第三章第四节 通电导线在磁场中受到的力

1、第四节通电导线在磁场中受到的力第四节通电导线在磁场中受到的力第一页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场1.掌握安培力方向的判断方法掌握安培力方向的判断方法左手定那么左手定那么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了解磁电式电流表的原理了解磁电式电流表的原理第二页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场新知初探新知初探自主学习自主学习一、安培力的方向一、安培力的方向 自主探究自主探究安培力方向与哪些因素有关安培力方向与哪些因素有关(1)在如下图的实验中在如下图的实验中,上下交换磁极的上下交换磁极的位置位置,发现导线受力方向发生改变

2、发现导线受力方向发生改变,这说这说明安培力的方向与什么因素有关？明安培力的方向与什么因素有关？(2)改变导线中电流的方向改变导线中电流的方向,发现导线受力的方向发生改变发现导线受力的方向发生改变,这这说明安培力的方向与什么因素有关？说明安培力的方向与什么因素有关？(3)仔细分析实验结果仔细分析实验结果,安培力的方向与磁场方向、电流方向安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？有怎样的关系？第三页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场成功发现成功发现1安培力的方向与安培力的方向与_方向、方向、_方向有关方向有关2. 左手定那么：伸开左手左手定那么：伸开左手,使拇指与

3、其余四个手指垂直使拇指与其余四个手指垂直,并且都与并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从手掌在同一个平面内；让磁感线从_进入进入,并使四指指向并使四指指向_的方向的方向,这时这时_所指的方向就是通电导线在磁场中所所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向受安培力的方向(如下图如下图)3方向特点：方向特点：FB,FI,即即F垂直垂直于于B和和I所决定的平面所决定的平面.磁场磁场电流电流掌心掌心电流电流拇指拇指第四页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场二、安培力的大小二、安培力的大小自主探究自主探究把长度为把长度为L的导线放置在磁感应强度为的导线放置在磁感应强度为B

4、的磁场中的磁场中,假设导线中的假设导线中的电流为电流为I,那么那么(1)当导线垂直于磁场方向放置时当导线垂直于磁场方向放置时,导线受力为多少？导线受力为多少？(2)当导线平行于磁场方向放置时当导线平行于磁场方向放置时,导线受力为多少？导线受力为多少？(3)当导线与磁场成当导线与磁场成角时角时,安培力的大小为多少？安培力的大小为多少？提示：提示：(1)当当BI时时,FILB.(2)当当BI时时,F0.(3)当当B与与I成成角时角时,FILBsin .第五页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场成功发现成功发现安培力的计算公式：安培力的计算公式：FILBsin 第六页，编

5、辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场三、磁电式电流表三、磁电式电流表自研教材自研教材1构造：构造：_、_、螺旋弹簧、螺旋弹簧(又叫游丝又叫游丝)、指针、极靴、指针、极靴、圆柱形铁芯等圆柱形铁芯等2原理：当被测电流通过线圈时原理：当被测电流通过线圈时,线圈受安培力作用而转动线圈受安培力作用而转动,线圈的线圈的转动使螺旋弹簧扭转变形转动使螺旋弹簧扭转变形,产生阻碍线圈转动的力矩当安培力产产生阻碍线圈转动的力矩当安培力产生的转动与螺旋弹簧形变产生的阻碍到达生的转动与螺旋弹簧形变产生的阻碍到达_时时,指针停留在某指针停留在某一刻度一刻度_越大越大,_就越大就越大,指针偏角就越大

6、指针偏角就越大磁铁磁铁线圈线圈平衡平衡电流电流安培力安培力第七页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场成功体验成功体验1磁电式电流表中的磁场具有什么特点？当通以恒定电流时磁电式电流表中的磁场具有什么特点？当通以恒定电流时,线线圈在转动过程中受到的安培力大小是否变化？圈在转动过程中受到的安培力大小是否变化？提示：磁场都沿半径方向；不变提示：磁场都沿半径方向；不变2磁电式电流表有哪些优缺点？磁电式电流表有哪些优缺点？提示：优点：灵敏度高提示：优点：灵敏度高,可以测出很弱的电流；缺点：线圈可以测出很弱的电流；缺点：线圈导线很细导线很细,量程小量程小第八页，编辑于星期一：点

7、三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场要点探究要点探究讲练互动讲练互动安培力方向的判断安培力方向的判断左手定则左手定则第九页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场3注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系,安培安培力的方向总是与磁场的方向垂直力的方向总是与磁场的方向垂直,而电场力的方向与电场的方向平而电场力的方向与电场的方向平行行特别提醒：特别提醒：(1)F安安I,F安安B,但但B与与I不一定垂直不一定垂直(2)判断通电导线在磁场中所受安培力时判断通电导线在磁场中所受安培力时,注意一定要用左手注意一定要

