《4景泰二中磁场对通电导线的作用力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4景泰二中磁场对通电导线的作用力（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、知识回顾一、知识回顾如何描述磁场强弱？如何描述磁场强弱？ 由此可知，当将长度为由此可知，当将长度为L电流为电流为I的电流元的电流元IL,垂直放入磁感应强度垂直放入磁感应强度为为B的匀强磁场中，通电的导线的匀强磁场中，通电的导线必然受到磁场产生的作用力。必然受到磁场产生的作用力。安培力安培力1 1 1 1、定义定义定义定义：磁场对通电导线：磁场对通电导线：磁场对通电导线：磁场对通电导线( ( ( (电流电流电流电流) ) ) )的的的的作用力称为磁场力作用力称为磁场力作用力称为磁场力作用力称为磁场力, , , ,又称安培力，是又称安培力，是又称安培力，是又称安培力，是为了纪念法国物理学家安培
2、而命名的。为了纪念法国物理学家安培而命名的。为了纪念法国物理学家安培而命名的。为了纪念法国物理学家安培而命名的。思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论 在电场中，电场强度的方向就是正电荷所在电场中，电场强度的方向就是正电荷所在电场中，电场强度的方向就是正电荷所在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向度的方向是不是通电导体
3、在磁场中的受力方向呢？呢？呢？呢？ I( 仔细观察以下四个演示实验，考虑电流方向、磁场方向、导线所受安培力方向的关系：A 演示实验一：演示实验一：演示：通电导线在磁场中受到的力演示：通电导线在磁场中受到的力-安培力安培力IBF一、安培力的方向一、安培力的方向 IIA 演示实验二：演示实验二： 在演示实验一的基础上, 保持磁极的位置（方向）不变，改变电流的方向：FIB IA 演示实验三：演示实验三： 在演示实验一的基础上，保持电流的方向不变，对调磁极的位置（方向）：FIB IIA 演示实验四：演示实验四： 在演示实验一的基础上，同时改变电流的方向和对调磁极的位置（方向）：IBFIBIBIBIB一
4、、安培力的方向一、安培力的方向左手定则: 伸开左手伸开左手, ,使大拇指与其余四个使大拇指与其余四个手指垂直手指垂直, ,并且都与手掌在同一平面并且都与手掌在同一平面内内; ;让磁感线垂直穿过手心让磁感线垂直穿过手心, ,并使四指并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指的指向电流的方向，这时大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向力的方向. .FFFF注意：注意： 安培力的方向既与电流方向垂直又与磁安培力的方向既与电流方向垂直又与磁场的方向垂直，场的方向垂直， 即即安培力方向安培力方向垂直于电流垂直于电流 和磁和磁场所决定的平面场所决定的平面.BBI
5、F BBIBFIBBBIBI判定以下通电导线所受安培力的方向判定以下通电导线所受安培力的方向30FIIIBBBFFF问题：问题：如图所示，两条平如图所示，两条平行的通电直导线之间会通行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用过磁场发生相互作用 用学过的知识画图分析判断用学过的知识画图分析判断同向电流相互吸引同向电流相互吸引。反向电流相互排斥反向电流相互排斥。结论结论: :FFF同向电流F反向电流M NM NP QP QM NM NM NM NP QP QP QP Q（1 1） 在在匀强磁场匀强磁场中，在通电直导线与磁场方中，在通电直导线与磁场方向向垂直垂直的情况下，导线所受安培力的情况下，导线所
6、受安培力F F等于磁感应等于磁感应强度强度B B、电流、电流I I和导线的长度和导线的长度L L三者的乘积。三者的乘积。 问题问题: :如果既不平行也如果既不平行也不垂直呢？不垂直呢？二、安培力的大小二、安培力的大小即：即： F=ILB（最大）（最大）（2 2）平行时：）平行时：F0（最小）（最小）B BIIB B把磁感应强度把磁感应强度B B分解为两个分量：分解为两个分量：一个分量与导线垂直一个分量与导线垂直 B B1 1= =BsinBsin另一分量与导线平行另一分量与导线平行 B B2 2= =BcosBcos平行于导线的分量平行于导线的分量B B2 2不对通电导线产生作用不对通电导线产
7、生作用力，通电导线所受作用力仅由力，通电导线所受作用力仅由B B1 1决定决定即即F=ILBF=ILB1 1F=F=BILsinBILsinB B2 2B B1 1将将B B1 1= =BsinBsin代入得代入得通电直导线与磁场方向通电直导线与磁场方向不垂直不垂直的情况的情况B BI公式：公式： F = BF = BIL=IL=BILsinBILsin表示磁场方向与电流方向间的夹角表示磁场方向与电流方向间的夹角 在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场. .安培力的大小安培力的大小: :问题问题: :若若B B与与I I不垂直时，不垂直时，F F安安与与B B和和
