第四节磁场对通电导线作用力二

1、第四节磁场对通电导线作用力二 磁电式电流表的工作原理磁电式电流表的工作原理 第四节磁场对通电导线的作用力第四节磁场对通电导线的作用力(二）二） 第四节磁场对通电导线作用力二 一、安培力一、安培力 1. 1.安培力的大小：安培力的大小： 2. 2.安培力公式的适用条件；安培力公式的适用条件； 一般只适用于匀强磁场或在导线范围内是一个恒量；一般只适用于匀强磁场或在导线范围内是一个恒量； 导线垂直于磁场；导线垂直于磁场； L L为导线的有效长度，为导线的有效长度， 若若B和和I垂直时：垂直时： F=BIL 若若B和和I平行时：平行时：F0 若若B和和I成时成时角时：角时： F = BILsin 第四

2、节磁场对通电导线作用力二 任意弯曲的通电导线的等效长度相当于连接导任意弯曲的通电导线的等效长度相当于连接导 线两端直线段的长度线两端直线段的长度 思考：闭合通电回路在磁场中受安培力多大？思考：闭合通电回路在磁场中受安培力多大？ 第四节磁场对通电导线作用力二 二、安培力方向的判定二、安培力方向的判定-左手定则左手定则 1.1.通电导线所受的安培力方向和磁场通电导线所受的安培力方向和磁场B B的方向、电的方向、电 流方向之间的关系，可以用左手定则来判定流方向之间的关系，可以用左手定则来判定. . 2. 2.安培力安培力F的方向总是垂直于磁感线与通电导线的方向总是垂直于磁感线与通电导线 构成的平面，

3、既与磁场的方向垂直，又与电流方向垂构成的平面，既与磁场的方向垂直，又与电流方向垂 直，但磁场方向与电流方向不一定垂直直，但磁场方向与电流方向不一定垂直 第四节磁场对通电导线作用力二 例例1.1.下列关于通电直导线在匀强磁场中受安培下列关于通电直导线在匀强磁场中受安培 力的说法，正确的有力的说法，正确的有 A.A.安培力的方向与磁场方向垂直，同时又与电流方安培力的方向与磁场方向垂直，同时又与电流方 向垂直向垂直 B.B.若某段导线在磁场中取某一方向时受到的磁场力若某段导线在磁场中取某一方向时受到的磁场力 最大，此时导线必与磁场方向垂直最大，此时导线必与磁场方向垂直 C.C.若导线受到的磁场力为若

4、导线受到的磁场力为0 0，导线所在处的磁感应，导线所在处的磁感应 强度必为强度必为0 0 D.D.安培力的大小只跟磁场的强弱和电流有关安培力的大小只跟磁场的强弱和电流有关 ( ( A BA B ) ) 第四节磁场对通电导线作用力二 自由自由 固定固定 F F 两电流不平行时，有转动到相互平行两电流不平行时，有转动到相互平行 且电流方向相同的趋势且电流方向相同的趋势 例题例题 第四节磁场对通电导线作用力二 NS I F F NS F 第四节磁场对通电导线作用力二 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

5、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 第四节磁场对通电导线作用力二 例例2：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在 磁铁磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且 垂直于线圈平面。当线圈内通入如图所示的垂直于线圈平面。当线圈内通入如图所示的 电流后，判断线圈如何运动？电流后，判断线圈如何运动？ 向左摆动向

6、左摆动 第四节磁场对通电导线作用力二 例题例题3：如图：如图,在条形磁铁在条形磁铁S极附近悬挂一个线圈，极附近悬挂一个线圈， 磁铁水平放置，其轴线与线圈共面并通过线圈磁铁水平放置，其轴线与线圈共面并通过线圈 的圆心，当线圈中的电流沿图示方向时，线圈的圆心，当线圈中的电流沿图示方向时，线圈 将会如何运动？将会如何运动？ ISN 从上向下看逆时针从上向下看逆时针 转动的同时向右摆动转动的同时向右摆动 第四节磁场对通电导线作用力二 例例4：在倾斜角为在倾斜角为的光滑斜面上的光滑斜面上,置一置一 通有电流通有电流I,长为长为L,质质 量为量为m的导的导 体棒，体棒， 如图所示如图所示,在竖直向上的磁场