8、用左手,并并注意各方向间的关系注意各方向间的关系(3)假设假设B、I方向方向,F安方向唯一确定安方向唯一确定,但假设但假设B(或或I)、F安方向、安方向、I(或或B)方向不唯一方向不唯一第十页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场 请根据图中给出的条件请根据图中给出的条件,运用左手定那么运用左手定那么,求出各图中第三求出各图中第三个物理量的方向个物理量的方向例例1第十一页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场【解析】根据各图中方向利用左手定那么【解析】根据各图中方向利用左手定那么,判知：判知：甲：甲：F垂直于纸面向里乙：垂直于纸面向里乙：F垂

9、直于纸面向里垂直于纸面向里丙：丙：I由左向右丁：由左向右丁：F垂直于垂直于I斜向右下方斜向右下方【答案】见解析【答案】见解析第十二页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场跟踪训练跟踪训练1 (2013洛阳模拟洛阳模拟)如图如图,直导线通入垂直纸面向里的直导线通入垂直纸面向里的电流电流,在以下匀强磁场中在以下匀强磁场中,能静止在光滑斜面上的是能静止在光滑斜面上的是()解析：选解析：选A.通电直导线假设能静止在光滑的斜面上通电直导线假设能静止在光滑的斜面上,其受到其受到的安培力方向应在如下图范围内的安培力方向应在如下图范围内,由左手定那么判断可知由左手定那么判断可知,只有

10、只有A正确正确第十三页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场对安培力大小计算公式的深刻理解对安培力大小计算公式的深刻理解1公式公式FILB中中L指的是指的是“有效长度当有效长度当B与与I垂直时垂直时,F最最大大,FILB；当；当B与与I平行时平行时,F0.2弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度等于连接两端点直线的长度(如下图如下图)；相应的电流沿相应的电流沿L由始端向末端由始端向末端第十四页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场3假设磁场和电流成假设磁场和电流成角时角时,如下图如下图可以将磁感应强度可以将磁感应强度

11、B正交分解成正交分解成BBsin 和和BBcos ,而而B不不产生安培力产生安培力FILBILBsin ,即即FILBsin .特别提醒：特别提醒：(1)公式公式FILBsin 中中是是B和和I方向的夹角方向的夹角,不能盲目应不能盲目应用题目中所给的夹角用题目中所给的夹角,要根据具体情况进行分析要根据具体情况进行分析.(2)公式中的公式中的L可以理解为垂直于磁场方向的可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度有效长度.第十五页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场 如图如图,一段导线一段导线abcd位于磁感应强度大小为位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中的匀强磁场中,且与磁场

12、方向且与磁场方向(垂直于纸面向里垂直于纸面向里)垂直线段垂直线段ab、bc和和cd的长度均为的长度均为L,且且abcbcd135.流经导线的电流为流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示方向如图中箭头所示导线段导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力所受到的磁场的作用力的合力()例例2第十六页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场【思路点拨】应用【思路点拨】应用FILB求安培力求安培力,其中其中IB,L为导线的有为导线的有效长度效长度【答案】【答案】A第十七页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场如果通电导体放置在非匀强磁场中如果通电导体放置在

13、非匀强磁场中,那么不能够运用那么不能够运用FBIL进行进行定量的计算定量的计算,但可用但可用FBIL和左手定那么进行定性的讨论和左手定那么进行定性的讨论,常用的常用的方法有以下几种：方法有以下几种：安培力作用下导体运动方向的判断安培力作用下导体运动方向的判断电流电流元法元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向受安培力的方向，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，通电螺线管可以等效成环形电流可等效成小磁针

14、，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立第十八页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场特别提醒：特别提醒：(1)导体处于非匀强磁场中时导体处于非匀强磁场中时,通常用电流元法判通常用电流元法判断其受力情况断其受力情况(2)判断条形磁铁判断条形磁铁(或小磁针或小磁针)与环形电流间的相互作用时与环形电流间的相互作用时,通常选择等通常选择等效法效法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位置，然通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向后判断其所受安培力

15、的方向，从而确定其运动方向结论法结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势同的趋势转换研转换研究对象究对象法法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场

16、的反作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向从而确定磁体所受合力及运动方向第十九页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场 两条通电的直导线互相垂直两条通电的直导线互相垂直,如下图如下图,但两导线相隔一小段距离但两导线相隔一小段距离,其中导线其中导线AB是固定的是固定的,另一条导线另一条导线CD能自由转动它们通以图示方向能自由转动它们通以图示方向的直流电流时的直流电流时,CD导线将导线将()A逆时针方向转动逆时针方向转动,同时靠近导线同时靠近导线ABB顺时针方向转动顺时针方向转动,同时靠近导线同时靠近导线ABC逆时针方向转动逆时针方向转动,同时离开导线同时离开导线ABD顺

17、时针方向转动顺时针方向转动,同时离开导线同时离开导线AB例例3第二十页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场【思路点拨】首先把一条导线看作处于另一条导线的电流产生的【思路点拨】首先把一条导线看作处于另一条导线的电流产生的磁场中磁场中,然后按以下步骤分析：然后按以下步骤分析：(1)弄清导线所在位置的磁场分布情况弄清导线所在位置的磁场分布情况(2)结合左手定那么准确判断导线所受安培力的方向结合左手定那么准确判断导线所受安培力的方向(3)由导体的受力情况判定导体的运动方向由导体的受力情况判定导体的运动方向第二十一页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章

