磁场对通电导线的作用教案(2)

2019-03-04 15:17

(学生回答A、B、C、D的安培力方向,教师引导E、F的回答)

师:图E是图A的俯视图,已知安培力的方向和磁场的方向来确定电流的方向,是只有一个解的。我们可以通过假定一个方向来判断它的正确性。比如说假定电流向外,左手定则判断的安培力向右,说明假设正确。所以电流就是垂直纸面向外。图F看起来似乎是图A的正视图,但要注意磁场的方向一定垂直安培力的方向但不一定与导体垂直,也就是我们在用左手定则的时候,磁感线不一定是要垂直穿过掌心,斜着穿过也是可以的,但安培力的方向一定会垂直于两者的方向,我们数学里学过一条直线垂直于一个平面,那么这条直线垂直于这一平面的任意直线。所以F图正确的解是磁场方向在oyz平面内且与z的正方向夹角不超过±90°范围内。 (五)、通电导线间的安培力

师:好,训练了几道题,大家应该熟练掌握了左手定则的应用,那么大家现在来思考一个问题,这里有两对导线,分别通以同向电流和方向电流,那么会发生什么奇妙的现象呢?

(学生思考,老师叫几位学生回答思考结果。有些学生会认为同向相斥,异向相吸)

师:好,我们习惯了电荷之间、磁极之间的同斥异吸的规律,但这里确正好相反。为什么会这样呢?我们来分析一下每根导线受到的安培力的方向。 (教师黑板板书分析同向电流的情况)

师:好,我们发现这两根导线的安培力都指向内侧,导线向内弯曲。分析到这里,不知道同学们有没有疑问,(对于同向电流分析)我们考虑A导线受到的安培力时只画出了B导线的磁场,但我们知道A导线也会产生磁场,也就是复

合磁场,通过安培定则可以判断磁场方向相反,那岂不是判断错了。 师:其实我们判断某个导线受到的安培力,是外磁场对它产生的作用,如果说自己的磁场也会给自己一个力,那平常看到的导线就在自己那里动起来了。所以考虑的是外磁场,那什么时候是考虑这两根导线的复合场呢?就是再来一根导线,问第三根导线所受安培力的情况。这时A、B导线的复合场就是外磁场。

师:好,同学们在学案上完成反向电流的安培力情况分析。老师叫一位同学来黑板上画。

(一位学生黑板上画,老师点评)

师:通过分析,我们看出反向电流的导线安培力方向指向外侧,所以导线向外弯曲。接下来,我们总结这道题的结论:同向电流相吸,异向电流相斥。 (六)、安培力的大小

师:在第二节磁感应强度的学习中,我们已经知道垂直于磁场放置,长为L的一段导线,通过电流为I时,所受安培力F=BIL。那同学们用左手定则判断一下电流方向与磁场方向平行时

师:我看到同学的左手很纠结啊,满足了磁感线穿过手心,又顾不上四指指向电流方向,满足了四指指向电流方向,磁感线又穿不过手心。很矛盾。问题出在哪呢?是左手定则有问题吗? 师:当然不是,其实这时候F=0。

师:这只是两种特殊情况,那对于一般情况下,当直导线与磁场方向夹角为θ时,安培力又该如何计算呢?

生:可以将磁感应强度B沿导线和垂直导线分解。 师:这利用了什么思想呢? 生:等效替代。

师:非常好,我们看看分解之后的情况是怎样的,B1=Bsinθ,B2=Bcosθ。平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力,通电导线所受作用力仅由B1决定。所以最后一般情况下的安培力公式为F=ILBsinθ。同学们可不要记住这个公式,我们说这个θ角是磁感应强度方向与电流方向成的角度,有时候题目已知的这个角并不是这个角,很可能是它的余角。这时同学们还是老老实

实的分析一遍,不要直接带公式。

师:为了不容易出错,老师建议大家记这两个公式。F=ILB⊥,B⊥指垂直于电流方向的磁感应强度。我们不仅可以分解磁感应强度,还可以分解导线长度L,就可以得到公式,F=IBL⊥,注意L⊥指垂直于磁场方向的有效长度。这里有效长度是什么我们接下来会涉及到。 (七)、安培力的计算练习

师:好,接下来同学们来挑战一道稍微有点难度的题目。老师叫两位同学来黑板上来写,其他同学在草稿纸上计算。

师:好,这两位同学做的对不对呢?我们先来分析一下,这是导线ab与bc相互垂直,电流方向从a到c,我们先用左手定则判断ab段的导线安培力方向是向右的,bc导线的安培力方向向上。并且我们知道安培力大小都相同,都是BIL。那么整条导线所受的安培力就是这两个力的合力吧,所以是

