探究磁场对电流的作用

1 / 13 探究磁场对电流的作用 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址 第 1 节探究磁场对电流的作用 课前预习 一、安培力 1磁场对通电导线的作用力叫做 _1_ 2.大小：（ 1）当导线与匀强磁场方向 _2_ 时，安培力最大为 F=_3_. （ 2）当导线与匀强磁场方向 _4_ 时，安培力最小为 F=_5_. (3)当导线与匀强磁场方向斜交时，所受安培力介于_6_ 和 _7_ 之间。 3方向：左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指_8_ ，并且都跟手掌在 _9_ ，把手放入磁场中，让磁感线 _10_ ，并使伸开的四指指向 _11_ 的方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的_12_ 方向 二、磁电式电流表 1.磁电式电流表主要由 _13_ 、 _14_ 、_15_ 、 _16_ 、 _17_ 构成 . 2蹄形磁铁的磁场的方向总是沿着径向均匀地分布的，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小 总是相等的，这样不管2 / 13 线圈转到什么位置，线圈平面总是跟它所在位置的磁感线平行， I 与指针偏角 成正比， I 越大指针偏角越大，因而电流表可以量出电流 I 的大小，且刻度是均匀的，当线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针偏转方向也随着改变，又可知道被测电流的方向。 3、磁电式仪表的优点是 _18_, 可以测很弱的电流，缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。 课前预习答案 1 安培力 2 垂直 3BIL4 平行 50607BIL8 垂直9 同一个平面内 10 垂直穿入手心 11 电 流 12 受力13 蹄形磁铁 14 铁芯 15 绕在线框上的线圈 16 螺旋弹簧 17 指针 18 灵敏度高 重难点解读 一、对安培力的认识 1、安培力的性质： 安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力。 2、安培力的作用点： 安培力是导体中通有电流而受到的力，与导体的中心位置无关，因此安培力的作用点在导体的几何中心上，这是因为电流始终流过导体的所有部分。 3、安培力的方向： （ 1）安培力方向用左手定则判定：伸开左手，使大拇指和3 / 13 其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手 心，并使伸开的四指指向电流方向，那么大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中的受力方向。 （ 2） F、 B、 I 三者间方向关系：已知 B、 I 的方向（ B、 I 不平行时），可用左手定则确定 F 的唯一方向： FB ， FI ，则 F 垂直于 B 和 I 所构成的平面（如图所示），但已知 F 和 B的方向，不能唯一确定 I 的方向。由于 I 可在图中平面 内与 B 成任意不为零的夹角。同理，已知 F 和 I 的方向也不能唯一确定 B 的方向。 （ 3）用 “ 同向电流相吸，反向电流相斥 ” （反映了磁现象的电本质）。只要两导线不是互相垂直的，都可以用 “ 同向电流相吸，反向电流相斥 ” 判 定相互作用的磁场力的方向；当两导线互相垂直时，用左手定则判定。 4、安培力的大小： （ 1）安培力的计算公式： F BILsin ， 为磁场 B 与直导体 L 之间的夹角。 （ 2）当 90 时，导体与磁场垂直，安培力最大 Fm BIL；当 0 时，导体与磁场平行，安培力为零。 （ 3） F BILsin 要求 L 上各点处磁感应强度相等，故该公式一般只适用于匀强磁场。 （ 4）安培力大小的特点： 不仅与 B、 I、 L 有关，还与放4 / 13 置方式 有关。 L 是有效长度，不一定是导线的实际长度。弯曲导线的有效长度 L 等于两端点所连直线的 长度，所以任意形状的闭合线圈的有效长度 L=0 二、通电导线或线圈在安培力作用下的运动判断方法 （ 1）电流元分析法：把整段电流等效为多段很小的直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向 . （ 2）特殊位置分析法：把通电导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向，从而确定运动方向 . （ 3）等效法：环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立。 （ 4）转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间 相互作用满足牛顿第三定律，这样，定性分析磁体在力的作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向 . 典题精讲 题型一、安培力的方向 例 1、电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如图所示。该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？ 解：画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧5 / 13 为向里，右半线圈靠电子流的一侧为向外。电子流的等效电流方向是向里的，根据 “ 同向电流互相吸引，反向电流互相排斥 ” ，可判定电子流向左偏 转。（本题用其它方法判断也行，但不如这个方法简洁）。 答案：向左偏转 规律总结：安培力方向的判定方法： （ 1）用左手定则。 （ 2）用 “ 同性相斥，异性相吸 ” （只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时）。 （ 3）用 “ 同向电流相吸，反向电流相斥 ” （反映了磁现象的电本质）。可以把条形磁铁等效为长直螺线管（不要把长直螺线管等效为条形磁铁）。 题型二、安培力的大小 例 2、如图，一段导线 abcd 位于磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，且与磁场方向（垂直于纸面向里）垂直。线段 ab、bc和 cd的长度均为 L，且。流经导 线的电流为 I，方向如图中箭头所示。导线段 abcd所受到的磁场的作用力的合力 A.方向沿纸面向上，大小为 B.方向沿纸面向上，大小为 c.方向沿纸面向下，大小为 D.