosBcos , ,而而B B对电流是没对电流是没有作用的有作用的. .所以所以F=ILBF=ILB= =ILBsinILBsin . .【例例2 2】 如图所示的各图中如图所示的各图中, ,磁场的磁感应强度大小相同磁场的磁感应强度大小相同, ,导线两端点导线两端点a,ba,b间间的距离均相等的距离均相等, ,导线中电流相等导线中电流相等, ,则各图中有关则各图中有关abab导线所受安培力大小的判断导线所受安培力大小的判断正确的是正确的是( ( ) )A.(A.(丁丁) )图最大图最大B.(B.(乙乙) )图最大图最大C.C.一样大一样大D.D.无法判断无法判断思路探究思路探究(1)(1)安培力公式安培力公式F=F=ILBsinILBsin 可写为可写为F=F=IBIBLsinLsin 和和F=F=ILILBsinBsin 两种形式两种形式, ,如何理解如何理解LsinLsin 和和BsinBsin ? ?答案答案: :LsinLsin 为导线垂直于磁场方向的有效长度为导线垂直于磁场方向的有效长度, ,BsinBsin 为磁场在为磁场在垂直于电流方向的分量垂直于电流方向的分量. .(2)(2)如何求解导线的有效长度如何求解导线的有效长度? ?答案答案: :导线的有效长度等于连接导线首尾端点在垂直于磁场方向的导线的有效长度等于连接导线首尾端点在垂直于磁场方向的线段长度线段长度. .C C解析解析: :由于各图中由于各图中a,ba,b间导线在垂直于磁场方向的有效长度相等间导线在垂直于磁场方向的有效长度相等, ,根据安培力公式根据安培力公式F=ILBF=ILB可知可知,(,(甲甲) )、( (乙乙) )、( (丙丙) )、( (丁丁) )四个图中导四个图中导线所受的安培力大小相等线所受的安培力大小相等, ,故选项故选项C C正确正确. .规律方法规律方法 确定通电导线确定通电导线“有效长度有效长度”的方法的方法(1)(1)作连接导线两端点的直线作连接导线两端点的直线L.L.(2)(2)确定确定LL与磁场方向与磁场方向的夹角的夹角. .(3)(3)由几何关系求出由几何关系求出“有效长度有效长度”L=L=LsinLsin . .( (教师备用教师备用) )例例2-1:2-1:如图如图, ,在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线, ,电流强度均为电流强度均为I,I,磁感应强度均为磁感应强度均为B,B,求求各导线所受到的安培力的大小各导线所受到的安培力的大小. .A A 要点三要点三安培力作用下导体的平衡安培力作用下导体的平衡【问题导引问题导引】质量为质量为m,m,长度为长度为L L的导体棒的导体棒MNMN垂直导轨放置且静止于水平导轨上垂直导轨放置且静止于水平导轨上, ,通过通过MNMN的电的电流为流为I,I,匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为B,B,垂直于电流方向且与导轨平面成垂直于电流方向且与导轨平面成角斜向角斜向下下, ,如图所示如图所示. .请探究以下几个问题请探究以下几个问题: : 1.1.导体棒导体棒MNMN受哪几个力受哪几个力? ?请画出它的受力分析图请画出它的受力分析图. .答案答案: :导体棒受重力、支持力、安培力和摩擦力共四个力作用导体棒受重力、支持力、安培力和摩擦力共四个力作用.MN.MN的受力分析的受力分析如图所示如图所示. .2.2.怎样确定怎样确定MNMN的受力关系的受力关系? ?如何列方程求解如何列方程求解MNMN所受的支持力和摩擦力的大小所受的支持力和摩擦力的大小? ?答案答案: :由于由于MNMN受力平衡受力平衡, ,所以可列出所以可列出MNMN的平衡方程的平衡方程. .在水平方向在水平方向:F:Ff f= =FsinFsin 竖直方向竖直方向:F:FN N= =FcosFcos +mg+mg又由安培力又由安培力F=ILBF=ILB可解得可解得F FN N= =ILBcosILBcos +mg+mgF Ff f= =ILBsinILBsin . .【例例3 3】 (2016 (2016牡丹江一中期中牡丹江一中期中) )光滑的平行导轨光滑的平行导轨( (图中粗线图中粗线) )与电源连接后与电源连接后, ,倾斜倾斜放置放置, ,导轨上放一个质量为导轨上放一个质量为m m的金属导体棒的金属导体棒. .通电后通电后, ,导体棒电流垂直纸面向外导体棒电流垂直纸面向外, ,在在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场棒所在区域内加一个合适的匀强磁场, ,可以使导体棒静止可以使导体棒静止, ,下面四个图中分别加下面四个图中分别加了不同方向的磁场了不同方向的磁场, ,其中一定不能平衡的是其中一定不能平衡的是( ( ) )思路探究思路探究(1)(1)本题中导体棒可能受几个力而处于平衡状态本题中导体棒可能受几个力而处于平衡状态? ?