。方向就是在纸面内垂直于ac向上。一定要描述准确,这个在纸面内这三个字Fabc?2BIL很重要。

师:好,我们看看这两位同学做对了没。 (教师做出相关点评) (八)、导线的有效长度

师:老师现在又要增加难度了,如果说我这条导线变成了一个半圆形,让你求这

条导线的安培力大小。改怎么求呢?同学们可以思考一下。

师:这就涉及到导线的有效长度,很多时候我们知道导线并不是直线,而是弯弯

曲曲的曲线,那么有效长度L,等于两端点所连直线的长度。相应的电流方向,沿L由始端流向末端。所以如果一条弯曲导线与磁场方向不垂直放置,那么我们得先求出有效长度,再将有效长度沿磁场方向和垂直磁场方向分解。 师:那同学考虑一下这么一条闭合导线在磁场中所受安培力的大小为多少? 生:0。

师:任意形状的闭合线圈,其有效长度L=0,所以通电后在与它垂直的匀强磁

场中,受到的安培力的矢量和一定为零。 (九)、安培力的应用

师:学习物理是为了运用到我们的生活中来,那么安培力能为我们做些什么呢?

首先是电磁炮,是利用电磁发射技术制成的先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用载流导体在磁场中受到电磁力作用的基本原理来加速弹丸的。其作用的时间要长得多,可大大提高弹丸的速度和射程。电磁炮可分为导轨炮和线圈炮。电磁导轨炮是由导轨、电枢及电源所组成。电枢由导电金属或等离子材料制成,位于两金属轨道之间,它的前端装着弹丸。电磁线圈炮是由环绕炮膛的一系列固定线圈与环绕弹丸的弹体线圈所组成。炮弹发射时,电源依次给环绕炮膛的一系列固定线圈供电,产生一个沿炮管运动的移动磁场,使得在环绕弹丸的弹体线圈中产生感应电流,感应电流也形成一个磁场,产生加速力,使弹丸在炮管整个长度上得到加速。弹丸就这样高速地被发射了出去。 (关于这一部分不会过于详细介绍)

师:可能男生对中这一方面比较感兴趣,那么课后可以查找相关资料了解电磁炮。

那么第二个应用是需要我们了解的,就是我们经常使用的磁电式电流表。我们可以看到书本上的构造图,我们可以看出它的基本组成有刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴(软铁制成)、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成)。那么这里有个非常重要的元件叫极靴,它的作用又是什么呢?

师:磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的。所有磁感线的延长线都通过铁芯

的中心。无论转到什么位置,线圈平面与磁感线平行。接下来我们分析一下线圈的转动是怎么产生的?

师:PPT上的图是正视图,只分析一条线圈,当电流方向是这样的,用左手定则

判断安培力方向是这样的,所以线圈就会向右偏转。那为什么不会一直转动下去呢?是因为螺旋弹簧起到阻碍作用。我们知道指针的零刻度是在中间的,那指针会不会向右偏转呢? 生:会。

师:在什么情况下? 生:电流反向。

师:所以我们可以通过指针偏转的方向来判断电路上电流的流向。这将会在讲选

修3-2楞次定律时涉及到。那同学们是否想过为什么电流表的刻度是均匀的呢?

师:这我们稍微了解一下。安培力力矩:M1=nBILd螺旋弹簧扭转力矩:M2=k

θ当M1=M2时,线圈平衡。 师:安培力在生活中还有其他应用吗? 生:动圈式扬声器,电动机??。 (十)、课堂总结

师:同学们,这堂课我们先通过实验来探究影响安培力的方向的因素,得出安培

力的方向与磁场方向和电流方向有关,并介绍了一个判断安培力方向的定则。是什么呀? 生:左手定则。

师:我们一起回忆一下左手定则的内容. 生:??

师:接下来我们介绍了计算安培力大小的公式F安=ILB。这是特殊情况下的计

算公式,对于一般情况下我们应该知道有两种不同的计算方法,一是将磁感应强度分解,或是将导线的有效长度分解。分别对应这两个公式,F=ILB⊥, F=IBL⊥。

师:另外我们需要注意几个点,我们说这个磁感应强度B是指谁的磁场。 生:通电导线所在处外磁场。

师:老师考考大家,磁感应强度能说成磁场强度吗? 生:??

师:磁场强度有另外一个符号表示H,二者是不等价的。磁场强度到大学物理会

学到,我们不做过多讲述。

师:好,另外(2)B是垂直于电流元的磁感应强度。(3)L是垂直于磁场方向的有

效长度。那么对于非匀强磁场,我们可不可以用这一公式来计算呢? 生:不可以。

师:对的。在非匀强磁场中,F安=ILB只适用于很短的通电导线。我们中学只

会遇到匀强磁场的情况。

师:那么最后我们通过例题分析,得到这么一个结论同向电流相吸,异向电流相

斥。

师:好,我们这节课的内容就讲完了,谢谢老师们和同学们的聆听,下课!

八、【作业布置】 课后作业1、2、3 九、【板书设计】

磁场对通电导线的作用

1、探究实验猜想:电流方向、磁场方向 一、方向(控制变量法)结论:1、2 2、左手定则

安培力同向电流相吸,异向电流相斥

1、B⊥L:F=BILF=ILB⊥

二、大小 2、B//L:F=0 3、B与I成θ角:F=ILBsinθ

注意:L为有效长度:始端指向末端 三、应用 十、【教学反思】

F=IBL⊥


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