磁场对通电导线的作用力教学课件.ppt

3.4磁场对通电导线的作用力,第三章：磁场,回顾：,安培定则（右手螺旋定则）1判断直线电流周围的磁场：,大拇指方向-,四指弯曲方向-,电流方向,周围磁感线的环绕方向,2判断环形电流(或通电螺线管)周围的磁场：,四指弯曲方向,环形电流方向,大拇指方向,(螺线管)中心磁场方向,I,各种磁场磁感线分布：,1、条形磁铁,2、蹄型磁铁,3、直线电流磁场,安培定则,4、环形电流磁场,5、通电螺线管,安培定则,安培定则,磁场对电流的作用力通常称为安培力,IB时：F安=0,IB时：F安最大,I与B斜交时：0F安F安最大,B,为了简便起见，我们研究导线方向与磁场方向垂直时的情况.（导线垂直磁场放置）,实验表明：FA安培力的大小与导线放置有关,在同一磁场中:,猜想：安培力的大小与什么因素有关?,实验探究:,在同一磁场中某处,保持导线与磁场方向垂直:,安培力实验,FA与I、L、B有关,1)保持导线通电部分的长度不变，改变电流I的大小.,2)保持电流不变，改变导线通电部分的长度.,通电导线所受安培力:FI,通电导线所受安培力:FL,FIL,发现：在同一磁场中，不管I、L如何改变，比值B总是是一个常量.但是在不同磁场中，比值B一般是不同的.B是由磁场本身决定的,调换电流方向,调换磁场方向,实验:,安培力F总垂直于磁感线和通电导线所在的平面,安培力方向,平伸左手，拇指与四指在同一平面内，拇指与四指垂直,磁感线垂直穿入手心,四指指向电流方向，这时拇指指向就是安培力的方向,一、安培力的方向的判断:左手定则,F,F,F,F,例1.判断安培力的方向,A,B,A的磁场,B,A,B,B的磁场,A,FAB,FAB,安培定则,左手定则,例2.分析同向电流为什么会相互吸引？,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.,例3,二、磁场对电流的作用力安培力,1、安培力的大小,计算公式：,F=BIL,适用条件：,1)在匀强磁场中:,B与I垂直时：F=BIL,B与I平行时：F=0,B与I成一夹角时：越大，F越大。导体与磁场成角时：FBILsin,F=ILBsin,2)在非匀强磁场中,公式:F=BIL适用于很短的一段通电导线。,例4.如图所示，金属杆ab质量为m，长为L，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，结果ab静止且紧压于水平导轨上。若磁场方向与导轨平面成角，求(1)棒ab受到的摩擦力(2)棒对导轨的压力,解：画其截面图，如图所示，,由受力平衡可得：沿水平方向：F1=f-沿竖直方向：F2+N=Mg-即:BILsin=f-,BILcos+N=mg-解得摩擦力f=BILsin导轨对棒的支持力N=mg-BILcos由牛三压力为:mg-BILcos,例5.如图所示，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和框宽均为L，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。电键闭合后，在磁场力作用下铜棒被平抛出去，下落h后落在水平面上，水平位移为s。求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q。,解析：闭合电键后的极短时间内，铜棒受安培力向右的冲量Ft=mv0而被平抛出去，其中F=BIL，而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量Q=It，由平抛规律可算铜棒离开导线框时的初速度:,最终可得:,例6.如图所示，质量为m50g的铜棒长L10cm，用长度也是L的两根轻软导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B1/3T，通电后棒向外偏转的最大角度37，求此棒中电流的大小为多少？,分析:铜棒向外偏转过程中，导线的拉力不做功，F做功为：,电流表是测定电流强弱和方向的电学仪器,一.磁电式电流表的构造:a、磁性很强的蹄形磁铁b、圆柱形铁芯c、套在铁芯上可绕轴转动的铝框d、绕在铝框上的线圈e、铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针,三、电流表的结构,最基本的是磁铁和线圈。,铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动.,1.线圈的导线处于蹄形磁铁和圆柱铁芯间均匀辐向分布的磁场中.,问题电流表中磁场分布有何特点呢？电流表中磁铁与铁芯之间磁场是均匀辐向分布的.所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.,该磁场并非匀强磁场,但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的.,三、电流表的结构,设导线所处位置磁感应强度大小为B，线框长为L、宽为d、匝数为n，当线圈中通有电流I时，安培力对转轴产生力矩：M=Fd，其中安培力的大小为：F=nBIL，故安培力的力矩大小为：M1=nBILd，,当线圈发生转动，不论通电线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，如图所示，安培力的力矩不变当线圈转过角（指针偏角也为）时，两弹簧产生阻碍线圈转动的扭转力矩M2，,又材料性质知道，扭转力矩M2=K，根据力矩平衡M1=M2，得出：,M1=nBIS,三、电流表的结构,通电线圈在磁场中受到的力矩磁力矩,俯视图,结论:当线框平面与磁场平行时，磁力矩最大(M=nBIs)；当线框平面与磁场垂直时，磁力矩最小。,其中对同一个电流表来说:K.n.B.L.d是一定的，因此I,I=K/nBLd,所以通过偏角的值可以反映电流I值的大小，且电流刻度是均匀的当取最大值时，通过电流表的电流最大，称为满偏电流Ig，所以使用电流表时应注意不要超过满偏电流Ig,I：在表头刻度盘上标出电流值就可以测量电流了。,三、电流表的结构,例7.要想提高磁电式电流表的灵敏度，可采取的办法有（）A增加线圈匝数B增加永久磁铁的磁感应强度C换用弹性较强的扭转弹簧，增大反抗力D增大线圈的面积,解析：当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈发生转动的力矩平衡时，线圈停止转动，（即：K=nBIS）可得：=nBIS/K,可见，电流表的灵敏度将随着线圈匝数n，线圈的面积S及磁感应强度B的增大而提高，随着螺旋弹簧扭转系数K的