3.4--通电导线在磁场中受到的力.ppt

1、,3-4 磁场对通导线的作用力,通电导线在磁场中受到的力称为安培力,一、安培力的方向,F、B、I方向关系,遵循左手定则,实验探究,左手定则：伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感应线从掌心进入,并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向,示意图,安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于I和B所在的平面,F,F,F,F,判定以下通电导线所受安培力的方向,F,B,F,B,B,B,F,B,I,判定以下通电导线所受安培力的方向,30,F,F,I,I,I,B,B,B,问题：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

2、用,用学过的知识加以判断,同向电流相互吸引。,反向电流相互排斥。,结论:,F,F,F,同向电流,F,反向电流,安培力方向与电场力方向的比较,（1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。,问题:如果既不平行也不垂直呢？,二、安培力的大小,F=ILB,（2）平行时：F0,把磁感应强度B分解为两个分量：,与导线垂直 B =Bsin,与导线平行 B =Bcos,平行于导线的分量B不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B决定,F=ILBsin,二、安培力的大小,通电直导线与磁场方向不垂直的情况,B,B,公式： F=I

3、LBsin,1.表示磁场方向B与电流方向I间的夹角,2.在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场,二、安培力的大小,3. L为导线垂直于磁场方向B的有效长度,0,0.02N 水平向右,0.02N 垂直导线 斜向左上方,将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向,I,B,I,B,30,I,B,4磁场中通电导线的等效长度 (1)公式FIBL中的L对弯曲长度来说指的是“等效长度” 弯曲通电导线的有效长度L等于连接曲线两端点直线的长度，相应的电流沿L的始端流向末端，如图甲所示,(2)任意闭合通电导线的

4、有效长度为零，所受安培力(即各电流元所受安培力的合力)为零，如图乙所示,(1)公式FILBsin中是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析 (2)公式FILBsin中的Lsin也可以理解为L在垂直于磁场方向上的“有效长度”,三、磁电式电流表,1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。,铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。,.,问题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均匀辐向分布的. 所谓均匀辐向分布，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，线圈平面与磁感线

5、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B 的大小是相等的.,该磁场并非匀强磁场,问题该磁场是否匀强磁场？,问题该磁场的特点？,2、电流表的工作原理,1、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，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。,2、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，

6、线圈和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。,3、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，I,小结,一、安培力的方向：左手定则,二、安培力的大小：F=ILBsin,三、磁电式电流表,有的同学误认为线圈处的磁场是匀强磁场 辨析：极靴和缠绕线圈的圆形铁芯都是用软铁做成的，它们在蹄形磁铁的磁场中被磁化，就会形成均匀辐射状的磁场，如图所示当线圈绕O点沿虚线转动时，垂直于纸面的两个边所在处的磁感应强度B大小相等，但这种辐射状的磁场并不是匀强磁场，因为各处的方向并

7、不相同,如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( ),A静止不动 B向纸外平动 CN极向纸外，S极向纸内转动 DN极向纸内，S极向纸外转动,C,一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，导线中的电流方向自上而下，如图所示在导线以其中心点为轴逆时针转动180的过程中，导线受到的安培力(),解 题 方 法 指 导,A大小不变，方向不变 B大小由最大减小到零再增至最大，方向时刻改变 C大小由最大减小到零再增至最大，方向不变 D大小由最大减小到零再增至最大，方向由垂直纸面向外变为垂直纸面向里,【解析】安培力公式FIL

8、Bsin，导线转动前，电流方向与磁场方向垂直，90；当导线转过一个小角度后，电流方向与磁场方向不再垂直，安培力变小；当导线转过90时，电流方向与磁场方向平行，安培力为零根据左手定则判断知，安培力的方向始终垂直纸面向外；在导线再继续转动90过程中，安培力由零变到最大，安培力的方向始终垂直纸面向里选项D正确 【答案】D,【方法总结】 (1)首先确定磁场方向与电流方向所确定的平面 (2)再依据左手定则，安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，判断出安培力的方向 (3)根据安培力的公式FBILsin计算安培力的大小，注意该公式只适用于匀强磁场，为电流与磁感线的夹角,答案：A,如图所示，把

9、轻质导电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于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈() A向左运动B向右运动 C静止不动 D无法确定,【解析】此题可以采用电流元法，也可采用等效法 解法一：等效法把通电线圈等效成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动 解法二：电流元法如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动 【答案】A,【方法总结】 安培力作用下导体运动方向的判断方法 1判断导体在磁场中运动情况的常规思路 (1)不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是

