人教版选修3-1第三章第四节 通电导线在磁场中受到的作用力

1、3.4 3.4 通电导线在磁场中通电导线在磁场中 受到的作用力受到的作用力 演示：按照右图所示进行实验。演示：按照右图所示进行实验。 1 1、改变导线中电流的方向，观察受、改变导线中电流的方向，观察受 力方向是否改变。力方向是否改变。 通电导线在磁场中受到的力称为通电导线在磁场中受到的力称为安培力安培力 一、安培力的方向一、安培力的方向 I B F 2 2、上下交换磁极的位置以改变磁场、上下交换磁极的位置以改变磁场 的方向，观察受力方向是否变化的方向，观察受力方向是否变化 F I B F I B I B F F F、B B、I I方向关系 B I F 示意图 安培力方向既与电流方向垂直安培力方

2、向既与电流方向垂直 又与磁场方向垂直，即垂直于电流又与磁场方向垂直，即垂直于电流 和磁场所在的平面和磁场所在的平面 左手定则：左手定则：伸开左手伸开左手, ,使拇指与其使拇指与其 余四个手指垂直余四个手指垂直, ,并且都与手掌在并且都与手掌在 同一平面内同一平面内; ;让磁感应线从掌心进让磁感应线从掌心进 入入, ,并使四指指向电流的方向，这并使四指指向电流的方向，这 时拇指所指的方向就是通电导线在时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磁场中所受安培力的方向 遵循左手定则 B I F 示意图 F I B F I B B B I F B I 判定以下通电导线所受安培力的方向判定以

3、下通电导线所受安培力的方向 3 0 F F I I I B B B 问题：问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间如图所示，两条平行的通电直导线之间 会通过磁场发生相互作用会通过磁场发生相互作用 请用学过的知识加以解释请用学过的知识加以解释 同向电流相互吸引。同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。反向电流相互排斥。 现象现象: : FFF 同向电流 F 反向电流 例.如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以 电流,线圈将会( ) A.纵向收缩,径向膨胀 B.纵向伸长,径向膨胀 C.纵向伸长,径向收缩 D.纵向收缩,径向收缩 纵向 同向电流相互吸引。同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。反向电流相互

4、排斥。 （1 1） 在在匀强磁场匀强磁场中，在通电直中，在通电直 导线与磁场方向导线与磁场方向垂直垂直的情况下，的情况下， 导线所受安培力导线所受安培力F F等于磁感应强等于磁感应强 度度B B、电流、电流I I和导线的长度和导线的长度L L三者三者 的乘积。的乘积。 问题问题: :如果既不平行也不垂直呢？如果既不平行也不垂直呢？ 二、安培力的大小二、安培力的大小 即：即： F=ILB （2 2）平行时：）平行时：F0 B B I N S I I B B 0 o 0F 90 O FIBL 把磁感应强度把磁感应强度B B分解为两个分量：分解为两个分量： 一个分量与导线垂直一个分量与导线垂直 B

5、B1 1=Bsin=Bsin 另一分量与导线平行另一分量与导线平行 B B2 2=Bcos=Bcos 平行于导线的分量平行于导线的分量B B2 2不对通电导线产生作不对通电导线产生作 用力，通电导线所受作用力仅由用力，通电导线所受作用力仅由B B1 1决定决定 即即F=F=ILBILB1 1 F=F=ILBILBsinsin B B2 2 B B1 1 将将B B1 1=Bsin=Bsin代入得代入得 通电直导线与磁场方向通电直导线与磁场方向不垂直不垂直的情况的情况 二、安培力的大小二、安培力的大小 公式：公式： F=F=ILBILBsinsin 表示磁场方向与电流方向间的夹角表示磁场方向与电

6、流方向间的夹角 在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场 二、安培力的大小二、安培力的大小 L L是有效长度是有效长度, ,不一定是导线的总长度不一定是导线的总长度 如果与磁感线垂直的平面内的通电导线为一等如果与磁感线垂直的平面内的通电导线为一等 边直角三角形的两条直角边，此时电流受到的安培力边直角三角形的两条直角边，此时电流受到的安培力 怎样求？大小多少？方向怎样？怎样求？大小多少？方向怎样？两力的合力大小方向两力的合力大小方向 怎样？如果电流沿怎样？如果电流沿ab边从边从a到到b，ab边受安培力多大？边受安培力多大？ ILBILB 0 如果是一闭合回路如果是一闭

7、合回路 受力又是多少受力又是多少? 2 说说下面各图的有效长度说说下面各图的有效长度 NS F （1 1）绳子拉力）绳子拉力_ ( (变大变大, ,变小变小, ,不变不变) ) （2 2）桌面对磁铁的支持）桌面对磁铁的支持 力力_ （3 3）桌面对磁铁的摩擦）桌面对磁铁的摩擦 力力_(_(有有, ,无无).). 变大变大 变小变小 无无 N S F 桌面对磁铁的摩擦力桌面对磁铁的摩擦力 _(_(有有, ,无无) ) 方向方向_._. 有有 水平向右水平向右 课堂训练课堂训练 F B 1.1.如图所示，蹄形磁体用悬线悬于如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O O点，在点，在 磁铁的正下方有一水平放置的长

