磁场对通电导线的作用.ppt

通电直导线环形电流通电螺线管产生的磁场如何判断 回顾 1 电键接通电路 2 改变电流方向 复原再做一次 显示磁感线 隐藏磁感线 通电导体在磁场中受力作用演示 磁场对通电导线的作用力 一 安培力 Ampereforce 定义 磁场对电流的作用力称为安培力 是为了纪念安培而命名的 安培力的方向 试画出下述两实验结果的正视图 左手定则 left handrule 实验结论 安培力的方向既跟磁场方向垂直F B 又跟电流方向垂直F I 故安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面 即 F安 BI平面 伸开左手 磁感线 垂直穿入手心 四指 指向电流的方向 大拇指 所受安培力的方向 思考与讨论 如图所示 当通电导线的电流垂直纸面向外 磁场竖直向上时 导线所受的安培力水平向左 现在若将电流方向和磁场的方向同时反向 则安培力的方向是不是也反向 结论 当电流方向和磁场方向同时反向时 安培力方向不变 F I I F F 例题1 确定图中电流 磁场 安培力三者中未知的方向 1 2 3 课堂练习 F F F I 4 5 6 课堂练习 例题1 确定图中电流 磁场 安培力三者中未知的方向 I B 7 8 9 垂直纸面向外 无安培力 课堂练习 例题1 确定图中电流 磁场 安培力三者中未知的方向 B I F F 10 11 例题1 确定图中电流 磁场 安培力三者中未知的方向 课堂练习 12 例题2 试画出下列各图中通电导体棒ab所受安培力的方向 课堂练习 问题 如图所示 两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用 请使用刚学过的知识解释本实验结果 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 结论 同向电流 反向电流 1 在匀强磁场中 在通电直导线与磁场方向垂直的情况下 导线所受安培力F等于磁感应强度B 电流I和导线的长度L三者的乘积 问题 如果既不平行也不垂直呢 即 2 平行时 适用条件 1 匀强磁场2 导线与磁场垂直 安培力 Ampereforce 的大小 F ILBsin 如图所示 导线abc为垂直折线 其中电流为I ab bc L 导线拓在的平面与匀强磁场垂直 匀强磁场的磁感应强度为B 求导线abc所受安培力的大小和方向 a b c 课堂练习 F BIL F BIL中的L为有效长度 思考与讨论 试指出下述各图中的安培力的大小 磁场对通电导线的作用力 二 一 安培力作用下的平衡问题 1 如图所示质量为m 50g的铜棒 长L 10cm 用长度均为L的两根软导线水平地悬吊在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度B 1 3T 通电后 棒向纸外偏转的最大偏角 37 此铜棒中电流的大小为多少 B 课堂练习 2 如图所示 金属杆ab的质量为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静止在水平导轨上 若磁场方向与水平导轨成 角 求 1 棒ab受到的摩擦力 2 棒对导轨的压力 课堂练习 3 如图所示 两平行光滑导轨相距为20cm 金属棒MN的质量为1 0 10 2kg 电阻R 8 匀强磁场方向竖直向下 磁感应强度B 0 5T 电源电动势E 10V 内电阻r 1 当电键K闭合时 MN处于平衡状态 求变阻器R1的取值为多少 设 450 课堂练习 磁场对通电导线的作用力 三 通电导线的运动问题 基本方法1 画出导线所在处的磁场方向2 确定电流方向3 根据左手定则确定受安培力的方向4 根据受力情况判断运动情况特殊方法 1电流元法2特殊位置法3等效法4利用结论法 例1如图3 20所示 两根互相绝缘 垂直放置的直导线ab和cd 分别通有方向如图的电流 若通电导线ab固定不不动 导线cd能自由运动 则它的运动情况是 A 顺时针转动 同时靠近导线abB 顺时针转动 同时远离导线abC 逆时针转动 同时靠近导线abD 逆时针转动 同时远离导线ab 电流微元法 B F方向 F方向 B B F 例2如图所示 有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方 导线可以自由移动 当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时 有关直导线运动情况的说法中正确的是 从上往下看 A 顺时针方向转动 同时下降B 顺时针方向转动 同时上升C 逆时针方向转动 同时下降D 逆时针方向转动 同时上升 N S 特殊位置法分析运动 C 等效法分析运动 N S 例3如图所示 在条形磁铁S极附近悬挂一个线圈 线圈与水平磁铁位于同一平面内 当线圈中电流沿图示方向流动时 将会出现 16A 线圈向磁铁平移 9B 线圈远离磁铁平移 1C 从上往下看 线圈顺时针转动 同时靠近磁铁 11D 