高中物理 第3章 第4节 通电导线在磁场中受到的力同步辅导与检测课件 新人教版选修31.ppt

第4节通电导线在磁场中受到的力 磁场 安培与安培力安培 1775 1836 是法国物理学家 1775年1月22日诞生于里昂 安培从小就具有惊人的记忆力 尤其在数学方面有非凡的天赋 他13岁就能理解有关圆锥曲线的原理 并发表了第一篇数学论文 论述了螺旋线 他年轻时生活贫苦 曾在中学教数学 1805年定居巴黎 1808年任法国帝国大学总学监 后历任巴黎工业大学数学教授 法兰西学院实验物理学教授等职 安培的兴趣是多方面的 他不但钻研数学 而且对物理学 化学等都感兴趣 还花了大量时间研究过心理学 伦理学等 他在物理学方面的主要贡献是对电磁学的基本原理有重要发现 如安培定律 安培定则和分子电流等 1814年当选为法国科学院院士 1827年被选为伦敦皇家学会会员 他还是柏林 斯德哥尔摩等科学院的院士 1820年9月11日 安培在法国科学院听到关于奥斯特实验的报告后 引起极大兴趣 第二天就重做了奥斯特的实验 并于9月18日向法国科学院报告了第一篇论文 提出磁针转动方向和电流方向的关系服从右手定则 以后这个定则被命名为安培定则 以后又在短时间里 通过实验和数学归纳 提出数篇论文 阐述了各种形状的曲线载流导体之间的相互作用 提出了表示通电导线在磁场中受力情况的公式 称为安培力公式 发现了环路定律 并且在1821年1月提出了著名的分子电流假说 认为每个分子的圆电流形成一个小磁体 这是形成物体磁性的原因 安培还第一个把研究动电的理论称为 电动力学 安培还发现 电流在线圈中流动的时候 表现出来的磁性和磁铁相似 据此他创制出第一个螺线管 1836年6月10日 安培因患急性肺炎在马赛去世 终年61岁 后人为了纪念安培 用他的名字来命名电流的单位 si制中基本单位 安培 是国际单位制的7个基本单位之一 安培 的定义是 在真空中 截面可忽略的两根相距1m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时 若导线间相互作用力在1m长度上为2 10 7n 则每根导线中的电流为1a 1948年第9届国际计量大会批准 1 安培力的大小磁场对 的作用力叫安培力 其公式为f ilbsin 式中 为 之间的夹角 2 安培力的方向 1 用左手定则判定 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中 让 穿入手心 并使伸开的四指指向 那么 的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 2 安培力方向的特点 f b f i 即f垂直于b和i所决定的平面 注意 b和i可以有任意夹角 答案 1 电流 导线与磁感应强度b2 1 磁感线垂直电流的方向大拇指所指 2 3 常用的电流表是磁电式仪表 其构造是 在 磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯 铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框 上面绕有 它的转轴上装有螺旋弹簧和指针 线圈的两端分别接在两个螺旋弹簧上 碲形磁铁和铁芯间的磁场是 分布 不管线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感线 磁电式仪表的优点是 可以测 的电流 缺点是绕制线圈的导线很细 允许通过的电流 答案 蹄形线圈均匀辐向平行灵敏度高很弱很弱 一 安培力的方向1 安培力的定义磁场对电流的作用力叫安培力 2 安培力的方向判定方法 左手定则用左手定则判断安培力的方向 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都跟手掌在同一平面内 把手放入磁场中 让磁感线垂直穿过手心 并使伸开的四指指向电流方向 那么大拇指所指方向即为安培力方向 如下图所示的通电导线在磁场中受力分析正确的是 解析 注意安培定则与左手定则的区分 通电导体在磁场中的受力用左手定则 答案 c 变式迁移 1 如右图所示 两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时 它们相互间的作用力的方向如何 解析 两根导线的电流间的相互作用力是通过电流产生的磁场而作用的 要分析ab受力 必须先画出cd产生的磁场方向 由左手定则可判知ab受到的磁场力指向cd 用同样方法先画出ab产生的磁场方向 可判知cd受到的磁场力指向ab 因而两同向电流是互相吸引 因ab和cd之间的安培力是一对相互作用力 所以在判断出ab受力后 也可根据牛顿第三定律判断出cd所受安培力的方向 答案 ab受到指向cd的磁场力 cd受到ab的磁场力 它们之间的安培力是一对相互作用力 因通入相同方向电流而相互吸引 二 安培力的大小1 安培力的大小与导线放置有关 同一通电导线 按不同方式放在同一磁场中 如下图所示 三种情况下 导线与磁场方向垂直时安培力最大 取为fmax 当导线与磁场方向平行时 安培力最小 f 0 其他情况下 0 f fmax 2 安培力大小的公式表述 1 当b与i垂直时f bil 2 当b与i成 角时f bil sin 是b与i的夹角 注意 式中的l为导线垂直于磁场方向的有效长度 如右图所示 半径为r的半圆形导线与磁场b垂直放置 当导线中通以电流i时 导线的等效长度为2r 故安培力f 2bir 将长度为20cm 通有0 1a电流的直导线放入一匀强磁场中 电流与磁场的方向如下图所示 已知磁感应强度为1t 试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向 解析 由左手定则和安培力的计算公式得 1 因导线与磁感线平行 所以安培力为零 2 由左手定则知 安培力方向垂直导线水平向右 大小f bil 1 0 1 0 2n 0 02n 3 安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上 大小f bil 0 02n 答案 1 0导线与磁感线平行 2 0 02n安培力方向垂直导线水平向右 3 0 02n安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上 变式迁移 2 一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中 导线上的电流方向由左向右 如图所示 在导线以其中心点为轴转动90 的过程中 导线受到的安培力 a 大小不变 方向不变b 由零增大到最大 方向时刻改变c 由最大减小到零 方向不变d 由零增大到最大 方向不变 解析 导线转动前 电流方向与磁场方向平行 导体不受安培力 当导体转过一个小角度后 电流与磁场不再平行 导体受到安培力的作用 当导体转过90 时 电流与磁场垂直 此时导体所受安培力最大 根据左手定则判断知 力的方向始终不变 选项d正确 答案 d 三 磁电式仪表1 电流表的构造如右图所示 在一个磁性很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯 铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框 铝框上绕有线圈 铝框的转动轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针 线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上 被测电流经过这两个弹簧流入线圈 2 电流表的工作原理如图所示 磁场的方向总沿着径向均匀辐射地分布 在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是相等的 保证b的大小不发生变化 且安培力的方向与线圈垂直 当电流通过线圈时 导线受到安培力的作用 线圈转动螺旋弹簧变形 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 i与指针偏角 成正比 表盘刻度均匀 均匀 不均匀 所以 从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小 3