8、I I方向关系？方向关系？表示垂直于表示垂直于纸面向外纸面向外安培力方向既与电流方向垂直安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所决定的平面和磁场所决定的平面.IB BB B2 2B B1 1B BI0 00.02N0.02NF F水平向右水平向右0.02N0.02NF F垂直导线垂直导线斜向左上方斜向左上方例例1 1：将长度为：将长度为20cm20cm、通有、通有0.1A0.1A电流的直电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为图所示，已知磁感应强度为1T1T。试求出下列
9、各。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向图中导线所受安培力的大小和方向IBIB30IBB30I0.01N0.01NF F垂直磁场垂直磁场向内向内例例2 2、如图所示，导线、如图所示，导线abcabc为垂直折线为垂直折线, ,其中电其中电流为流为I,abI,ab= =bcbc=L,=L,导线所在的平面与匀强磁场垂导线所在的平面与匀强磁场垂直直, ,匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为B,B,求导线求导线abcabc所受所受安培力的大小和方向安培力的大小和方向. .cba小结：小结：1 1、弯曲通电导体有效长度、弯曲通电导体有效长度L L为首尾相为首尾相连有向线段沿垂直于磁场方向上的
10、投影。连有向线段沿垂直于磁场方向上的投影。分析：分析：2、匀强磁场垂直封闭通电导体平面，导体所、匀强磁场垂直封闭通电导体平面，导体所受安培力的合力为零。受安培力的合力为零。BacbI例例3 3：如图所示，直角三角形如图所示，直角三角形abcabc组成的导线框内组成的导线框内通有电流通有电流I I1A1A，并处在方向竖直向下的匀强磁，并处在方向竖直向下的匀强磁场场B B2T2T中，中，ac=40cmac=40cm， ，求三角形框架，求三角形框架各边所受的安培力。各边所受的安培力。abab垂直纸面向内垂直纸面向内,ca,ca垂直纸面向外垂直纸面向外分析：分析：1 1、磁电式电流表的构造、磁电式电流
11、表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。（软铁制成）。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。.四、磁电式电流表四、磁电式电流表 电流表构造中最电流表构造中最电流表构造中最电流表构造中最大的特点就是在蹄形大的特点就是在蹄形大的特点就是在蹄形大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场磁铁和铁芯间的磁场磁铁和铁芯间的磁场磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的是均匀地辐向分布的是均匀地辐向分布的是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布）（即沿直径方向分布）（
12、即沿直径方向分布）（即沿直径方向分布）。 这样的构造使得线框这样的构造使得线框在转动过程中，其平面在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受始终与磁场平行，即受到安培力的线框的两边到安培力的线框的两边始终与磁场垂直。始终与磁场垂直。电流表的构造电流表的构造电流表的工作原理电流表的工作原理 当电流通过线当电流通过线圈时，线圈上跟轴圈时，线圈上跟轴线平行的两边在安线平行的两边在安培力作用下，使线培力作用下，使线圈绕轴线转动，从圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生动。当安培力产生的力矩和弹簧的扭的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，转力矩相平衡时，线圈才停止转动。线圈才停止转动。
13、 由于安培力与电流成正由于安培力与电流成正由于安培力与电流成正由于安培力与电流成正比，当线圈中流入的电流比，当线圈中流入的电流比，当线圈中流入的电流比，当线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安越大时，线圈上产生的安越大时，线圈上产生的安越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转培力越大，线圈和指针转培力越大，线圈和指针转培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，过的角度也越大。因此，过的角度也越大。因此，过的角度也越大。因此，根据指针偏转角度的大小，根据指针偏转角度的大小，根据指针偏转角度的大小，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。可以知道被测电流的强弱。可以知道被测电流的强弱
