第二节磁场对电流的作用

第二节磁场对电流的作用第1页，共32页。优选第二节磁场对电流的作用第2页，共32页。一、安培力的大小和方向1．大小(1)磁场和电流垂直时，F＝①

。(2)磁场和电流平行时，F＝0。2．方向用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指②

，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向③

的方向，这时④

所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。通电导线受到的安培力的方向与⑤

、磁感应强度方向都⑥

。BIL垂直电流拇指电流方向垂直第3页，共32页。1．某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F相互关系的图如下图所示，其中正确的是(

)【解析】根据左手定则可判定A项中安培力方向应竖直向下，B项中安培力方向应垂直磁场斜向上，C项中导线不受安培力，D项中安培力方向正确。【答案】D第4页，共32页。二、磁电式电流表1．基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的⑦

。2．工作原理如右图所示，磁场的方向总沿着⑧

均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是⑨

的，保证B的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈⑩

。线圈半径方向相等垂直第5页，共32页。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就⑪

，螺旋弹簧的形变也就⑫

。I与指针偏角θ成正比，表盘刻度⑬

(选填”均匀”、”不均匀”)。所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。3．优、缺点：优点是⑭

高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。越大越大均匀精确度第6页，共32页。第7页，共32页。1．基本思路判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场磁感线分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。安培力作用下通电导体运动方向的判定第8页，共32页。2．常用方法第9页，共32页。如右图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)(

)A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升【解题切点】首先明确常见磁场的磁感线分布情况，然后取”电流元”，用左手定则判定其受力方向，特别注意电流旋转后，有了垂直于纸面的分量而导致向下受力。第10页，共32页。【解析】(1)电流元法如右图所示，把直线电流等效为AO′、O′O、OB三段(O′O段极短)电流元，由于O′O段电流方向与该处磁场方向平行，所以不受安培力作用；AO′段电流元所在处的磁场方向倾斜向上，根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外；OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里。综上可知导线将以OO′段为轴顺时针转动(俯视)。第11页，共32页。(2)特殊位置法把导线转过90°的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动。综上所述，选项A正确。【答案】A第12页，共32页。1.将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如右图所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看(

)第13页，共32页。A．圆环顺时针转动，靠近磁铁B．圆环顺时针转动，远离磁铁C．圆环逆时针转动，靠近磁铁D．圆环逆时针转动，远离磁铁【解析】该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N极在内，S极在外，根据同极相互排斥，异极相互吸引，可得C项正确。【答案】C第14页，共32页。1．安培力的大小常用公式F＝BIL，要求两两垂直，应用时要满足：(1)B与L垂直；(2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如下图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端。因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零。

(3)B并非一定是匀强磁场，但一定是导线所在处的磁感应强度值。第15页，共32页。2．通电导线在磁场中的平衡和加速(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，画出平面受力分析图，其中安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意F安⊥B、F安⊥I；(3)根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程式进行求解。3．安培力做功的特点和实质(1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关。(2)安培力做功的实质：起传递能量的作用。①安培力做正功：将电源的能量传递给通电导线后或转化为导线的动能或转化为其他形式的能。②安培力做负功：将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能。第16页，共32页。

(2011·泉州模拟)如右图所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B＝0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E＝4.5V、内阻r＝0.50Ω的直流电源。现把一个质量m＝0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0＝2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2。已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：第17页，共32页。(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力。【解题切点】第18页，共32页。(2)导体棒受到的安培力F安＝BIL＝0.30N(3)导体棒受力如右图，将重力正交分解F1＝mgsin37°＝0.24NF1＜F安，根据平衡条件mgsin37°＋Ff＝F安解得Ff＝0.06N。【答案】(1)1.5A

(2)0.30N

(3)0.06N第19页，共32页。2.如右图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一金属框，框宽l＝0.25m，接入电动势E＝12V、内阻不计的电池。垂直框面放有一根质量m＝0.2kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数μ＝。整个装置放在磁感应强度B＝0.8T、垂直框面向上的匀强磁场中。当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围时，可使金属棒静止在框架上？(框架与棒的电阻不计，g取10m/s2)第20页，共32页。【解析】金属棒受到四个力作用：重力mg，垂直框面向上的支持力FN，沿框面向上的安培力F安，沿框面的静摩擦力Ff静。金属棒静止在框架上时，Ff静的方向可能沿框面向上，也可能向下，需分两种情况考虑。当变阻器R取值较大时，I较小，安培力F安较小，在金属棒重力分力mgsinθ作用下棒有沿框架下滑的趋势，框架对棒的摩擦力沿框面向上，受力如上图所示。金属棒刚好不下滑时满足平衡条件第21页，共32页。当变阻器R取值较小时，I较大，安培力F安较大，会使金属棒产生沿框面上滑的趋势。因此，框架对棒的摩擦力沿框面向下，受力如右图所示。金属棒刚好不上滑时满足平衡条件：第22页，共32页。【答案】1.4Ω≤R≤8.2Ω第23页，共32页。第24页，共32页。1.如右图所示，通电细杆ab质量为m，置于倾角为θ的导轨上，导轨和杆间不光滑。通有电流时，杆静止在导轨上。下图是四个侧视图，标出了四种匀强磁场的方向，其中摩擦力可能为零的是(

)第25页，共32页。【解析】因为杆静止在导轨上，所受合力为零，如果杆和导轨无挤压或者杆相对于导轨无滑动的趋势，则摩擦力为零。根据左手定则，四指指向电流方向，磁感线垂直穿过手心，则大拇指指向为安培力的方向，所以A中F水平向右，B中F竖直向上，C中F竖直向下，D中F水平向左，A、B满足题意。【答案】AB第26页，共32页。2.如右图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同方向相反的电流，a受到磁场力大小为F1。当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到磁场力大小为F2，则此时b受到磁场力大小变为(

)A．F2

B．F1－F2C．F1＋F2

D．2F1－F2第27页，共32页。【解析】电流反向相互排斥，即a受到F1水平向左；假设所加磁场垂直纸面向里，a受到匀强磁场的作用力大小为F，根据左手定则，F水平向左，∴F1＝F2＋F，则同理可推，b受到的磁场力亦为F2，A正确。【答案】A第28页，共32页。3．(2011·聊城模拟)如右图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A。A与螺线管垂直，”×”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里。电键S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是(

)第29页，共32页。A．水平向左B．水平向右C．竖直向下D．竖直向上【解析】电键闭合后根据安培定则可判定导线所在位置处磁感线的方向为水平向右，再由左手定则判定导线受到安培力的方向为竖直向下，