方向沿纸面向下，大小为 解析：该导线可以用 a 和 d 之间的直导线长为来等效代替 ,6 / 13 根据 ,可知大小为 ,方向根据左手定则 .A正确。 答案： A 规律总结：应用 F=BILsin 来计算时， F 不仅与 B、 I、 L有关，还与放置方式 有关。 L 是有效长度，不一定是导线的实际长度。弯曲导线的有效长度 L 等于两端点所连直线的长度，所以任意形状的闭合线圈的有效长度 L=0 题型三、通电导线或线圈在安培力作用下的运动 例 3、如图 11-2-4 条形磁铁放在粗糙水平面上，正中的正上方有一导线，通有图示方向的电流后，磁铁对水平面的压力将会 (增大、减小还是不变？ )水平面对磁铁的摩擦力大小为。 解析：本题有多种分析方法。 画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线（如图中粗虚线所示），可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。磁铁对水平面的压力减小，但不受摩擦力。 画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条（如图中细虚线所示），可看出导线受到的安培力竖直向下，因此条形磁 铁受的反作用力竖直向上。 把条形磁铁等效为通电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中的电流是同向电流，所以互相吸引。 答案：减小零 规律总结：分析通电导线或线圈在安培力作用下的运动常用方法：（ 1）电流元分析法，（ 2）特殊位置分析法，（ 3）等效7 / 13 法，（ 4）转换研究对象法 题型四、安培力作用下的导体的平衡问题 例 4、水平面上有电阻不计的 U 形导轨 NmPQ，它们之间的宽度为 L， m 和 P 之间接入电动势为 E 的电源 (不计内阻 )现垂直于导轨搁一根质量为 m，电阻为 R 的金属棒 ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向与水平面夹角为 且指向右斜上方，如图 8 1 32所示，问： (1)当 ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？ (2)若 B 的大小和方向均能改变，则要使 ab棒所受支持力为零， B 的大小至少为多少？此时 B 的方向如何？ 解析：从 b 向 a 看侧视图如图所示 (1)水平方向： F FAsin 竖直方向： FN FAcos mg 又 FA BIL BERL 联立 得： FN mg BLEcosR ， F BLEsinR. (2)使 ab棒受支持力 为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上则有 FA mg Bmin mgREL，根据左手定则判定磁场方向水平向右 答案： (1)mg BLEcosR BLEsinR (2)mgREL 方向水平向右 规律总结：对于这类问题的求解思路： （ 1）若是立体图，则必须先将立体图转化为平面图 8 / 13 （ 2）对物体受力分析，要注意安培力方向的确定 （ 3）根据平衡条件或物体的运动状态列出方程 （ 4）解方程求解并验证结果 巩固拓展 1.如图，长为的直导线拆成边长相等，夹角为的形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场 中，磁感应强度为，当在该导线中通以电流强度为的电流时，该形通电导线受到的安培力大小为 （ A） 0（ B）（ c）（ D） 答案： c 解析：导线有效长度为 2lsin30=l ，所以该 V 形通电导线收到的安培力大小为。选 c。 本题考查安培力大小的计算。 2一段长，通过电流的直导线，关于在磁感应强度为 B 的匀强磁场中所受安培力 F 的情况，正确的是 ( ) A如果 B 2T， F 一定是 1N B如果 F 0， B 也一定为零 c如果 B 4T， F 有可能是 1N D如果 F 有最大值时，通电导线一定与 B 平行 答案： c 解析：当导线与磁场方向垂直放置时， F BIL，力最大，当导线与磁场方向平行放置时， F 0，当导线与磁场方向成任9 / 13 意其他角度放置时， 0FIb.当加一个垂直于 a、 b 所在平面的匀强磁场 B 时；导线 a 恰好不再受安培力的作用则与加磁场 B 以前相比较 ( ) A b 也恰好不再受安培力的作用 11 / 13 B b 受的安培力小于原来安培力的 2 倍，方向竖直向上 c b 受的安培力等于原来安培力的 2 倍，方向 竖直向下 D b 受的安培力小于原来安培力的大小，方向竖直向下 答案： D 解析：当 a 不受安培力时， Ib 产生的磁场与所加磁场在 a处叠加后的磁感应强度为零，此时判断所加磁场垂直纸面向外，因 IaIb，所以在 b 处叠加后的磁场垂直纸面向里，b 受安培力向下，且比原来小故选项 D 正确 7如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线 a、 b 和 c，各导线中的电流大小相同，其中a、 c 导线中的电流方向垂直纸面向外， b 导线电流方向垂直纸面向内每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根 导线所受安培力的合力，以下说法中正确的是 ( ) A导线 a 所受合力方向水平向右 B导线 c 所受合力方向水平向右 c导线 c 所受合力方向水平向左 D导线 b 所受合力方向水平向左 答案： B 解析：首先用安培定则判定导线所在处的磁场方向，要注意是合磁场的方向，然后用左手定则判定导线的受力方向可以确定 B 是正确的 12 / 13 8如图所示，在空间有三根相同的导线，相互间的距离相等，各通以大小和方向都相同的电流 .除了相互作用的磁场力外，其他作用力都可忽略，则它们的运动情况是 _.答案：两两相互吸引 ,相聚到三角形的中心 解析：根据通电直导线周围磁场的特点，由安培定则可判断出，它们之间存在吸引力 . 9如图所示，长为 L、质量为 m 的两导体棒 a、 b,a 被置在光滑斜面上， b 固定在距 a 为 x 距离的同一水平面处，且 a、b 水平平行，设 45 ，、 b 均通以大小为 I 的同向平行电流时， a 恰能在斜面上保持静止 .则 b 的电流在 a 处所产生的磁场的磁感应强度 B 的大小为 . 答案： 解析：由安培定则和左手定则可判知导体棒 a 的受力如图，由力的平衡得方程： mgsin45 =Fcos45 ，即 mg=F=BIL 可得 B . 10一劲度系数为 k 的轻质弹簧，下端挂有一匝数为 n 的矩形线框边长为 l.线框的下半部处在匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方向与线框平面垂直 .在下图中，垂直于纸面向里，线