湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：磁场对电流的作用力

1、磁场对电流的作用力大课课件大课课件3838 1.安培力的大小: F = BIL (BIL ) 说明: (1) L是导线的有效长度 (2) B一定是匀强磁场，一定是导线所在处的磁感应强度值. 2.安培力的方向左手定则 注意：F一定垂直I、B； I、B可以垂直可以不垂直。BIF例1.如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L,且abc=bcd=135.流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示.导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 ( )A.方向沿纸面向上,大小为( +1)ILBB.方向沿纸面向上,大小为( -

2、1)ILBC.方向沿纸面向下,大小为( +1)ILBD.方向沿纸面向下,大小为( -1)ILB2222答案答案 A练习1：如图，水平放置的光滑金属导轨M、N，平行地置于匀强磁场中，间距为d，磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面夹角为，金属棒a、b的质量为m，放在导轨上且与导轨垂直，电源电动势为E，定值电阻为R，其余电阻不计，则当电键K闭合时，棒a、b受到的安培力的大小为多少？方向怎样？棒的加速度大小为多少？SEBa aMNabR/,sin/EBdRaEBdmRa aa a 与与直直方方向向成成 角角向向左左下下练习2.如图所示，一位于xy平面内的矩形通电线框只能绕ox轴转动，线圈的4个边分

3、别与x、y轴平行，线圈中电流方向如图，当空间加上如下所述的哪种磁场线圈会转动起来： A.方向沿x轴的恒定磁场 B.方向沿y轴的恒定磁场 C.方向沿z轴的恒定磁场 D.方向沿x轴的反方向的恒定磁场B二、磁电式电流表如图所示,蹄形磁铁和圆柱形铁芯间的磁场是均匀辐向磁场,不管通电线圈在磁场中转到什么位置,线圈平面都跟磁场平行,线圈中电流越大,偏转角也越大,与I成正比.因通电线圈中的电流方向改变时,指针（或线圈）偏转的方向随之改变,故根据电流表指针偏转方向可判定电路中的电流方向.磁电式电流表有什么优缺点?优点：灵敏度高优点：灵敏度高, ,能测出很弱的电流能测出很弱的电流. .缺点：线圈的导线很细缺点：

4、线圈的导线很细, ,允许通过的电流很弱允许通过的电流很弱. .题型题型1 1 通电导体在安培力作用下运动方向的判断通电导体在安培力作用下运动方向的判断 例1如图所示, 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面.当线圈内通以如图方向的电流后,线圈的运动情况是 （）A.线圈向左运动B.线圈向右运动C.从上往下看顺时针转动D.从上往下看逆时针转动典型题例解法一解法一 电流元法电流元法. .首先首先将圆形线圈分成很多小段将圆形线圈分成很多小段, ,每一每一段可看做一直线电流段可看做一直线电流, ,取其中上、取其中上、下两小段分析下两小段分析, ,其截面图和受安培

5、力情况如其截面图和受安培力情况如右图所示右图所示. .根据对称性可知根据对称性可知, ,线圈所受安培线圈所受安培力的合力水平向左力的合力水平向左, ,故线圈向左运动故线圈向左运动. .只有只有选项选项A A正确正确. .解法二解法二 等效法等效法. .将环形电流等效成一条形将环形电流等效成一条形磁铁磁铁, ,如下图所示如下图所示, ,据异名磁极相吸引知据异名磁极相吸引知, ,线圈线圈将向左运动将向左运动, ,选选A.A.也可将左侧条形磁铁等效成也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流一环形电流, ,根据结论根据结论“同向电流相吸引同向电流相吸引, ,异异向电流相排斥向电流相排斥”. .也可判断出线圈

6、向左运动也可判断出线圈向左运动, ,选选A.A.答案答案 A方法提炼方法提炼判断通电导体在安培力作用下的运动方向判断通电导体在安培力作用下的运动方向: :清楚导线所在位置的磁场分布情况清楚导线所在位置的磁场分布情况, ,然后结合然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动运动. .往往采用以下几种方法往往采用以下几种方法: : 电流电流元法元法 把整段导线分为多段直电流元把整段导线分为多段直电流元, ,先用先用左手定则判断每段电流元受力的方左手定则判断每段电流元受力的方向向, ,然后判断整段导线所受合力的方然后判断整段导线所受合力的方向向,

