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人教版高中物理选择性必修第2册全册教学课件.pptx

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人教版高中物理选择性必修第二册全册教学课件

奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转,不仅开启了研究电与磁联系的序幕,还使人们认识了这种神奇的“力”。很快,人们就在实验中发现了通电导线在磁场中会受到力的作用。电流表扬声器、电动机中都有这种作用力。现在,这种力还能应用到交通工具上,让电动车行驶在街头;应用到发射台上,射出数倍音速的炮弹……未来的某一天,可能还会应用到发射塔上,发射航天器……

第一章安培力与洛伦兹力1.1磁场对通电导线的作用力

电和磁的实验中最明显的现象是,处于彼此距离相当远的物体之间的相互作用。因此,把这些现象化为科学形式的第一步就是,确定物体之间作用力的大小和方向。——麦克斯韦

在必修课中,我们已经知道了磁场对通电导线有作用力,并从这个现象入手定义了物理量——磁感应强度B。安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献,为了纪念他,人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力,把电流的单位定为安培。

一安培力的方向如图1.1-1所示,把一段导体棒悬挂在蹄形磁体的两极间,通以电流。研究安培力的方向与哪些因素有关。

安培力的方向按照图1.1-1所示,组装好器材,进行实验,观察导体棒受力方向。1.上下交换磁极的位置以改变磁场的方向,观察导体棒受力方向是否改变。2.改变导体棒中电流的方向,观察受力方向是否改变。

实验现象表明,通电导体棒受力方向与磁场方向、电流方向有关。你能尝试把各种情况下三者的方向画出来进行归纳分析,找到规律吗?

众多事实表明,通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直(图1.1-2)。

安培力的方向可用以下方法判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心垂直进入,并使四指指向电流的方向,这时指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向(图1.1-3)。这就是判定通电导线在磁场中受力方向的左手定则。

磁场、安培力的问题,在很多方面都与电场、库仑力的问题相似。然而,安培力要比库仑力复杂。研究库仑力时,受力的物体是点电荷,点电荷受力的方向与电场的方向相同或相反;但在研究安培力时,受力的物体是通电导线,通电导线受力的方向与磁场的方向、电流的方向不但不在一条直线上,而且不在一个平面里。因此,研究安培力的问题要涉及三维空间。

二安培力的大小在必修课的学习中我们已经知道,垂直于磁场B的方向放置的长为l的一段导线,当通过的电流为I时,它所受的安培力F=IlB其中力F、电流I、导线长度l、磁感应强度B的单位分别为牛顿(N)、安培(A)、米(m)、特斯拉(T)。

当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时,导线受力为0。

当通电导线中的电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时,我们应该如何计算安培力呢?

若磁感应强度B的方向与电流方向成θ角,根据矢量的运算法则,B可以分解为与电流方向垂直的分量B和与电流方向平行的分量B(图1.1-4)B⊥=BsinθB∥=Bcosθ

其中B∥对通电导线没有作用力,导线所受的安培力只是B⊥产生的。由此得到F=IlBsinθ这就是一般情况下安培力的表达式,F的方向如图1.1-5所示。

三磁电式电流表图1.1-6展示了我们实验中常用的磁电式电流表的结构,它所依据的物理学原理就是通电线圈因受安培力而转动。

磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。线圈在磁场中受力的情况如图1.1-7所示。当电流通过线圈时,导线受到安培力的作用。由左手定则可以判定,线圈左右两边所受的安培力的方向相反,于是安装在轴上的线圈就要转动。

线圈转动时,图1.1-6中的螺旋弹簧变形,以反抗线圈的转动。电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就越大,线圈偏转的角度也越大,达到新的平衡。所以,从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。

从前面的分析可知,安培力总与磁感应强度的方向重直。电流表的两磁极装有极靴,极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。这样,极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向如图1.1-8所示。线圈无论转到什么位置,它的平面都跟感线平行,线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都相等。

线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针的偏转方向也随着改变。所以,根据指针的偏转方向,可以知道被测电流的方向。磁电式电流表的优点是灵敏度高,可以测出很弱的电流;缺点是线圈的导线很细,允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。如果要用它测量较大的电流,就要根据在必修第三册中学到的方法扩大其量程。

“电学中的牛顿”——安培安培最有影响的科学工作是在电磁学领域。他在得知奥斯特发现电流磁效应的实验后,第二天就开始实验,并有了新的发现。安培把导线绕成圆筒状,制成螺线管。尽管螺线管

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