8、直导线，当导磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导 线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动 情况将是情况将是( )( ) A A静止不动静止不动 B B向纸外平动向纸外平动 C CN N极向纸外，极向纸外，S S极向纸内转动极向纸内转动 D DN N极向纸内，极向纸内，S S极向纸外转动极向纸外转动 2.两条导线互相垂直，但相隔一小段距离， 其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所 示电流后，cd导线将（） A.顺时针方向转动，同时靠近ab B.逆时针方向转动，同时离开ab C.顺时针方向转动，同时离开ab D.逆时针方向转动，同时靠近ab a

9、b c d I I 0 00.02N0.02N 水平向右水平向右 0.02N0.02N 垂直导线垂直导线 斜向左上方斜向左上方 3.3.将长度为将长度为20cm20cm、通有、通有0.1A0.1A电流的直导线电流的直导线 放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所 示，已知磁感应强度为示，已知磁感应强度为1T1T。试求出下列各图中。试求出下列各图中 导线所受安培力的大小和方向导线所受安培力的大小和方向 I B I B 3 0 I B F 4.在图中，匀强磁场磁感应强度为B，有一段长L， 通有电流为I I的直导线ab，电流方向从a到b，则导 线所受磁场力大小

10、和方向如何？并将立体图改画为 平面图 B 竖直竖直 b a z x y B O B a b F B B F B x y a b 四、磁电式电流表四、磁电式电流表 1 1、磁电式电流表的构造、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁：刻度盘、指针、蹄形磁 铁、极靴（软铁制成）铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱、螺旋弹簧、线圈、圆柱 形铁芯（软铁制成）。形铁芯（软铁制成）。 铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。 . 问题问题1 1电流表中磁场分布有何特点呢？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电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布均匀辐

11、向分布的的. . 所谓所谓均匀辐向分布均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长，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，在以铁芯为中心的圆圈上， 各点的磁感应强度各点的磁感应强度B B的的大小是相等大小是相等的的. . 该磁场该磁场并非匀强磁场并非匀强磁场 问题问题2 2该磁场是否匀强磁场？该磁场是否匀强磁场？ 问题问题3 3该磁场的特点？该磁场的特点？ 2 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理 1 1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是

12、均匀地辐射分布的，不管、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，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，线圈转动使这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹螺旋弹 簧簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小被扭动，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随线圈转动的角度增大而 增大，当这种增大，当这种阻碍力矩和阻碍力矩和 安培力产生的使线圈转动安培力产生的使

13、线圈转动 的力矩相平衡的力矩相平衡时，线圈停时，线圈停 止转动。止转动。 2 2、磁场对电流的、磁场对电流的作用力与电流成正比作用力与电流成正比，因而，因而 线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，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 的偏转角度的的偏转角度的大小大小，可以知道被测电流的强弱。，可以知道被测电流的强弱。 3 3、当线圈中的电流、当线圈中的电流方向方向发生变化时，安培力的发生变化时，安培力的 方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，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

14、偏转方向，可以知道被测电流所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流 的方向。的方向。 表盘的刻度均匀，表盘的刻度均匀，I I 3 磁电式电流表的特点磁电式电流表的特点 1)1)、表盘的刻度均匀，、表盘的刻度均匀，II。 2)2)、灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。、灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。 3)3)、满偏电流、满偏电流IgIg，内阻，内阻RgRg反映了电流表的反映了电流表的 最主要特性。最主要特性。 1.如图所示，通电直导线A与圆形通电导线环B 固定放置在同一水平面上,通有如图所示的电 流时,通电直导线受到水平向 的安培力 作用.当A、B中电流大小保持不变,但同时改变 方向时,通电直

15、导线A所受的安培力方向水平 向 . A I B I 2.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使 它的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组 成如图所示的电波,当开关接通后,将看到的现 象 是( ) A.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长 C.弹簧上下振动 D.弹簧仍静止不动 S 3.如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢 地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强 磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中, 所受的安培力大小变化是( ) B A.逐渐变大 B.先变大后变小 C.逐渐变小 D.先变小后变大 I 4.如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸 面水平放置一根长为L、质量为m的通电直导线， 电流方

16、向垂直纸面向里，欲使导线静止在斜面上， 外加磁场，磁感应强度的大小和方向可以是 ( ) A.B=mgsin/IL，方向垂直斜面向下 B.B=mgtan /IL，方向竖直向下 C.B=mg/IL，方向水平向左 D.B=mgcos/IL，方向水平向左 I 5 5、如图所示，在倾角为如图所示，在倾角为3030o o的斜面上，放置两条宽的斜面上，放置两条宽L L 0.5m0.5m的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接 在导轨上，在导轨上横放一根质量为在导轨上，在导轨上横放一根质量为m m0.2kg0.2kg的金属棒的金属棒 abab，电源电动势，电源电动势E E12V12V，内阻，内阻r r0.30.3，磁场方向垂直，磁场方向垂直 轨道所在平面，轨道所在平面，B B0.8T0.8T。欲使棒。