10、通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况 (2)结合左手定则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,2分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法,如图所示，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,解析：根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况将导线AB从N、S极的中间O分成两段，AO、BO段所处的磁场方向如图所示，由左手定则可得AO段受安

11、培力方向垂直于纸面向外，BO段受安培力的方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动,再根据导线转过90时的特殊位置判断其上下运动情况如图所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动 由上述两个特殊位置的判断可知，导线所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动 答案：C,质量为m，长度为L的导体棒MN垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，垂直于电流方向且与导轨平面成角斜向下，如图所示，求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小,【解析】画出平面图， 由左手定则判断出安培力 方向，对MN受力分析， 如图所示，对导体棒MN 由平衡条件得

12、： 水平方向：FfFsin， 竖直方向：FNFcosmg， 安培力FBIL，所以MN所受的支持力 FNBILcosmg，所受摩擦力FfBILsin. 【答案】BILcosmgBILsin,【方法总结】 解决涉及安培力的综合类问题的分析方法是： (1)首先把立体图画成易于分析的平面图，如侧视图、剖视图或俯视图等 (2)确定导线所在处磁场方向，根据左手定则确定安培力的方向 (3)结合通电导体、受力分析、运动情况等，根据题目要求，列出方程，解决问题,质量为m0.02 kg的通电细杆AB置于倾角为37的平行放置的导轨上，导轨的宽度d0.2 m，杆AB与导轨间的动摩擦因数0.4，磁感应强度B2 T的匀强

13、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器的触头，试求出为使杆AB静止不动，通过AB杆的电流范围为多少？,解析：杆AB中的电流为A到B，所受的安培力方向平行于导轨向上当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下；当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值F1，此时通过AB的电流最大为Imax；同理，当电流最小时，应该是导体受向上的静摩擦力，此时的安培力为F2，电流为Imin.,正确地画出两种情况下的受力图，由平衡条件列方程求解,根据第一幅受力图列式如下： F1mgsinFf10 FNmgcos0 Ff1FN F1BImaxd 解上述方程得Imax0.46 A,根据第二幅受力图，得

14、F2Ff2mgsin0，FNmgcos0，Ff2FN，F2BImind 解上述方程得Imin0.14 A. 答案：0.14 AI0.46 A,默 读 联 想 记 忆,1.电流为I的通电导线放置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受安培力为F，下列说法哪些是正确的？() A匀强磁场中通电导线所受安培力F，磁感应强度B及电流I，三者在方向上一定互相垂直 B若I、B方向确定，则F方向惟一确定 C若F与B方向确定，则I方向惟一确定 D若F与B方向确定，则I方向不惟一确定，但I一定在与F垂直的平面内 E若F与I方向确定，则B方向惟一确定 F若F与I方向确定，则B方向不惟一确定，但B一定在与F垂直的平面内

15、,课 堂 巩 固 训 练,解析：安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直，即F跟B、I所在的面垂直但B与I的方向不一定垂直A中说三者在方向上一定互相垂直是不对的已知I、B的方向，可惟一确定F的方向，B是正确的 答案：BDF,2如图所示四种情况中，匀强磁场磁感应强度相同，载流导体长度相同，通过的电流也相同，那么，导体受到的磁场力最大，且方向沿着纸面的是(),A甲、乙B甲、丙 C乙、丁 D乙、丙 解析：甲图所示情况，B与I不垂直，且安培力垂直纸面向里，乙图所示情况中，B与I垂直，安培力在纸面内竖直向下，丙图所示情况中，B与I平行，安培力为0，丁图所示情况中B与I垂直，安培力在纸面内垂直I斜

16、向左上，综合以上分析可知，符合要求的为乙、丁两种情况，故C正确 答案：C,3通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是() A线框有两条边所受的安培力方向相同 B线框有两条边所受的安培力大小相等 C线框所受的安培力的合力方向向左 D线框所受的安培力的合力方向向右,解析：由安培定则可知导线MN在线框外所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反ab边受到向右的安培力Fab，cd边受到向左的安培力Fcd.因ab所处的磁场强，cd所处的磁场弱，故FabFcd，线框所受合力方向向右 答案：BD,4(2012高考天津理综)如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改