14、。可以知道被测电流的强弱。 当流入线圈中的电流方当流入线圈中的电流方当流入线圈中的电流方当流入线圈中的电流方向改变时，线圈和指针偏向改变时，线圈和指针偏向改变时，线圈和指针偏向改变时，线圈和指针偏转的方向也改变。所以，转的方向也改变。所以，转的方向也改变。所以，转的方向也改变。所以，根据指针偏转的方向，可根据指针偏转的方向，可根据指针偏转的方向，可根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。以知道被测电流的方向。以知道被测电流的方向。以知道被测电流的方向。=NB=NBI IS/kS/k电流表的特点电流表的特点1 1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导
15、线很细，允许通过但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；的电流很小；2 2、电流和安培力成正比，所以电流、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；表的刻度是均匀的；3 3、电流方向改变，安培力方向也改、电流方向改变，安培力方向也改变，指针朝相反方向转动。变，指针朝相反方向转动。F例4、在图中，匀强磁场磁感应强度为B，有一段长L，通有电流为I的直导线ab，电流方向从a到b，则导线所受磁场力大小和方向如何？并将立体图改画为平面受力图。BbazxyBOBabFBBFBxy例例5、 如下图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂如下图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁在磁铁N极附近，磁铁的极附近
16、，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流（外，当线圈内通入如图方向的电流（外侧）后判断线圈如何运动？侧）后判断线圈如何运动？解析：(1)电流元法电流元法：可以把圆形线圈分：可以把圆形线圈分成很多成很多小段小段，每一小段可以看作，每一小段可以看作一段直线电流，取其中的一段直线电流，取其中的上下两上下两小段分析小段分析。NSNSF FF FBB 截面受安培力如图，根据截面受安培力如图，根据对称性，线圈所受安培力的对称性，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向磁合力水平向左，故线圈向磁铁运动。铁运动。SN等效分析法等效分析法：a.环形电
17、流可等效为小磁针。环形电流可等效为小磁针。NSNS b.也可将也可将条形磁铁等效条形磁铁等效为环形电流为环形电流方向如图方向如图,由由同向平行电流相互吸引。同向平行电流相互吸引。则磁铁和线圈相互吸引，则磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动。线圈将向磁铁运动。例题例题6.把一重力不计的通电直导把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以方，导线可以自由转动自由转动，当导线，当导线通入图示方向电流通入图示方向电流I I时，导线的时，导线的运动情况是运动情况是( (从上往下看从上往下看) ) A. A.顺时针方向转动，同时顺时针方向转动，同时下降下降 B
18、.B.顺时针方向转动，同时顺时针方向转动，同时上升上升 C.C.逆时针方向转动，同时逆时针方向转动，同时下降下降 D.D.逆时针方向转动，同时逆时针方向转动，同时上升上升I IF(2)特殊位置法特殊位置法：把电流或磁铁：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运再判断安培力方向，从而确定运动方向动方向答案为答案为C.逆时针方向转动，同时下降逆时针方向转动，同时下降解析：(1)电流元法电流元法：即把整段电流等效为多段：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断段
19、电流元所受安培力的方向，从而判断整段电流所受合力方向，最后确定运动整段电流所受合力方向，最后确定运动方向方向FIF例题例题7.两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（）abcdD D解析：先画解析：先画ab 电流磁场，电流磁场，再判再判 断断cd 左右两边受安培力如图。左右两边受安培力如图。A.顺时针方向转动，同时靠近顺时针方向转动，同时靠近abB.逆时针方向转动，同时离开逆时针方向转动，同时离开abC.顺时针方向转动，同时离开顺时针方向转动，同时离开abD.逆时针方向转动，同时靠近逆时针方向转动，同时靠近abF FF FI I推论
20、分析法：推论分析法：F F同向电流相互吸引同向电流相互吸引。小结：安培力作用下动态分析方法小结：安培力作用下动态分析方法(1)电流元法：电流元法： (2)特殊位置法：特殊位置法： (3)等效法：等效法：(4) 推论法：推论法： 两电流相互平行时无转动趋势，同向电两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；流相互吸引，反向电流相互排斥； 两电流不平行时，有转动到相互平行且两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势电流方向相同的趋势NSI IFBF例例8、如图所示，条形磁铁静止在水平面上，、如图所示，条形磁铁静止在水平面上，右上方有一固定通电直导线方向垂直纸面向外，右
