高二物理 选修3-1 3.4 通电导线在磁场中受到的力

1、 学习目标：学习目标： 1、掌握安培力方向的判断；、掌握安培力方向的判断； 2、掌握安培力大小的计算方法；、掌握安培力大小的计算方法； 3、了解磁电式电流表原理。、了解磁电式电流表原理。 重点难点：安培力大小的计算及方向的重点难点：安培力大小的计算及方向的 判定判定 通电导线在磁场中受到的力叫做通电导线在磁场中受到的力叫做 安培力安培力。 安培力：安培力： 一、安培力的方向一、安培力的方向 1 1）上下交互磁场的位置，观察导）上下交互磁场的位置，观察导 体运动体运动( (受力）方向是否变化。受力）方向是否变化。 3 3）通过这两种情况的分析，我们实际上已经了）通过这两种情况的分析，我们实际上已

2、经了 解了通电导体受力的方向与解了通电导体受力的方向与磁场方向磁场方向、电流方向电流方向 的关系。你能用简洁的方法表示这个关系吗？的关系。你能用简洁的方法表示这个关系吗？ 2 2）改变导线中电流的方向，观察导）改变导线中电流的方向，观察导 体运动（受力）方向是否改变。体运动（受力）方向是否改变。 B I F 左手定则：左手定则： 伸开左手，使拇指与伸开左手，使拇指与 四个手指垂直，并且都与四个手指垂直，并且都与 手掌在同一个平面内；让手掌在同一个平面内；让 磁感线垂直穿过掌心，并磁感线垂直穿过掌心，并 使四指指向电流的方向，使四指指向电流的方向， 这时拇指所指的方向就是这时拇指所指的方向就是

3、通电导线在磁场中所受安通电导线在磁场中所受安 培力的方向培力的方向 安培力的方向与电流方向和安培力的方向与电流方向和 磁感应强度方向都垂直。磁感应强度方向都垂直。 画出图中通电导线所受力的方向。画出图中通电导线所受力的方向。 F I B I B F I B B I I B B 3 0 I F F BB I F 画出图中通电导线所受力的方向。画出图中通电导线所受力的方向。 B B F 演示：演示：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 同向电流相互同向电流相互吸引吸引。 反向电流相互反向电流相互排斥排斥。 结论结论: :

4、 FFF 同向电流同向电流 F 反向电流反向电流 二、安培力的大小二、安培力的大小 F FILBILB 当当B BI I时时 F F0 0 当当B B和和I I夹角为夹角为 时，时，F的方向？的方向？ F的的大小大小? ? 当当B BI I时时 N S I N S I I N S 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： 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用不对通电导线产生作用 力，通电导线所受作用力仅由力，通电导线所受作用力仅由B B1 1决定决定 F=I LBsin 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怎样处理？的情况

5、怎样处理？ 垂直垂直 B1=B sin 平行平行 B2=B cos I B B B B2 2 B B1 1 或或F=BI Lsin I N S 对公式对公式F=BILsinF=BILsin的理解：的理解： 2 2、F F 不仅与不仅与B B、I I、L L有关，还与放置方式有关，还与放置方式 有关有关 解决解决：B B与与I I不垂直时，不垂直时，分解分解B B或把或把L L朝垂直朝垂直 B B方向投影方向投影 1 1、只适用匀强磁场、只适用匀强磁场 3 3、对公式中、对公式中的理解：的理解： 指的是指的是B B与与L L之间的夹角！之间的夹角！ 例例3：如图所示如图所示,在倾角为在倾角为的光

6、滑斜面的光滑斜面 上上,有一导体棒，电流为有一导体棒，电流为I,长为长为L,质质 量为量为 m，在竖直向上的磁场中静止，则磁感，在竖直向上的磁场中静止，则磁感 应强度应强度B为为_. B B=mgtan/IL 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,且且对斜面无压力对斜面无压力, 外加磁场外加磁场 的磁感应强度的磁感应强度B的最小值为的最小值为 _, 方向方向_. mgsin=BIL B=mgsin/IL mg=BIL B=mg/IL B B 1 1