答案答案: :导体棒可能受两个或三个力处于平衡状态导体棒可能受两个或三个力处于平衡状态. .(2)(2)重力与支持力的方向如何重力与支持力的方向如何? ?安培力只可能处在哪个区域安培力只可能处在哪个区域? ?答案答案: :重力竖直向下重力竖直向下, ,支持力垂直斜面向上支持力垂直斜面向上, ,由平衡条件可知由平衡条件可知, ,安培力只可安培力只可能处在竖直向上与垂直斜面向下所夹的右侧区域能处在竖直向上与垂直斜面向下所夹的右侧区域. .C C解析解析: :由左手定则可知由左手定则可知A A图中导体棒所受安培力竖直向上图中导体棒所受安培力竖直向上, ,当安培力当安培力等于重力时等于重力时, ,导体棒可以处于平衡状态导体棒可以处于平衡状态, ,故选项故选项A A能平衡能平衡;B;B图中安培图中安培力水平向右力水平向右, ,这样安培力有沿斜面向上的分力可能与重力沿斜面向这样安培力有沿斜面向上的分力可能与重力沿斜面向下分力平衡下分力平衡, ,导体棒即可处于平衡状态导体棒即可处于平衡状态, ,故选项故选项B B能平衡能平衡;C;C图中导体图中导体棒所受安培力垂直斜面斜向上棒所受安培力垂直斜面斜向上, ,没有力和重力沿斜面向下的分力平没有力和重力沿斜面向下的分力平衡衡, ,故导体棒一定不能平衡故导体棒一定不能平衡, ,故选项故选项C C不能平衡不能平衡;D;D中由左手定则可知中由左手定则可知安培力沿斜面向上安培力沿斜面向上, ,当安培力大小与重力沿斜面向下的分力相等时当安培力大小与重力沿斜面向下的分力相等时, ,导体棒即可处于平衡状态导体棒即可处于平衡状态, ,故选项故选项D D能平衡能平衡. .规律方法规律方法 合成法与正交分解法的应用合成法与正交分解法的应用(1)(1)三力平衡时三力平衡时, ,一般先用平行四边形定则将某两个力合成一般先用平行四边形定则将某两个力合成, ,平行四边形的对平行四边形的对角线一定与第三个力等大角线一定与第三个力等大, ,反向反向. .(2)(2)四个力或四个以上力平衡时四个力或四个以上力平衡时, ,一般先正交分解一般先正交分解, ,然后分析这两个垂直方向然后分析这两个垂直方向的受力的受力, ,列平衡方程求解列平衡方程求解. .( (教师备用教师备用) )例例3 3- -1:1:如图所示如图所示, ,在倾角为在倾角为3737的光滑斜面上有一根长为的光滑斜面上有一根长为0.4 m,0.4 m,质量为质量为6 61010-2-2 kg kg的通电直导线的通电直导线, ,电流电流I=1 A,I=1 A,方向垂直于纸面向外方向垂直于纸面向外, ,导线用平行于斜面导线用平行于斜面的轻绳拴住不动的轻绳拴住不动, ,整个装置放在磁感应强度每秒增加整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T,0.4 T,方向竖直向上的方向竖直向上的磁场中磁场中, ,设设t=0t=0时时,B=0,B=0,则需要几秒则需要几秒, ,斜面对导线的支持力为零斜面对导线的支持力为零?(g?(g取取10 m/s10 m/s2 2) ) 答案答案: :5 s5 s针对训练针对训练3:3:如图所示如图所示, ,一根长一根长L=0.2 mL=0.2 m的金属棒放在倾角的金属棒放在倾角=37=37的光滑斜面上的光滑斜面上, ,并通并通过过I=5 AI=5 A的电流的电流, ,方向如图所示方向如图所示, ,整个装置放在磁感应强度整个装置放在磁感应强度B=0.6 TB=0.6 T竖直向上的匀强磁场中竖直向上的匀强磁场中, ,金属棒恰能静止在斜面上金属棒恰能静止在斜面上, ,则该棒的重力则该棒的重力为多少为多少?(sin 37?(sin 37=0.6) =0.6) 答案答案: :0.8 N0.8 N( (教师参考教师参考) )【教材探究教材探究】教材教材P P9292演示实验如图所示演示实验如图所示, ,两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用作用. .在什么情况下两条直导线相互吸引在什么情况下两条直导线相互吸引, ,什么情况下两条直导线相互排斥什么情况下两条直导线相互排斥? ?答案答案: :每一条通电直导线均处在另一直导线电流的磁场中每一条通电直导线均处在另一直导线电流的磁场中, ,根据安培定则可判根据安培定则可判断出导线电流磁场的方向断出导线电流磁场的方向, ,再根据左手定则可判断出每一条直导线所受的安再根据左手定则可判断出每一条直导线所受的安培力培力, ,由此可知由此可知, ,同向电流相互吸引同向电流相互吸引, ,反向电流相互排斥反向电流相互排斥. .