磁场对通电导线的作用力(上课用).ppt

,如图所示，环形导线周围有三只小磁针a、b、c，闭合开关S后，三只小磁针N极的偏转方向是（ ） A、全向里 B、全向外 C、a向里，b、c向外 D、a、c向外，b向里,D,磁场对通电导线的作用-安培力,第二节,安培力：磁场对电流(通电导线)的作用 力称为安培力，是为了纪念法 国物理学家安培而命名的。,通电导线在磁场中要受到力的作用,通电导体在磁场中受的安培力大小与哪些因素有关呢？安培力的方向是怎样的？,受安培力最大,受安培力为零,受安培力介于零和最大值,说明：安培力与放置情况有关,大量实验证明：安培力还与 导线的长度L 电流的大小I,实验：三块相同的磁铁并排放置，可认为磁极间的磁场是均匀的。 将一根直导线悬挂在磁铁的两极间，有电流通过时导线将摆动一个角度，通过这个角度可以比较导线所受安培力的大小。 （1）L不变，改变I （2）I不变，改变L,实验发现：,在同一磁场中，电流一定时，通电导线越长，导线所受安培力越大。,精确的实验表明，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积成正比 。,用公式表示为：F=BIL B是比例系数,在同一磁场中，通电导线长度一定时，电流越大，导线所受安培力越大；,二、 磁感应强度 1、 讨论比值 的情况 ： 对于不同的磁场，比例关系都成立， 但在不同的磁场中，比例系数B不一样。 2、定义：比值 叫磁感应强度。 3、定义式： 4、物理意义：反映磁场的强弱 5、磁感应强度B由磁场本身决定，与F和IL无关，不成正反比关系,6、单位： 在国际单位制中， 磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，国际符号是 T 。 1T的物理意义：,7、B的一般大小： 常见的地磁场磁感应强度约是3105T7105 T，永磁铁磁极附近的磁感应强度约是103 T1T。 8、方向： 磁场的方向即为该点的磁感应强度的方向。 磁场的方向： 小磁针静止时N 极所指的方向 沿磁感线的切线方向 磁感应强度B是矢量，有大小有方向,二.安培力的大小计算,1.当电流与磁场方向垂直时:,F = BIL,F = BIL直接使用求解,适用于匀强磁场,2.当电流与磁场方向平行时:,F = 0 即：安培力为零,3.当电流与磁场方向不垂直时:,把磁感应强度B分解为两个分量：,一个分量与导线垂直 B1=Bsin,另一分量与导线平行 B2=Bcos,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,3.当电流与磁场方向不垂直时:,即F=ILB1,将B1=Bsin代入得,F=ILBsin,二.安培力的大小计算,F = BIL,电流与磁场方向夹角为时：,F = ILBsin(为B与L的夹角),适用于匀强磁场,除此之外还要注意计算时L应为有效长度（举例）,F=BIL,F=BIL中的L为有效长度，当导线弯曲时，L是导线两端点的连线长度,闭合通电线圈安培力为零,1、左手定则,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平面内;让磁感线垂直从掌心穿过,并使四指指向电流的方向，这时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,三.安培力的方向,安培力方向的判断左手定则,（1）伸开左手，使大拇指与四指垂直，并且在同一个平面内； （2）让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向； （3）大拇指所指的方向就是通电导线在磁场场中所受安培力的方向。,掌法,指法,结论,安培力F的方向既垂直于磁场B方向，又垂直于电流方向，安培力垂直于电流与磁场所在平面！,F,F,F,F,F,垂直向外,垂直向里,I,I,B,B,B,判定以下通电导线所受安培力的方向,前一节曾提到两条互相平行的通电直导线，当通以同向电流时互相吸引，而通以反向电流时会互相排斥，试用刚学的知识解释。,A的磁场,C的磁场,B的磁场,D的磁场,区别安培定则与左手定则,自由,固定,结论：两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势，并边转动边靠近。,思考：如果放在磁场中不是一段通电导线，而是一个通电的矩形线圈，受安培力的情况如何？,课本实验讲解,思考：如果放在磁场中不是一段通电导线，而是一个通电的矩形线圈abcd，会发生什么现象？,四. 电流表的原理,四.电流表的原理,（1）磁场对电流的安培力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。,（2）当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。,表盘的刻度均匀，I。,五、电动机原理 2、电动机基本构造：定子和转子。,3、功率有大有小； 分直流电动机和交流电动机 4、应用： 看插图,直流电动机示意图,6、磁通量,定义：,在磁感应强度为B的匀强磁场当中，有一个与磁场方向垂直的平面S，B和S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通,公式:,BS,单位：韦伯 简称韦 符号：Wb 1Wb=1Tm2,适用条件：匀强磁场并且B与S垂直,磁通量,理解： 由BS，当面积一定时，B越大，穿过该面积的磁通量越大，所以可以理解为磁通量在数值上等于穿过这个面的磁感线条数。