7、中静止，则在竖直向上的磁场中静止，则 磁感应强度磁感应强度B为为 _. F B mg FN 第四节磁场对通电导线作用力二 引申引申1：欲使它静止在斜面上欲使它静止在斜面上, 外加磁场的磁感应强度外加磁场的磁感应强度B 的最小值为的最小值为_, 方向方向_. 引申引申2：欲使它静止在斜面上欲使它静止在斜面上,且对斜面无压且对斜面无压 力力, 外加磁场的磁感应强度外加磁场的磁感应强度B的最小值为的最小值为 _, 方向方向_. X G N F B mgsin=BIL B=mgsin/IL mg=BIL B=mg/IL X G F B 第四节磁场对通电导线作用力二 三、磁电式电流表三、磁电式电流表 1

8、 1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、 极靴（软铁制成）极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯 （软铁制成）。（软铁制成）。 最基本的是磁铁和线圈。最基本的是磁铁和线圈。 铁芯、线圈和指针是铁芯、线圈和指针是 一个整体可以转动。一个整体可以转动。 第四节磁场对通电导线作用力二 问题电流表中磁场分布有何特点呢？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所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线

9、 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，该磁场并非匀强磁场， 但在以铁芯为中心的但在以铁芯为中心的 圆圈上，各点的磁感圆圈上，各点的磁感 应强度应强度B的大小是相的大小是相 等的等的. 第四节磁场对通电导线作用力二 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

10、 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，线圈转动使螺旋弹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，其簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其 大小大小 随线圈转动的角度增随线圈转动的角度增 大而增大，当这种阻大而增大，当这种阻 碍力矩和安培力产生碍力矩和安培力产生 的使线圈转动的力矩的使线圈转动的力矩 相平衡时，线圈停止相平衡时，线圈停止 转动。转动。 第四节磁场对通电导线作用力二 第四节磁场对通电导线作用力二 2 2、磁场对电流的作用力与电流成

11、正比，因而线圈、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。的大小，可以知道被测电流的强弱。 3 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方、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。根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。 2 2、电流表的工作原理

12、、电流表的工作原理 第四节磁场对通电导线作用力二 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。 第四节磁场对通电导线作用力二 4、电表的指针转过的角度：、电表的指针转过的角度： nBLd I k q= 5、磁电式仪表的特点、磁电式仪表的特点 (1).灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的 导线很细，允许通过的电

13、流很小。导线很细，允许通过的电流很小。 (2).电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的 (3).电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方 向转动。向转动。 第四节磁场对通电导线作用力二 四、判断安培力作用下物体运动情况的方法四、判断安培力作用下物体运动情况的方法 1、电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流，用左、电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流，用左 手定则判出每微段安培力的方向，最后确定运动方向手定则判出每微段安培力的方向，最后确定运动方向 2、特殊位置法：把电流或磁铁拉到一个便于分析

14、的特殊、特殊位置法：把电流或磁铁拉到一个便于分析的特殊 位置后再判断所受安培力的方向，从而确定运动方向位置后再判断所受安培力的方向，从而确定运动方向 3、等效法：将环形电流和通电螺线管等效成条形磁铁，、等效法：将环形电流和通电螺线管等效成条形磁铁， 或将条形磁铁等效成环形电流或通电螺线管。通电螺线或将条形磁铁等效成环形电流或通电螺线管。通电螺线 管也可以等效成很多匝的环形电流来分析管也可以等效成很多匝的环形电流来分析 4、利用结论法：同向电流相互吸引，反向电流相互排、利用结论法：同向电流相互吸引，反向电流相互排 斥，两电流平行时无转动趋势；两电流不平行时有转动斥，两电流平行时无转动趋势；两电流

15、不平行时有转动 到相互平行且电流方向相同的趋势到相互平行且电流方向相同的趋势 第四节磁场对通电导线作用力二 例例5 5如图如图3-113-11所示，在条形磁铁所示，在条形磁铁N N极附近悬挂一个圆线极附近悬挂一个圆线 圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图 示的方向流动时，将会出现下列哪种情况？示的方向流动时，将会出现下列哪种情况？ A A线圈向磁铁平移；线圈向磁铁平移； B B线圈远离磁铁平移；线圈远离磁铁平移； C C从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁；从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁； D D从上往下看，线圈逆时

16、针转动，同时靠近磁铁从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁 ( C ) 第四节磁场对通电导线作用力二 例例6 6：如图在条形磁铁：如图在条形磁铁N N极附近悬挂一个线圈，当线圈中通极附近悬挂一个线圈，当线圈中通 有从左向右看逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏有从左向右看逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏 转？转？ 解：用解：用“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”最简单：最简单： 条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的，与线圈中条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的，与线圈中 的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多所以线的电流方向相反，互相

