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1、3.4 3.4 通电导线在磁场中通电导线在磁场中受到的力受到的力第三章第三章 磁场磁场探究：探究：（1）磁场对通电导线有没有力的作用）磁场对通电导线有没有力的作用（2）猜想：）猜想： 磁场对通电直导线的作用力同哪些磁场对通电直导线的作用力同哪些因素有关因素有关?（3）什么样的情况下，磁场对通电直导）什么样的情况下，磁场对通电直导线的作用力最大线的作用力最大? 反之呢？反之呢？演示：按照右图所示进行实验。演示：按照右图所示进行实验。1 1、改变导线中电流的方向，、改变导线中电流的方向， 观察受力方向是否改变。观察受力方向是否改变。一、安培力的方向一、安培力的方向IBF2 2、上下交、上下交换换磁
2、场的位置以改变磁场磁场的位置以改变磁场的方向的方向，观察受力方向是否变化观察受力方向是否变化。FIBFIBIBF3 3、请画出这四种情况的磁场、电流和导线受到的力的、请画出这四种情况的磁场、电流和导线受到的力的正视图正视图探究探究2 2：通电导线在磁场中所受安培力的：通电导线在磁场中所受安培力的方向跟磁场方向，电流方向之间有怎样方向跟磁场方向，电流方向之间有怎样的关系呢？你能用简洁的方法表示这个的关系呢？你能用简洁的方法表示这个关系吗？关系吗？安培力安培力F，与电流，与电流I，还有，还有磁场方向，两两垂直磁场方向，两两垂直探究探究1 1：我们把通电导线在磁场中受到的力：我们把通电导线在磁场中受
3、到的力叫做什么力？叫做什么力？安培力安培力左手定则左手定则伸开伸开左手左手，使拇指与其余四个手指，使拇指与其余四个手指垂直垂直，并且都，并且都与手掌在与手掌在同一平面内同一平面内；让磁感线从掌心穿入，并；让磁感线从掌心穿入，并使使四指指向电流的方向四指指向电流的方向，这时，这时拇指所指的方向拇指所指的方向就就是通电导线在磁场中所受是通电导线在磁场中所受安培力的方向安培力的方向。四指四指磁感线磁感线 大拇指大拇指oIX(F)Y(B)FBZ( I )电流电流穿手心穿手心 受力受力安安培培力力方方向向垂垂直直于于电电流流和和磁磁场场方方向向，即即垂垂直直于于电电流流和和磁磁场场所所在在的的平平面面。
4、FIBFIBBIFB30FFIIBB【例例1 1】判断下列图中安培力的方向判断下列图中安培力的方向 1、分析受到的安培力时、分析受到的安培力时,要善于要善于把立体图把立体图,改画成易于分析受力的平改画成易于分析受力的平面图形面图形 2、注意磁场和电流的方向、注意磁场和电流的方向是否是否垂直垂直强调：应用安培力应注意的问题强调：应用安培力应注意的问题bBa.F.BBBBF请画出磁场、电流和导线受到的力的正视图请画出磁场、电流和导线受到的力的正视图拓展：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通拓展：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。在通以相同方向的电流时，过磁场发生相互作用。
5、在通以相同方向的电流时，为什么相互排斥？请你运用学过的知识进行讨论。为什么相互排斥？请你运用学过的知识进行讨论。区别安培定则区别安培定则与左手定则与左手定则探究：电流方向探究：电流方向相反相反时，将时，将会怎么样？会怎么样？二二. .安培力的大小安培力的大小实验中：实验中：（1）当通电直导线垂直匀强磁）当通电直导线垂直匀强磁场时，导线受到的安培力最大。场时，导线受到的安培力最大。（2）当通电直导线平行匀强磁当通电直导线平行匀强磁场时，导线受到的安培力最小场时，导线受到的安培力最小探究：安培力的大小与什么有关？探究：安培力的大小与什么有关？电流大小、磁场中导线长短，磁场强弱电流大小、磁场中导线长
6、短，磁场强弱二二. .安培力的大小安培力的大小为了方便探究安培力的大小与电流大小和导线长短的关系，我们采取控制变量法。电流元：一段长为电流元：一段长为L的通电导线的通电导线中，电流与电线长度的乘积中，电流与电线长度的乘积IL磁场磁场1 1F F（N N）35 35 28 28 17.517.57 7 2.45 2.45 ILIL(Am)(Am)10 10 8 8 5 5 2 2 0.7 0.7 磁场磁场2 2F F（N N） 60 6048 48 30 30 12 12 4.24.2ILIL(Am)(Am) 10 108 8 5 5 2 20.70.7在匀强磁场中，当磁场与通电导线垂直时，下面
7、是通电导线在不同的磁场中受力的情况总结：（一）在不同磁场中总结：（一）在不同磁场中 在不同磁场中，在不同磁场中，k不一样不一样 怎么判断磁场的强弱？怎么判断磁场的强弱？磁场磁场1 1F F（N N）35 35 28 28 17.517.57 7 2.45 2.45 ILIL(Am)(Am)10 10 8 8 5 5 2 2 0.7 0.7 磁场磁场2 2F F（N N） 60 6048 48 30 30 12 12 4.24.2ILIL(Am)(Am) 10 108 8 5 5 2 20.70.7 比较不同的磁场中，相同的电流元所受到的力比较不同的磁场中，相同的电流元所受到的力k2比比k1大，