7、,从而确定导线运动方向从而确定导线运动方向等效等效法法环形电流可等效成小磁针环形电流可等效成小磁针, ,通电螺线通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形管可以等效成条形磁铁或多个环形电流电流, ,反过来等效也成立反过来等效也成立 特殊位特殊位置法置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置位置, ,然后判断其所受安培力的方向然后判断其所受安培力的方向, ,从而从而确定其运动方向确定其运动方向 推论法推论法 两平行直线电流在相互作用过程中两平行直线电流在相互作用过程中, ,无转无转动趋势动趋势, ,同向电流互相吸引同向电流互相吸引, ,反向电流互相反向电流互相

8、排斥排斥; ;两不平行的直线电流相互作用时两不平行的直线电流相互作用时, ,有有转动到平行且电流方向相同的趋势转动到平行且电流方向相同的趋势 转换研究转换研究对象法对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题的问题, ,可先分析电流在磁体磁场中所受可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力的安培力, ,然后由牛顿第三定律然后由牛顿第三定律, ,确定磁体确定磁体所受电流磁场的反作用力所受电流磁场的反作用力, ,从而确定磁体从而确定磁体所受合力及运动方向所受合力及运动方向 电流元分析法：如图所示，把一重力不计的通电导线水平放在蹄形如图所示，把一重力不计的通电导线

9、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入图示方向电流I I时，导线的运动情况是时，导线的运动情况是( (从上往下从上往下看看)( )( ) 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；A特殊位置法：电流之间的相互作用电流之间的相互作用反相电流相互排斥反相电流相互排斥同相电流相互吸引同相电流相互吸引推论法推论法通以如图所示的电流

10、弹簧会发生什么现象？ 如图所示，原来静止的圆形线圈通以逆时如图所示，原来静止的圆形线圈通以逆时针方向的电流针方向的电流I，在其直径，在其直径AB上靠近上靠近B点放点放一根垂直于线圈平面的固定不动的长直导一根垂直于线圈平面的固定不动的长直导线线I，电流方向如图中所示，在磁场作用下，电流方向如图中所示，在磁场作用下圆线圈将（圆线圈将（ ） A向左平动；向左平动； B向右平动；向右平动； C以直径以直径AB为轴转动，为轴转动， 并向左运动。并向左运动。 D静止不动静止不动C 一根通有电流为一根通有电流为I1的长直导线的长直导线OO竖直放置，竖直放置，另有一矩形导线框另有一矩形导线框abcd的平面放在

11、竖直平的平面放在竖直平面内，通有如图所示的电流面内，通有如图所示的电流I2，OO 到到abcd平面的距离为平面的距离为4r，边长，边长ab = cd = 5r，ad = bc = 6r，且，且ab 和和cd 两边所在处的磁两边所在处的磁感强度大小均为感强度大小均为B（由（由I1产生）。求产生）。求ab和和cd所受安培力的大小，并说明方向。所受安培力的大小，并说明方向。需要画俯视图需要画俯视图Fab=B5r I2=5BrI2，方，方向沿向沿oa向外背离向外背离OO；Fcd=B5r I2=5BrI2,方向方向沿沿do向里指向向里指向OO。题型题型2 2 安培力与力学知识的综合应用安培力与力学知识的

12、综合应用例例2 2 如图所示, 在倾角=30的斜面上,固定一金属框,宽L=0.25 m,接入电动势E=12 V,内阻不计的电源,垂直框面放有一根质量m=0.2 kg的金属棒ab,它与框架的动摩擦因数= ,整个装置放在磁感应强度B =0.8 T,垂直框面向上的匀强磁场中.当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时,可使金属棒静止在框架上?框架与棒的电阻不计,g取10 m/s2.63思维导图思维导图解析 （1）当变阻器R取值较大时,I 较小,安培力F较小,在金属棒重力分力mgsin 作用下,使棒有沿框架下滑趋势,框架对棒的摩擦力F1沿框面向上,如右图所示.金属棒刚好不下滑时满足平衡条件.B L+mgc

