磁场对电流的作用20161028

专题：磁场对电流的作用,知识梳理,1安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，F_，这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：(1)当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxBIL.(2)当磁场与电流平行时，安培力等于零,BILsin,注：安培力大小的计算公式FBIL是在磁感应强度B与电流I垂直情况下的结果；式中L是有效长度，对通电直导线，是导线在磁场中的那段长度；对弯曲导线，当导线所在平面与磁场方向垂直，且磁场为匀强磁场时，L等于弯曲导线两端点连接直线的长度，如图所示，相应的电流方向沿L由始端流向末端,课堂训练1.(2015江苏高考)如图所示,用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同,边长MN相等,将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流,天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化,天平最容易失去平衡的是(),知识梳理,2安培力的方向(1)安培力：通电导线在磁场中受到的力(2)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时大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,左手定则：伸开左手，使大拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线穿入手心，四指指向电流的方向，这时大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.,安培力方向的特点：FB，FI，即F垂直于B、I决定的平面注意B、I不一定垂直,课前训练：下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是(),【课堂训练2】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。,将立体图形转换成平面图形,通电导线在磁场中的平衡分析思路(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F安B、F安I；(3)列平衡方程进行求解。,一、安培力作用下通电导体的平衡问题,课堂训练3、如图所示，两平行金属导轨间的距离L0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角为37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场，金属导轨的一端接有电动势E4.5V、内阻r0.50的直流电源现把一个质量m0.040kg的导体ab放在金属导轨上，导轨棒静止，导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R2.5，杆ab与导轨间的动摩擦因数为=0.5，假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力，金属导体电阻不计，g取10m/s2.已知sin370.60，cos370.80，求：(1)导体棒受到的安培力大小；(2)导体棒受到的摩擦力大小；(3)若在电路中串联一个可调电阻来调整回路中的电流，试求使杆ab静止不动的电流范围是多少？,【规范解答】(1)根据闭合电路欧姆定律I1.5A.导体棒受到的安培力F安BIL0.30N.(2)导体棒受力如图，将重力正交分解F1mgsin370.24NF1F安，根据平衡条件mgsin37FfF安解得：Ff0.06N.,（3）如图甲、乙所示是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图，根据甲图列式如下：F1=mgsin+Ff1，Ff1FNmgcos，F1BImaxL，解上述方程得：Imax2.0A。,根据乙图列式如下：F2Ff2=mgsin，Ff2FNmgcos，F2BIminL。解上述方程得：Imin0.4A。因为电路中的最大电流为1.5A，所以电流范围是0.41.5A。,二、安培力的方向及安培力的作用效果分析,1、电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元。先用左手定则判断出其中每小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向。,课堂训练4：如图把轻质导线圈挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动？,2、等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针也可以等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。,例：如图在条形磁铁N极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？,3、结论法：还记得两电流平行时的相互作用力如何判断吗？,例：,同向电流,反向电流,同向电流相互吸引，,反向电流相互排斥.,结论:,3、结论法：两电流平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。,例：,【典型题】、两条直导线相互垂直，如图所示，但相隔一个小距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将（）A、顺时针方向转动，同时靠近导线ABB、顺时针方向转动，同时离开导线ABC、逆时针方向转动，同时离开导线ABD、逆时针方向转动，同时靠近导线AB,D,【结论】：两通电导线有达到电流方向相同，并靠近的趋势,3、结论法：两电流平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。两电流不平行相互作用时，有转到相互平行且电流方向相同且靠近的趋势。,例：,4、特殊位置法：根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置。,例：如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线AB可自由运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，导体AB将（AB的重力不计）A、逆时针转动，同时向下运动B、顺时针转动，同时向下运动C、顺时针转动，同时向上运动D、逆时针转动，同时向上运动,5、转换研究对象法：对于定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向。,课堂训练5：如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的正中央上方固定一长直导线，导线与磁铁