8、磁场大，磁场2比磁场比磁场1强强总结：（一）在不同磁场中总结：（一）在不同磁场中 在不同磁场中，在不同磁场中，k不一样不一样 怎么判断磁场的强弱？怎么判断磁场的强弱？ 比较不同的磁场中，相同的电流元所受到的力比较不同的磁场中，相同的电流元所受到的力k2比比k1大，磁场大，磁场2比磁场比磁场1强强k可以表现出磁场的强弱可以表现出磁场的强弱电场的强弱用的是电场强度电场的强弱用的是电场强度 E，磁场的强弱呢？磁场的强弱呢？磁场感应强度：磁场感应强度：B总结：（二）安培力的大小总结：（二）安培力的大小 （1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂垂直直的情况下，导
9、线所受安培力的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度等于磁感应强度B、电、电流流I和导线的长度和导线的长度L三者的乘积。三者的乘积。 即即： F=ILBBFB B （2 2）平行时：）平行时：F F0 0 垂直时：垂直时：F=BILF=BIL（3）公式：）公式：F=I L B sin磁场方向磁场方向与与电流方向电流方向间的夹角间的夹角时时磁感线只能是定性的描述磁场的性质。磁感线只能是定性的描述磁场的性质。问题：能不能从定量的角度来描述磁场的性质呢？问题：能不能从定量的角度来描述磁场的性质呢？问题：能不能从定量的角度来描述磁场的性质呢？问题：能不能从定量的角度来描述磁场的性质呢？“磁感应强度磁感
10、应强度”定量描述磁场的定量描述磁场的强弱与方向强弱与方向。磁场感应强度的进一步了解磁场感应强度的进一步了解一、磁感应强度（B）规定：穿过垂直于磁感线的单位面积的磁规定：穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度。感线条数等于该处的磁感应强度。磁感应强度的大小磁感线的疏密特斯拉（特斯拉（T）磁感应强度的方向磁场的方向小磁针在该点小磁针在该点N极的受力方向极的受力方向怎么比较疏密程度？从量性的角度理解磁怎么比较疏密程度？从量性的角度理解磁感应强度？感应强度？一、磁感应强度（B） 磁感应强度有大小也有方向，所以是磁感应强度有大小也有方向，所以是矢量。如果某点处于多个磁场中则该点的矢量
11、。如果某点处于多个磁场中则该点的磁感应强度磁感应强度遵循平行四边形的叠加原理遵循平行四边形的叠加原理。两根非常靠近且相互垂直的长直导线分别通相同两根非常靠近且相互垂直的长直导线分别通相同强度的电流，方向如图所示，那么两电流在垂直强度的电流，方向如图所示，那么两电流在垂直导线平面所产生的磁场方向向内且最强的区域是导线平面所产生的磁场方向向内且最强的区域是A.区域区域1 B.区域区域2 C.区域区域3 D.区域区域4巩固练习巩固练习1、磁场的理解导与练导与练P117P1171,2,31,2,32、安培力的计算例， 一根长为0.2m的通以2A电流的导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场
12、力的大小可能是（ ）A. 0.4N B. 0.2N C. 0.1N D. 0BCD如图348所示在匀强磁场中有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受的安培力1、安培力的平衡问题、安培力的平衡问题1.如图所示，在水平匀强磁场中，用两根相同的细绳水平悬挂粗细均匀的直导线MN，导线中通以从M到N的电流I，此时绳子都受到拉力作用；为使拉力减小为零，下列方法中可行的是（ ）A 把电流强度增大到某一值 B 把电流强度减小到某一值C 使电流I反向 D 使磁场B反向A巩固练习：巩固练习：解析根据电流方向和所给定磁场方向的关系，可以确定通电导线所受安培力分别如图所示二、磁通量（ ）在磁感
13、应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中，的匀强磁场中，当磁场方向与某一面积当磁场方向与某一面积S垂直垂直时，时，则穿过该面积的磁通量则穿过该面积的磁通量单位：单位：韦伯，简称韦，符号韦伯，简称韦，符号Wb问题：问题：如果面积为如果面积为S S的平面与磁场方向的平面与磁场方向不垂直不垂直时，则穿过该面积的磁通量还会不会是时，则穿过该面积的磁通量还会不会是BSBS呢？呢？二、磁通量（ ）从图示中可以看出：从图示中可以看出：从图示中可以看出：从图示中可以看出：当平当平当平当平面与磁场方向的夹角变化面与磁场方向的夹角变化面与磁场方向的夹角变化面与磁场方向的夹角变化时，穿过平面的磁感线条时，穿过平面的磁感