13、os-mgsin=0得R= = = =4.8 =4.8 RE)cos(sinmgBEL)23635 . 0(102 . 025. 0128 . 0（2 2）当变阻器）当变阻器R R取值较小时取值较小时, ,I I较大较大, ,安培力安培力F F较大较大, ,会使金属棒产生沿框面上滑趋势会使金属棒产生沿框面上滑趋势. .因此因此, ,框架对棒框架对棒的摩擦力的摩擦力F F2 2沿框面向下沿框面向下, ,如右图所示如右图所示. .金属棒刚好金属棒刚好不上滑时满足平衡条件不上滑时满足平衡条件. .B LB L- -mgmgcoscos- -mgmgsinsin=0=0得得R R= = = =1.6

14、=1.6 所以滑动变阻器所以滑动变阻器R R的取值范围为的取值范围为1.6 1.6 R R4.8 .4.8 .答案答案 1.6 1.6 R R4.8 4.8 RE)cos(sinmgBEL)23635 . 0(102 . 025. 0128 . 0题型题型3 “3 “导体棒导体棒”模型模型例例3：如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置,一长方体绝缘容器内部高为L,厚为d,左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b,上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极）,并经开关S与电源连接.容器中注满能导电的液体,液体的密度为.将容器置于一匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里.当开关断开时,竖直管

15、子a、b中的液面高度相同;开关S闭合后,a、b管中液面将出现高度差.若闭合开关S后,a、b管中液面将出现高度差为h,电路中电流表的读数为I,求磁感应强度B的大小.解析解析 开关S闭合后,导电液体中有电流由C流向D,根据左手定则可知导电液体要受到向右的安培力F的作用,在液体中产生附加压强p,这样a、b管中液面将出现高度差.设液体中产生附加压强为p,则:p=p=ghF=BILS=Ld所以磁感应强度的大小为B=答案SFIghdIghd例4：如图所示, 半径为R的绝缘轻质细圆环上均匀分布着电荷量为Q的正电荷,将环垂直放入磁感应强度为B的匀强磁场中,若环能承受的最大拉力为F,问环至少以多大的角速度旋转时

16、可将圆环拉断?解析 设圆环旋转的角速度为,则圆环电荷随圆环转动形成的电流为I=2QTQ取半圆为研究对象,受力如图所示F安=BIL=B 2R=当F安=2F时环可被拉断,则 =2F则有=答案 2QRBQRBQBQRF2BQRF2 巩固练习巩固练习：一圆形线圈，半径为r，通以电流强度为I的电流，放在光滑水平面上，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向竖直向下，如图所示（俯视图），则线圈截面上张力大小为： （ ） A2BIr B0.5BIr CBIr D不能求解C例5.如图所示, 有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b,a被水平放置在倾角为45的光滑斜面上,b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置,且a、

17、b平行,它们之间的距离为x.当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时,a恰能在斜面上保持静止,则b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法错误的是 （ ）A.A.方向向上方向向上B.B.大小为大小为C.C.若使若使b b下移下移,a,a将不能保持静止将不能保持静止D.D.要使要使a a仍能保持静止仍能保持静止, ,而减小而减小b b在在a a处的磁感应强度处的磁感应强度, ,可使可使b b上移上移解析解析 由安培定则可知由安培定则可知A A正确正确. .由由mgmgsinsin= =BILBILcoscos知知B B= = ,B,B错误错误. .若要使若要使B B最最小小, ,B B应在平行斜面向上的方向上应在平行斜面向上的方向上, ,所以所以C C、D D正确正确. .答案答案 BILmg22aacossinILmg例:如图所示,两根平行光滑轨道水平放置，相互间隔d=0