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1、第三章第三章 磁场磁场 第四节第四节 通电导线在磁场中受到的力通电导线在磁场中受到的力 现在我们的生活中到处都有家用电器的身影 如 洗衣机 电风扇 电动车等 这些电器中都有电动机 通电后就会转 动工作 你知道它们的工作原理吗 一 安培力一 安培力 磁场对电流的作用力称为安培力 是为了纪念安培而命名的 麦克斯韦称赞安培的工作是 科学 上最光辉的成就之一 还把安培誉 为 电学中的牛顿 Andr Marie Amp re 1775 1836 在电场中 正电荷所受电场力的方向就是电场强度 的方向 那么 在磁场中 通电导体在磁场中的受力方 向是不是磁感应强度的方向呢 表示电流方垂直纸面向里 归纳总结安培
2、力的方向判断 表示电流方垂直纸面向外 次数 磁场方向电流方向安培力方向 图 4 3 1 2 向上 向下 垂直于纸面 向外 垂直于纸面 向外 垂直于纸面 向里 水平 向右 水平 向左 水平 向左 水平 向右 F F F F 结论 安培力方向既与磁场方向垂直 也与电流方向垂直 实验现象 垂直于纸面 向里 左手定则 伸开左手 使拇指与其余四指垂直 并且都与手掌在同一 平面内 让磁感线从掌 心垂直穿入 并使四指 指向电流的方向 这时 拇指所指的就是通电导 体在磁场中所受安培力 的方向 B I F 二 安培力的方向二 安培力的方向 问题 当电流方向与磁场方向不垂直时 左手定则 是否适用 B I F 垂直
3、纸面向外 B I F I 安培力F 的方向总是垂直于电流I 与磁感应 强度B 所确定的平面 B F B B 如果磁场和电流不垂直 情况会怎样 例1 确定图中安培力的方向 B I B I B I F F F 例2 画出各图中安培力的方向 I I B B I B I B F F F F B B F B F F F E B B F B B E 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 相互作用 用学过的知识加以分析 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 C 1 当 I B 且为匀强磁场 此时电流所受的安培力最大 2 当导线方向与磁场方向一致时 即
4、 I B 电流所受的安 培力最小 等于零 3 当导线方向与磁场方向 成 角时 所受 安培力介于最大值和最小值之间 1 大小 当导线方向与磁场方向垂直时 通电导线在磁场中受 到的安培力的大小 既与导线的长度成正比 又与导线中的电 流 I 成正比 即与 I 和 L 的乘积成正比 2 公式 F BIL F安 BILsin BI B B 三 安培力的大小三 安培力的大小 1 B 垂直于 I 匀强磁场 直导线 2 不垂直变垂直 分解 B 或投影 L 3 弯曲导线变成直导线L是有效长度 不一定是导线实际长度 若是弯曲导线 可视为起点到终点的一条通电直导线 对公式 F BIL 的理解 A 如图所示 将通电导
5、线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水 平方向垂直纸面各里的匀强磁场中 则在通电圆环完全进入磁场 的过程中 所受的安培力大小变化是 A 逐渐变大 B 先变大后变小 C 逐渐变小 D 先变小后变大 B I B 三 安培力作用下通电导线或线圈的运动方向 1 直接判断 先分析导线或线圈所在位置的磁感线情况 然后 根据左手定则判定安培力的方向 再进行分析 ab F F 例4 如图所示 蹄形磁铁固定 通电直导线AB可自由运 动 当导线中通以图示方向的电流时 俯视导体 导体 AB将 AB的重力不计 A 逆时针转动 同时向下运动 B 顺时针转动 同时向下运动 C 顺时针转动 同时向上运动 D 逆时针转动 同时
6、向上运动 N S 2 微元法 N S I F F NS F A 逆时针转动 同时向下运动 向外 向里 3 等效分析法 环形电流可等效为小磁针 条形磁铁或小磁针也 可以等效为环形电流 通电螺线管可等效为多个环形电流或条形 磁铁 例 如图在条形磁铁N极处悬挂一个线圈 当线圈中通有逆时针方向的电流时 线圈将向哪个方向偏转 从上向下看逆时针转动的同时向左 摆动 NS 4 结论法 同向平行电流相互吸引 异向平行电流相互排斥 两个电流总有作用到方向相同且靠近的趋势 自由 固定 F F 例 如图所示 把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
7、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 四 重难点 安培力作用下通电导体的平衡 例 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
8、图所示 求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小 答案 BILcos mg BILsin 在实验室中 常用到一种 测电流强弱和方向的电学仪器 电流表 它就是根据磁场 对电流作用的安培力制成的 五 磁电式电流表五 磁电式电流表 铁芯 线圈和指针是一个整体可以转动 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 该磁场并非匀强磁场 2 该磁场是否匀强磁场 3 该磁场有什么特点 1 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
9、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 B 的大小是相等的 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 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 表盘的刻度均匀 I 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 把立体图转化为平面图进行受力分析 安培力 方向 垂直于 B I 决定的平面 判断 左手定则 大小 F ILBsin B 与 I 垂直 F ILB B 与 I 平行 F 0 电流间的 相互作用 先
10、用安培定则判断磁场方向 再用左手定则判断安培力的方向 安培力作用 的平衡问题 根据力的平衡条件解未知量 应用 磁电式电流表 构造 原理 应用 电流元法 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 判断整段导线所受安培力的方向 从而确定导线运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁针 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 然后根据磁体间或电流间的作用规律判断 分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法 特殊位置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置 判断其所受安培力的方向 从而确定 其运动方向 结论法 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 不平行的两直线电流相互作用时 有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研究对 象法 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 然后由牛顿第三定律 确定磁体所受电流磁场的反作用力 从而确定磁体所 受合力及其运动方向 此课件下载可自行编辑修改 此课件供参考 部分内容来源于网络 如有侵权请与我联系删除