即穿过某面的磁感线条数越多，磁通量越大。B与S垂直时， BS；当B与S不垂直时，需作出垂直于磁场方向的投影平面S，此时 ， 为平面（倾斜）与垂直磁感线方向的平面的夹角， 即为S在垂直于B方向的投影，即磁感线穿过的有效面积当B与S平行时，没有磁感线穿过面积S，磁通量为零,总结：,1.B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度,2.公式只适用于SB，若S与B不垂直，则S为垂直与磁场方向的投影面积,当磁场BS垂直,磁通量最大=BS,当BS时,磁通量最小=0,当磁场B与面积S不垂直, BS,1.是标量，但有正负，若取某方向穿入平面的磁通量为正，则反方向穿入该平面的磁通量为负,注意,2.过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和(即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通),3.由磁通量公式可得 ，表示垂直于磁场方向单位面积内的磁通量也称为磁通密度，所以磁感应强度B又叫做磁通密度。,磁通量的变化,磁通量变化 21是某两个时刻穿过某个平面S的磁通量之差，即取决于末状态的磁通量2与初状态磁通量1的代数差,磁通量的变化一般有三种形式 1、B不变，有效面积S变化 2、B变化，S不变 3、B和S同时变化,2.如图所示,框架面积为S,框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直,则穿过平面的磁通量为_,若使框架绕OO转过60度角则穿过线框平面的磁通量为_,若从初始位置转过90度角,则穿过线框平面的磁通量为_,若从初始位置转过180度角,则穿过线框平面的磁通量的变化量为_,O,O,BS,0.5BS,0,-2BS,课堂训练,课堂训练,3.如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂 直，则穿过两环的磁通量a和b大小关系为( ) A.均向上，ab B. 均向下，ab C. 均向上，ab D.均向下，无法比较,A,如图所示,一矩形线框,从.abcd位置移动到 abcd位置的过程中,关于穿过线框的磁通量情况下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)( ) A.一直增加 B.一直减少 C.先增加后减少 D.先增加,再减少直到零,然后再增加,然后再减少,a,d,c,b,a,b,d,c,D,如图所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积S1S2= S3，且 “3”线圈在磁铁的正中间。设各线圈中的磁通量依次为1、2、3则它们的大小关系是( ) A、 123 B、 12=3 C、 123 D、 12=3,C,如下图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬在水平位置上，已知金属棒长为 L= 0.5 m,质量 m = 0.01kg,B = 0.4 T,欲使悬线的张力为零，求金属棒中的电流的大小与方向？（g = 10 m/s2),电流由a流向b,【例2】,解：欲使悬线张力为零，由题意分析知，安培力应与重力平衡，金属棒受力如图 F=mg -(1) 方向向上， 由安培力公式得: F=BIL-(2) 由(1) (2)得：,由左手定则知，电流由a流向b,【例】在倾斜角为的光滑斜面上,置一通有电流I,长为L,质 量为m的导 体棒，如图所示,在竖直向上的磁场中静止，则磁感应强度B为 _.,F,B,FN,mg,mg,FN,F,引申1：欲使它静止在斜面上, 外加磁场的磁感应强度B 的最小值为_, 方向_.,引申2：欲使它静止在斜面上,且对斜面无压 力, 外加磁场的磁感应强度B的最小值为 _, 方向_.,mg,FN,F,mg,方向垂直斜面向上,F,B,水平向左,【例题】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计),【答案】R=0.2,B,I,如图所示，直角三角形ABC组成的导线框内通有电流I1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B2T中，AC40cm，A=30 度，求三角形框架各边所受的安培力？,【例1】,【例3】如图所示，在倾角为30o的斜面上，放置两条宽L0.5m的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，在导轨上横放一根质量为m0.2kg的金属棒ab，电源电动势E12V，内阻r0.3，磁场方向垂直轨道所在平面，B0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计）,反馈练习,5、将长度为20cm，通有0.1A电流的直导线放入 匀强磁场中，电流与磁场方向如图，已知磁感应强度为1T，试求出下列各图中导线所受的安培力的大小和方向。,I,B,I,B,30,I,B,0,0.02N