18、磁场【解析】由安培定那么可知直线电流产生的磁场是以直线电流为圆【解析】由安培定那么可知直线电流产生的磁场是以直线电流为圆心的同心圆心的同心圆,AB中电流所产生的磁场在中电流所产生的磁场在CD导线所在平面内的磁感线如导线所在平面内的磁感线如图甲所示图甲所示(俯视图甲俯视图甲)由左手定那么可知由左手定那么可知,CD通电导线在通电导线在M点受到的点受到的磁场力垂直于纸面向里磁场力垂直于纸面向里,在在N点受到的磁场力垂直于纸面向外由于磁点受到的磁场力垂直于纸面向外由于磁场的对称性场的对称性,M、N两点的磁场力大小相等、方向相反两点的磁场力大小相等、方向相反,使得使得CD通电导通电导线转动起来线转动起来

19、,即即CD电流将会转到与电流将会转到与AB同向的位置同向的位置,在图乙中在图乙中,CD中的电中的电流所受到的磁场力由左手定那么可知流所受到的磁场力由左手定那么可知(如图乙中的如图乙中的FB所示所示),CD将向将向AB靠近应选靠近应选A.第二十二页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场【答案】【答案】A【规律总结】两个模型及对应的结论【规律总结】两个模型及对应的结论1两电流平行的模型：同向电流相互吸引两电流平行的模型：同向电流相互吸引,异向电流相互排斥异向电流相互排斥2两电流不平行的模型：两个电流不平行时两电流不平行的模型：两个电流不平行时,有转到平行且有转到平行且电流

20、方向相同的趋势电流方向相同的趋势,边转动边相互吸引边转动边相互吸引第二十三页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场跟踪训练跟踪训练2 (2012高考海南卷高考海南卷)如下图的装置可演示磁场对通如下图的装置可演示磁场对通电导线的作用电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条电导线的作用电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨平行金属导轨,L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆当电磁是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆当电磁铁线圈两端铁线圈两端a、b,导轨两端导轨两端e、f,分别接到两个不同的直流电源分别接到两个不同的直流电源上时上时,L便在导轨上滑动以下说法正确的选项

21、是便在导轨上滑动以下说法正确的选项是()第二十四页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场A假设假设a接正极接正极,b接负极接负极,e接正极接正极,f接负极接负极,那么那么L向右滑动向右滑动B假设假设a接正极接正极,b接负极接负极,e接负极接负极,f接正极接正极,那么那么L向右滑动向右滑动C假设假设a接负极接负极,b接正极接正极,e接正极接正极,f接负极接负极,那么那么L向左滑动向左滑动D假设假设a接负极接负极,b接正极接正极,e接负极接负极,f接正极接正极,那么那么L向左滑动向左滑动解析：选解析：选BD.假设假设a接正极接正极,b接负极接负极,电磁铁磁极间磁场方向向上

22、电磁铁磁极间磁场方向向上,e接正接正极极,f接负极接负极,由左手定那么判定金属杆受安培力向左由左手定那么判定金属杆受安培力向左,那么那么L向左滑动向左滑动,A选项错误选项错误,同理判定同理判定B、D选项正确选项正确,C选项错误应选选项错误应选BD.第二十五页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场寻规探法寻规探法思维启迪思维启迪第二十六页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场3在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们学习的共点在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们学习的共点力平衡相似力平衡相似,一般也是先进行受力分析一般也是先进行受力

23、分析,再根据共点力平衡的条件列再根据共点力平衡的条件列出平衡方程其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力出平衡方程其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力特别提醒：特别提醒：(1)安培力作为一种性质力安培力作为一种性质力,在受力分析时要单独分析在受力分析时要单独分析,不不可与其他力混为一谈可与其他力混为一谈(2)为方便对问题的分析和便于列方程在受力分析时先将立体图画成为方便对问题的分析和便于列方程在受力分析时先将立体图画成平面图平面图,即画成俯视图、剖面图或侧视图等即画成俯视图、剖面图或侧视图等第二十七页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场【范例】【范例】(

24、16分分)质量为质量为m0.02 kg的通电细杆的通电细杆ab置于倾角为置于倾角为37的平行放置的导轨上的平行放置的导轨上,导轨的宽度导轨的宽度d0.2 m,杆杆ab与导轨与导轨间的动摩擦因数间的动摩擦因数0.4,磁感应强度磁感应强度B2 T 的匀强磁场与导轨的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下平面垂直且方向向下,如下图现调节滑动变阻器的触头如下图现调节滑动变阻器的触头,试求试求出为使杆出为使杆ab静止不动静止不动,通过通过ab杆的电流范围为多少？杆的电流范围为多少？第二十八页，编辑于星期一：点 三十分。栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场【解析】杆【解析】杆ab中的电流方向为中的电流方向为a到到b,所受的安培力方向平行于导轨所受的安培力方向平行于导轨向上当电流较大时向上当电流较大时,导体有向上的运动趋势导体有向