21、上方有一固定通电直导线方向垂直纸面向外，讨论：磁铁是否受地面摩擦力？支持力是否等讨论：磁铁是否受地面摩擦力？支持力是否等于重力于重力？方法小结：转换研究对象法方法小结：转换研究对象法fFNmg解析：f=FX方向水平向左，FN=mg+FY例例9. .如图所示，在与水平方向成如图所示，在与水平方向成6060角的光滑角的光滑金属导轨间连一电源，在相距金属导轨间连一电源，在相距1m1m的平行导轨上的平行导轨上放一重为放一重为3N3N的金属棒的金属棒abab，棒上通以，棒上通以3A3A的电流，的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止，求：磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止，求：(1)(1)匀强磁场的磁感应
22、强度；匀强磁场的磁感应强度；(2)ab(2)ab棒对导轨的压力棒对导轨的压力. .解析：解析：(1)(1)棒棒abab的受力如图，的受力如图，mgmg与与BILBIL的合力与的合力与F FN N是一对平衡力，是一对平衡力，(2)ab(2)ab棒对导轨的压力棒对导轨的压力支持力支持力N N大小相等大小相等图8-1-14F FN N即即BIL= BIL= mgtanmgtan，解得，解得：【例例1010】安培秤如图所示，它的一臂下面挂有一安培秤如图所示，它的一臂下面挂有一个矩形线圈，线圈共有个矩形线圈，线圈共有N N匝，它的下部悬在均匀匝，它的下部悬在均匀磁场磁场B B内，下边一段长为内，下边一段
23、长为L L，它与，它与B B垂直。当线圈垂直。当线圈的导线中通有电流的导线中通有电流I I时，调节右盘砝码使两臂达时，调节右盘砝码使两臂达到平衡；然后使电流反向，这时需要在到平衡；然后使电流反向，这时需要在左盘中加左盘中加质量为质量为m m的砝码的砝码，才能使两臂再达到平衡。求磁，才能使两臂再达到平衡。求磁感应强度感应强度B B的大小。的大小。例题例题11.11.已知北京地区地磁场的水平分量已知北京地区地磁场的水平分量为为3.0105T.若北京市一高层建筑安装了若北京市一高层建筑安装了高高100m的金属杆作为避雷针，在某次雷的金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，某一时刻的向下的放电电流为雨天气
24、中，某一时刻的向下的放电电流为105A，此时金属杆所受培力的方向和大小，此时金属杆所受培力的方向和大小如何？如何？ 指向东方 300N 例题例题12、物理学家法拉第在研究电磁学时，亲手做过许多、物理学家法拉第在研究电磁学时，亲手做过许多实验。如图所示的实验就是著名的电磁旋转实验，这种现实验。如图所示的实验就是著名的电磁旋转实验，这种现象是：如果载流导线附近只有磁铁的一个极，磁铁就会围象是：如果载流导线附近只有磁铁的一个极，磁铁就会围绕导线旋转；反之，载流导线也会围绕单独的某一磁极旋绕导线旋转；反之，载流导线也会围绕单独的某一磁极旋转。这一装置实际上就成为最早的电动机。图中转。这一装置实际上就成
25、为最早的电动机。图中A是可动是可动磁铁，磁铁，B是固定导线是固定导线，C是可动导线，是可动导线，D是固定磁铁。是固定磁铁。逆时针逆时针顺时针顺时针图中黑色部分表示汞（磁铁和导线图中黑色部分表示汞（磁铁和导线的下半部分都浸没在汞中），下部的下半部分都浸没在汞中），下部接在电源上。请你判断这时自上向接在电源上。请你判断这时自上向下看，下看，A将将_转动和转动和C将将_转动（填顺时针还是逆时转动（填顺时针还是逆时针）。针）。例例题题1313、如如图图，两两平平行行光光滑滑导导轨轨相相距距0.2m0.2m，与与水水平平面面夹夹角角为为4545，金金属属棒棒MNMN的的质质量量为为0.1kg0.1kg，
26、处处在在竖竖直直向向上上磁磁感感应应强强度度为为1T1T的的匀匀强强磁磁场场中中，电电源源电电动动势势为为6V6V，内内阻阻为为11，为为使使MNMN处处于于静静止止状态，则电阻状态，则电阻R R应为多少？应为多少？( (其它电阻不计其它电阻不计) )NBG GF FN NF F安安例题例题1414、如图，在磁感强度为、如图，在磁感强度为2T2T的匀强磁的匀强磁场中场中, ,一与水平面成一与水平面成3737度角的导电轨道上放度角的导电轨道上放一可移动的金属杆一可移动的金属杆abab，电源电动势为电源电动势为=10=10伏伏, ,内阻内阻r=1r=1欧欧, ,abab长长L=0.5m,L=0.5m,质量质量m m为为0.2kg0.2kg的杆与轨道间的摩擦因数的杆与轨道间的摩擦因数 =0.1,=0.1,求接在求接在轨道中的可变电阻轨道中的可变电阻R R在什么范围内在什么范围内, , 可使可使abab杆在轨道上保持静止杆在轨道上保持静止?(?(杆与轨道的电阻不杆与轨道的电阻不计计) )b作业布置：第94页1、2、3题。注意:第2题第（2）中应画出四种情况图。