14、线条时，穿过平面的磁感线条时，穿过平面的磁感线条数也发生变化数也发生变化数也发生变化数也发生变化。穿过平面的磁感线条数穿过平面的磁感线条数穿过平面的磁感线条数穿过平面的磁感线条数与与与与平面在垂直磁场方向上的平面在垂直磁场方向上的平面在垂直磁场方向上的平面在垂直磁场方向上的投影面积投影面积投影面积投影面积穿过的磁感线条穿过的磁感线条穿过的磁感线条穿过的磁感线条数相等。数相等。数相等。数相等。为平面与为平面与垂直磁场垂直磁场方向方向的夹角的夹角,当平面与磁场方当平面与磁场方向向平行平行时。时。磁通量磁通量=?B二、磁通量（ ）当平面转过当平面转过1801800 0，此时的磁通量又是多少？，此时的
15、磁通量又是多少？ 可见，磁通量虽然是可见，磁通量虽然是可见，磁通量虽然是可见，磁通量虽然是标量标量标量标量，但还是有，但还是有，但还是有，但还是有正负正负正负正负。正负是用来表示穿过平面的方向。正负是用来表示穿过平面的方向。正负是用来表示穿过平面的方向。正负是用来表示穿过平面的方向。如果有两个大小相等但方向相反的磁场同时穿过该平面。则平面位置的磁感应强度等于（ ），磁通量等于（ ）1.1.（20102010巴蜀中学高二检测）如图所示，巴蜀中学高二检测）如图所示，两个同心放置的共面金属圆环两个同心放置的共面金属圆环a a和和b b，一条，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两形磁铁穿过圆心且与
16、环面垂直，则穿过两环的磁通量环的磁通量a a和和b b大小关系为（大小关系为（ ）A Aa ab b B Ba ab bC Ca a=b b D D无法比较无法比较例题演练例题演练 穿过同一平面但方向相反的两条磁感线计算磁通量穿过同一平面但方向相反的两条磁感线计算磁通量穿过同一平面但方向相反的两条磁感线计算磁通量穿过同一平面但方向相反的两条磁感线计算磁通量时可以互相抵消。时可以互相抵消。时可以互相抵消。时可以互相抵消。2 2、如图所示，框架面积为、如图所示，框架面积为S S，框架平面与磁感应强度，框架平面与磁感应强度为为B B的匀强磁场垂直，则穿过线框平面的磁通量为多少的匀强磁场垂直，则穿过线
17、框平面的磁通量为多少？若使框架绕？若使框架绕OOOO转过转过6060，则穿过线框平面的磁通，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过量为多少？若从初始位置转过9090，则此时穿过线框，则此时穿过线框平面的磁通量为多少？平面的磁通量为多少？【思路点拨】【思路点拨】磁通量的大小直接利用公式磁通量的大小直接利用公式=BScos=BScos即即可求解，应特别注意可求解，应特别注意角的大小角的大小. .【自主解答】【自主解答】框架平面与磁感应强度为框架平面与磁感应强度为B B的匀强磁场方向垂直时的匀强磁场方向垂直时=0,=0,此时磁通量此时磁通量1 1=BS.=BS.框架绕框架绕OOOO转过转过6
18、060时，时，磁通量磁通量2 2=BScos60= BS.=BScos60= BS.框架转过框架转过9090时，磁通量时，磁通量3 3=BScos90=0.=BScos90=0.答案：答案：BS BS 0BS BS 04 4、如图所示，框架面积为、如图所示，框架面积为S S，框架平面与磁感应强度，框架平面与磁感应强度为为B B的匀强磁场垂直，则穿过线框平面的磁通量为多少的匀强磁场垂直，则穿过线框平面的磁通量为多少？若使框架绕？若使框架绕OOOO转过转过6060，则穿过线框平面的磁通，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过量为多少？若从初始位置转过9090，则此时穿过线框，则此时穿过线框
19、平面的磁通量为多少？平面的磁通量为多少？【互动探究】【互动探究】(1)(1)若从初位置使框架绕若从初位置使框架绕OOOO转过转过6060，则穿，则穿过框架的磁通量变化了多少？过框架的磁通量变化了多少？(2)(2)若从初位置使框架绕若从初位置使框架绕OOOO转过转过180180，则穿过框架的磁，则穿过框架的磁通量是多少？磁通量变化了多少？通量是多少？磁通量变化了多少？三三. .安培力的应用安培力的应用 （一）磁电式电表（一）磁电式电表【问题问题】（1）电流表主要由哪几部分组成的？）电流表主要由哪几部分组成的？电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等
20、六部分组成。弹簧、指针、刻度盘等六部分组成。（一）磁电式电表（一）磁电式电表【问题问题】（2）为什么电流表可测出电流的）为什么电流表可测出电流的强弱和方向强弱和方向？测出电流的强弱和方向：测出电流的强弱和方向：线圈中的电流越大，安培力越大，线圈和指针偏转的角线圈中的电流越大，安培力越大，线圈和指针偏转的角度就越大度就越大根据指针偏转角度的大小，判断被测电流的强弱。根据指针偏转角度的大小，判断被测电流的强弱。测出电流的强弱和方向：测出电流的强弱和方向：当线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，当线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变指针的偏转方向也随着改变根