17、排斥，而左边的线圈匝数多所以线 圈向右偏转。（本题如果用圈向右偏转。（本题如果用“同名磁极相斥，异名磁极相同名磁极相斥，异名磁极相 吸吸”将出现判断错误，因为那只适用于线圈位于磁铁外部将出现判断错误，因为那只适用于线圈位于磁铁外部 的情况。）的情况。） S N 第四节磁场对通电导线作用力二 例例7.7.一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图11-2-211-2-2所示所示 的匀强强场中，此时悬线中的张力大小小于铜棒的重力，的匀强强场中，此时悬线中的张力大小小于铜棒的重力， 欲使悬线中张力变为欲使悬线中张力变为0 0，可采用的方法是，可采用的方法是 A.A.保持

18、原磁场不变，适当增大电流且方向不变保持原磁场不变，适当增大电流且方向不变 B.B.使电流反向，并适当减弱磁场使电流反向，并适当减弱磁场 C.C.电流大小、方向不变，适当增强磁场电流大小、方向不变，适当增强磁场 D.D.使磁场反向，适当增大电流并反向使磁场反向，适当增大电流并反向 ( A CA C ) 第四节磁场对通电导线作用力二 例例8.8.如图如图11-2-411-2-4所示，给一根松弛的导体线所示，给一根松弛的导体线 圈中通上电流，线圈将会圈中通上电流，线圈将会 A.A.纵向收缩，径向膨胀纵向收缩，径向膨胀 B.B.纵向伸长，径向膨胀纵向伸长，径向膨胀 C.C.纵向伸长，径向收缩纵向伸长，

19、径向收缩 D.D.纵向收缩，径向收缩纵向收缩，径向收缩 (A) 第四节磁场对通电导线作用力二 例例9 9：如图：如图11-2-711-2-7所示，把一重力不计的通电导线水平放在蹄形所示，把一重力不计的通电导线水平放在蹄形 磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向 电流电流I I时，导线的运动情况是时，导线的运动情况是( (从上往下看从上往下看) ) A.A.顺时针方向转动，同时下降；顺时针方向转动，同时下降； B.B.顺时针方向转动，同时上升；顺时针方向转动，同时上升； C.C.逆时针方向转动，同时下降；逆时针方向转动，同时下

20、降； D.D.逆时针方向转动，同时上升；逆时针方向转动，同时上升； 【题后小结】定性判断通电导线【题后小结】定性判断通电导线 或线圈在安培力作用下的运动问题：或线圈在安培力作用下的运动问题： 主要方法：主要方法：(1)(1)电流元法；电流元法；(2)(2)特殊位置法；特殊位置法；(3)(3)等效法；等效法； (4)(4)利用结论法；利用结论法； ( A A ) 第四节磁场对通电导线作用力二 例例1010：如图：如图11-2-811-2-8所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正 中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通中央的上方固定一根长直导线，导线

21、与磁铁垂直，给导线通 以垂直纸面向外的电流，则以垂直纸面向外的电流，则 A.A.磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用；磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用； B.B.磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C.C.磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D.D.磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用 ( A A ) 【题后小结】【题后小结】 本题步骤：本题步骤： 1 1、先确定电流所在位置的磁场，、先确定电流所在位置的磁场， 2 2、再分析其受力、再分析其受力

22、3 3、最终要根据相互作用的原理以确定、最终要根据相互作用的原理以确定 磁体的受力得出最终结果磁体的受力得出最终结果. . 若不在中央？若不在中央？ 第四节磁场对通电导线作用力二 例例1111：如图：如图11-2-5(a)11-2-5(a)，相距，相距20cm20cm的两根光滑平行铜导轨，导的两根光滑平行铜导轨，导 轨平面倾角为轨平面倾角为a=37a=370 0，上面放着质量为，上面放着质量为80g80g的金属杆的金属杆abab，整个装，整个装 置放在置放在B=0.2TB=0.2T的匀强磁场中的匀强磁场中. . (1) (1)若磁场方向竖直向下，要使金属杆静止在导轨上，若磁场方向竖直向下，要使

23、金属杆静止在导轨上， 必须通以多大的电流必须通以多大的电流. . (2) (2)若磁场方向垂直斜面向下，要使金属杆静止在若磁场方向垂直斜面向下，要使金属杆静止在 导轨上，必须通以多大的电流。导轨上，必须通以多大的电流。 ( 15A ) ( 12A ) 第四节磁场对通电导线作用力二 例例1212：如图：如图11-2-611-2-6所示，在同一水平面上的两导轨相互所示，在同一水平面上的两导轨相互 平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，一根质量为平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，一根质量为3.6kg3.6kg， 有效长度为有效长度为2m2m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流 为为5A5A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增加到时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增加到 8A8A时，金属棒的加速度