从上往下看 线圈逆时针转动 同时靠近磁铁 电流微元法 特殊位置法 F F F F I方向 I方向 D 电流微元法 特殊位置法 等效法分析运动 电流微元法 特殊位置法分析运动 N S B F方向 F方向 B B F 等效法分析运动 N S 例4 如图两个同样的导线环同轴平行悬挂 相隔一小段距离 当同时给两导线环通以同向电流时 两导线环将 A 吸引 B 排斥 C 保持静止 D 边吸引边转动 结论法 同向电流互相吸引 A N N S S 例5 如图所示 一条劲度系数较小的金属弹簧处于自由状态 当弹簧通以电流时 弹簧将 纵向收缩 径向膨胀 纵向伸长 径向收缩 纵向收缩 径向伸长 纵向伸长 径向膨胀 A 螺线管通电后 在轴向上有收缩趋势 在径向上有扩张趋势 4 推论分析法 等效法分析运动 N S 例6如图所示 在条形磁铁S极附近悬挂一个线圈 线圈与水平磁铁位于同一平面内 当线圈中电流沿图示方向流动时 将会出现 16 A 线圈向磁铁平移 9B 线圈远离磁铁平移 1C 从上往下看 线圈顺时针转动 同时靠近磁铁 11D 从上往下看 线圈逆时针转动 同时靠近磁铁 电流微元法 特殊位置法 F F F F I方向 I方向 D 磁场对通电导线的作用力 四 磁电式电流表 一 磁电式电流表的构造 刻度盘 指针 蹄形磁铁 极靴 软铁制成 螺旋弹簧 线圈 圆柱形铁芯 软铁制成 铁芯 线圈和指针是一个整体可以转动 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 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 该磁场并非匀强磁场 问题 该磁场是否匀强磁场 问题 该磁场的特点 二 电流表的工作原理 1 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的 不管通电线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感应线平行 当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力 这两个力产生的力矩使线圈发生转到 线圈转动使螺旋弹簧被扭动 产生一个阻碍线圈转动的力矩 其大小 随线圈转动的角度增大而增大 当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时 线圈停止转动 2 磁场对电流的作用力与电流成正比 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 3 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 三 电动机1 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 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 视频 B 课堂练习 13 如图所示的天平可用来测定磁感应强度 天平的右臂下面挂有一个矩形线圈 宽为L 共N匝 线罔的下部悬在匀强磁场中 磁场方向垂直纸而 当线圈中通有电流I 方向如图 时 在天平左 右两边加上质量各为m1 m2的砝码 天平平衡 当电流反向 大小不变 时 右边再加上质量为m的砝码后 天平重新平衡 由此可知 A 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为 m1 m2 g NILB 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为mg 2NILC 磁感应强度的方向垂直纸面向外 大小为 m1 m2 g NILD 磁感应强度的方向垂直纸面向外 大小为mg 2NIL 3 如图所示 两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同 方向相反的电流 a受到的磁场力大小为F1 当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后 a受到的磁场力大小变为F2 则此时b受到的磁场力大小变为 A F2B F1 F2 12C F1 F23 7D 2F1 F23 4 F1 a b F 1 F2 F1 FB F 2 F2 A B B FB FB F 2 F 1 FB F2 6 质量为m的通电细杆ab置于倾角为 的导轨上 导轨的宽度为d 杆ab与导轨间的摩擦因数为 有电流时 ab恰好在导轨上静止 如图3 24所示 图 b 中的四个侧视图中 标出了四种可能的匀强磁场方向 其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是 图3 24 AB 10 14 25 16 5 3 mg mg mg mg F N F F N F N 4 在倾角为的光滑斜面上