物理选修3-1-3.4通电导线在磁场中受到的力

1、第第3 3章章 第第4 4节节通电导线在磁场中受到的力通电导线在磁场中受到的力一、知识回顾一、知识回顾ILFB 如何描述磁场强弱？如何描述磁场强弱？)(IB 安培力的方向判断？安培力的方向判断？人们把通电导线在磁场中受人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。的力称为安培力。F、B、I方向关系BIF示意图安培力方向既与电流方安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的即垂直于电流和磁场所在的平面。平面。遵循左手定则BIF示意图左手定则：伸开左手伸开左手, ,使拇指使拇指与其余四个手指垂直与其余四个手指垂直, ,并且都并且都与手掌在同一平面内与手掌在

2、同一平面内; ;让磁感让磁感应线从掌心进入应线从掌心进入, ,并使四指指并使四指指向电流的方向，这时拇指所向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向场中所受安培力的方向再次提醒：一定要使用左手！再次提醒：一定要使用左手！IBFFIBFIBIBF二、安培力方向的判断二、安培力方向的判断FIBFIBBBIFBI3 0FFIIIBBB练习：安培力方向的判断练习：安培力方向的判断问题：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 请使用刚学过的知识解释本请使用刚学过的知识解释本实

3、验结果。实验结果。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。结论结论: :FFF同向电流同向电流F反向电流反向电流（1 1） 在在匀强磁场匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向中，在通电直导线与磁场方向垂直垂直的情况下，导线所受安培力的情况下，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三者的乘积。三者的乘积。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？即：即：（2 2）平行时：）平行时：B BI三、安培力的大小三、安培力的大小BILF 0FIB B0o0F 90OFIBL把磁感应强度把磁感应

4、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 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=ILBF=ILB1 1F=ILBsinF=ILBsinB B2 2B 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公式：公式： F=ILBsinF=ILBsin表示磁场方向与电流

5、方向间的夹角表示磁场方向与电流方向间的夹角问题问题1:1:若若B B与与I I不垂直时，不垂直时，F F安安与与B B和和I I方向关系可以概方向关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？（3）通电直导线与磁场方向的夹角为通电直导线与磁场方向的夹角为情况下情况下安培安培力的大小力的大小结论：结论：F F一定与一定与B B垂直，一定与垂直，一定与I I垂直。但垂直。但B B与与I I不一定不一定垂直。垂直。问题2：F、B、I一定两两垂直吗？将长度为将长度为20cm20cm、通有、通有0.1A0.1A电流的直导线放电流的直导线放入一匀强磁场中

6、，电流与磁场的方向如图所示，入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为已知磁感应强度为1T1T。试求出下列各图中导线。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向所受安培力的大小和方向IBIB3 0IB两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中中abab固定，固定，cdcd可以自由活动，当通以如图所可以自由活动，当通以如图所示电流后，示电流后，cdcd导线将（）导线将（）A.A.顺时针方向转动，同时靠近顺时针方向转动，同时靠近ababB.B.逆时针方向转动，同时离开逆时针方向转动，同时离开ababC.C.顺时针方向转动，同时离开顺时针方向转动，

7、同时离开ababD.D.逆时针方向转动，同时靠近逆时针方向转动，同时靠近abababcd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，在磁铁的点，在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，蹄形磁铁的运动情况将是向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( )( )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、

8、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。.四、磁电式电流表四、磁电式电流表问题问题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线都，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，通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度面

9、与磁感线之间的夹角都是零度. .在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度在以铁芯为中心的圆圈上，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该磁场该磁场是否匀强磁场？是否匀强磁场？问题问题该磁场该磁场的特点？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均匀地辐射分布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，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行感应线平行，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

10、，这两个力产生的力矩使线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，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一圈发生转到，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，其大小个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。动的力矩相平衡时，线圈停止转动。2 2、磁场对电流的作用力与电流成正比，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，安培力的方向、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，所以根据也随之改变，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。指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。表盘的刻度均匀，表盘