21、据指针的偏转方向，判断被测电流的方向。根据指针的偏转方向，判断被测电流的方向。（一）磁电式电表（一）磁电式电表【问题】（3）电流表中磁场分布有何特点呢？为何要如此分布？电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地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么角度，它的平面都跟磁感应线平行，表盘的刻度就是均匀的了。行，表盘的刻度就是均匀的了。【问题】（4）磁电式仪表的优缺点是什么？优点优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点缺点是绕
22、制线圈的导线很细，允许通过的是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。如果通电流很弱（几十微安到几毫安）。如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。（二）电动机（二）电动机实验分析NIFFS通电线圈在磁场中会发生逆时针转动NFFS当线圈的平面与磁场垂直时，通电线圈受平衡力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈还会继续转动NSFF线圈靠惯性越过平衡位置的后，磁场力作用的结果使线圈顺时针旋转NFFS通电线圈最后静止在平衡位置彼此绝缘的彼此绝缘的两个两个半圆环半圆环一对与电源一对与电源连接的连接的电刷电刷（二）电动机（二）电动机转子转子定子定子
23、能够完成改变电流方向的装置叫做能够完成改变电流方向的装置叫做换向器换向器换向器的作用换向器的作用:当线圈刚越过平衡位置时当线圈刚越过平衡位置时,换向器换向器自动改变电流的方向使线圈能持续自动改变电流的方向使线圈能持续地转动下去地转动下去直流电动机电动机是把电能转化为机械能的动力机器使用直流电的电动机叫做直流电动机磁场对电流的作用是电动机的基本原理直流电动机的转速可由电流大小来控制；转动方向可由电流方向和磁极的位置来控制。2、安培力的综合问题、安培力的综合问题例例1 （2012天津理天津理综）综）如如图所示，金属棒图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向
24、上的匀强磁场中，棒中通一由悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通一由M向向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果如果仅改仅改变下列某一个条件，变下列某一个条件，角的相应变化情况角的相应变化情况是（是（ ）导练导练P119MNA【解析】画画出整个图形的侧视图，选金属出整个图形的侧视图，选金属棒为研究对象进行受力棒为研究对象进行受力分析可得分析可得F安安= mgtan F安安= BIL 由由和和得得：而而【例】如图所示的立体图中，质量m，长L，通有电流为I的导体棒ab静止在水平导轨上，匀强磁场磁感应强度为B，其方向与导轨平面成角斜向下并与ab垂直，ab
25、处于静止状态求：（1）棒ab受到的摩擦力Ff大小和方向（2）受到的支持力FN【例】 如图3411所示，在与水平方向夹角为60的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m的平行导轨上放一质量为m0.3 kg的金属棒ab，通以从ba，I3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab棒对导轨压力的大小(g10 m/s2)拓展拓展2 2：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，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，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C若磁铁不动，通电导线可移动，则若磁铁不动，通电导线可移动，则导线应如何动导线应如何动NSIFFNSF1.画出导线所在处的磁场方向画出导线所在处的磁场方向2.确定电流方向确定电流方向3.根据左手定则确定受安培力的方向根据左手定则确定受安培力的方向4.根据受力情况判断运动情况根据受力情况判断运动情况判断通电导线在安培力作用下判断通电导线在安培力作用下 的运动方向问题的运动方向问题