7、、电流表的构造、电流表的构造 最基本的部分是最基本的部分是 磁铁磁铁和放在磁铁两级和放在磁铁两级 间的间的线圈线圈。 三、磁电式电流表三、磁电式电流表 2 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理: : 1 1、当电流通过线圈时，线圈左右两边受到方向相反的安培、当电流通过线圈时，线圈左右两边受到方向相反的安培 力，使线圈发生转动，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，反抗线力，使线圈发生转动，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，反抗线 圈转动。圈转动。 3 3、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通、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，它的平面都跟磁感线平行，表盘的电线圈转

8、到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，表盘的 刻度就是均匀的了。刻度就是均匀的了。 2 2、电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。所、电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。所 以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。 3 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；）灵敏度高，但过载能力差； 3 3）只能用来测量直流电流。）只能用来测量直流电流。 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）

9、桌面对磁铁的支持力）桌面对磁铁的支持力 _ （3 3）桌面对磁铁的摩擦力）桌面对磁铁的摩擦力 _(_(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 练习：如图所示，金属杆练习：如图所示，金属杆 ab的质量为的质量为m，长为，长为L， 通过的电流为通过的电流为I，处在磁，处在磁 感应强度为感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场 中，结果中，结果ab静止在水平导静止在水平导 轨上。若磁场方向与水平轨上。若磁场方向与水平 导轨成导轨成 角，求：角，求：

10、（1 1）棒）棒abab受到的摩擦力；受到的摩擦力； （2 2）棒对导轨的压力。）棒对导轨的压力。 B a b 如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电 导线，电流强度为导线，电流强度为I，磁感应强度为，磁感应强度为B，求各，求各 导线所受到的安培力导线所受到的安培力 如图所示导体框中电流为如图所示导体框中电流为I，导体框垂直于磁，导体框垂直于磁 场放置，磁场磁感应强度为场放置，磁场磁感应强度为B，AB与与CD相相 距为距为d，则在图甲、乙两种情况下，导体棒，则在图甲、乙两种情况下，导体棒 MN和和MON受到的安培力为多少？受到的安培力为多少？(图乙中图

11、乙中 MN连线垂直于框架连线垂直于框架AB、CD) 质量为质量为m0.02kg的通电细杆的通电细杆ab置于倾置于倾 角为角为37的平行放置的导轨上，导轨的宽的平行放置的导轨上，导轨的宽 度度d0.2m，杆，杆ab与导轨间的动摩擦因数与导轨间的动摩擦因数 0.4，磁感应强度，磁感应强度B2T的匀强磁场与导轨平面的匀强磁场与导轨平面 垂直且方向向下，如图所示现调节滑动变阻垂直且方向向下，如图所示现调节滑动变阻 器的触头，试求出为使杆器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过静止不动，通过ab 杆的电流范围为多少？杆的电流范围为多少？ 如图所示，两平行光滑导轨相距为如图所示，两平行光滑导轨相距为20c

12、m20cm，金属，金属 棒棒MNMN的质量为的质量为1010g g，电阻，电阻R R88，匀强磁场的磁，匀强磁场的磁 感应强度感应强度B B0.8T0.8T，方向竖直向下，电源电动势，方向竖直向下，电源电动势E E 10V10V，内阻，内阻r r11，当电键，当电键K K闭合时，闭合时，MNMN恰好平恰好平 衡，求变阻器衡，求变阻器R R1 1的取值为多少？设的取值为多少？设4545. . 如图所示，在倾角为如图所示，在倾角为3737的光滑斜面上有一的光滑斜面上有一 根长为根长为0.4m0.4m，质量为，质量为6 61010 2 2kg kg的通电直导线，的通电直导线， 电流电流I I1A1A

13、，方向垂直纸面向外，导线用平行，方向垂直纸面向外，导线用平行 于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应 强度每秒增加强度每秒增加0.4T0.4T，方向竖直向上的磁场中，方向竖直向上的磁场中， 设设t t0 0，B B0 0，则需要多长时间斜面对导线的，则需要多长时间斜面对导线的 支持力为零？支持力为零？( (g g取取10m/s10m/s2 2) ) 如图所示，在蹄形磁铁的上方，放置一个可以如图所示，在蹄形磁铁的上方，放置一个可以 自由运动的通电线圈自由运动的通电线圈abcdabcd，最初线圈平面与蹄，最初线圈平面与蹄 形磁铁处于同一竖直面内则通电线圈的运动形磁铁处于同一竖直面内则通电线圈的运动 情况是情