达标测评达标测评 随堂演练随堂演练检测效果检测效果1.1.下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力, ,其中正确的是其中正确的是( ( ) )解析解析: :由左手定则判断可知由左手定则判断可知, ,选项选项C C正确正确. .C C2.2.如图所示如图所示, ,两根通电的长直导线垂直于纸面平行放置两根通电的长直导线垂直于纸面平行放置, ,电流分别为电流分别为I I1 1和和I I2 2, ,且且I I1 1=I=I2 2, ,电流的方向如图所示电流的方向如图所示,O,O点位于两导线连线的中点点位于两导线连线的中点. .则则( ( ) ) A.OA.O点磁感应强度大小为零点磁感应强度大小为零B.OB.O点磁感应强度大小不为零点磁感应强度大小不为零C.IC.I1 1和和I I2 2之间为引力之间为引力D.ID.I1 1和和I I2 2之间无作用力之间无作用力B B解析解析: :由安培定则可知由安培定则可知,I,I1 1,I,I2 2在在O O点产生的磁场的方向均向上点产生的磁场的方向均向上, ,该点该点磁感应强度大小不为零磁感应强度大小不为零; ;由安培定则和左手定则判断可知由安培定则和左手定则判断可知, ,两根通电两根通电导线间为斥力导线间为斥力, ,故选项故选项B B正确正确. .3.(3.(多选多选) )关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.该磁场的磁感应强度大小处处相等该磁场的磁感应强度大小处处相等, ,方向相同方向相同B.B.该磁场的磁感应强度的方向处处相同该磁场的磁感应强度的方向处处相同, ,大小不等大小不等C.C.使线圈平面始终与磁感线平行使线圈平面始终与磁感线平行D.D.该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度大小都相等该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度大小都相等CDCD解析解析: :磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间是均匀辐向分布的磁磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间是均匀辐向分布的磁场场, ,使线圈平面始终与磁感线平行使线圈平面始终与磁感线平行, ,故选项故选项C C正确正确; ;该磁场中距该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度大小处处相等轴线等距离处的磁感应强度大小处处相等, ,但方向不同但方向不同, ,故选故选项项A,BA,B错误错误,D,D正确正确. .4.4.长度为长度为L L、通有电流为、通有电流为I I的直导线放入一匀强磁场中的直导线放入一匀强磁场中, ,电流方向与磁场方向如电流方向与磁场方向如图所示图所示, ,已知磁感应强度为已知磁感应强度为B,B,对于下列各图中对于下列各图中, ,导线所受安培力的大小计算正导线所受安培力的大小计算正确的是确的是( ( ) )A.FA.Fa a= =ILBcosILBcos B.FB.Fb b= =ILBcosILBcos C.FC.Fc c= =ILBsinILBsin D.FD.Fd d= =ILBsinILBsin A A解析解析: :在在(a)(a)图中图中, ,导线不和磁场垂直导线不和磁场垂直, ,故将导线投影到垂直磁场方向上故将导线投影到垂直磁场方向上, ,故故F Fa a= =ILBcosILBcos , ,故选项故选项A A正确正确; ;在在(b)(b)图中图中, ,导线和磁场方向垂直导线和磁场方向垂直, ,故故F Fb b=ILB,=ILB,故选项故选项B B错误错误; ;在在(c)(c)图中导线和磁场方向垂直图中导线和磁场方向垂直, ,故故F Fc c=ILB,=ILB,故选项故选项C C错误错误; ;在在(d)(d)图中导线和磁场方向垂直图中导线和磁场方向垂直, ,故故F Fd d=ILB,=ILB,故选项故选项D D错误错误. .5.5.如图所示如图所示, ,长为长为L L、质量为、质量为m m的导体棒用细线悬挂放入某匀的导体棒用细线悬挂放入某匀强磁场中强磁场中, ,导体棒与磁场方向垂直导体棒与磁场方向垂直, ,当导体棒中通过的电流当导体棒中通过的电流为为I I时时, ,细线上的拉力恰好为零细线上的拉力恰好为零, ,问磁感应强度问磁感应强度B B为多大为多大? ? ( (教师参考教师参考) )课堂小结课堂小结