3.4-通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力講解課件

1、第三章 磁場(chǎng) 3.4 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力(1)湖南師范大學(xué)袁華軍知識(shí)回顧1. 電場(chǎng)強(qiáng)度E=F/q，其方向?yàn)檎姾傻氖芰Ψ较?；F=qE，q、E確定，F(xiàn)的大小和方向都確定。2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B=F/IL(BI)，其方向?yàn)樾〈裴橃o止時(shí)N極的指向。3. 思考：F=BIL成立的條件是什么？磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是通電導(dǎo)線所受力的方向嗎？B、I、L的大小都確定，F(xiàn)的大小確定嗎？磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱為安培力探究1 安培力的方向IBFFIBFIBIBFSNSNSN結(jié)論：安培力的方向與磁場(chǎng)方向和電流方向都有關(guān)系；當(dāng)電流方向和磁場(chǎng)方向同時(shí)反向時(shí)，安培力方向不變。一、安培力的方向：左手定則左手定則：伸開左手，使拇指與

2、四指在同一平面內(nèi)并跟四指垂直，讓磁感線穿入手心，四指指向電流的流向，這時(shí)拇指所指的就是通電導(dǎo)體所受安培力的方向。 安培力的方向既垂直于電流方向又垂直于磁場(chǎng)方向，即安培力垂直電流和磁場(chǎng)所確定的平面。 對(duì)安培力方向的理解(1) 安培力方向的特點(diǎn)： FB，F(xiàn)I，即F垂直于B、I所確定的平面。(2) 當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流與磁場(chǎng)所確定的平面，所以仍可用左手定則來(lái)判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過(guò)手心。(3) 主要區(qū)別安培力的方向和電場(chǎng)力的方向與場(chǎng)的方向的關(guān)系：安培力的方向總是與磁場(chǎng)的方向垂直，而電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向平行。(4) 左手定則和安培定則的區(qū)別：左手定

3、則電流處于外磁場(chǎng)受安培力，而安培定則電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。特別提醒(1) 安培力總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所確定的平面；但磁場(chǎng)方向和電流方向不一定垂直。(2) 若已知B、I方向，F(xiàn)方向唯一確定；但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一。(3) 判斷電流的磁場(chǎng)方向用安培定則；確定通電電流在磁場(chǎng)中所受的安培力的方向用左手定則。課堂訓(xùn)練例1. 畫出圖中第三者的方向。注: 安培力的方向總與導(dǎo)線垂直, 與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直。課堂訓(xùn)練例2. 畫出圖中第三者的方向。BBBIFI30FIB平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用FFF同向電流F反向電流同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。結(jié)論:探究2：安培力的大小結(jié)論：通電

4、導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，它受力的大小與I和L的乘積 IL 成正比。F=BIL 保持導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度不變，改變電流的大小； 保持電流不變，改變導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度. 控制變量法二、安培力的大?。?） 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下，導(dǎo)線所受安培力F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I和導(dǎo)線的長(zhǎng)度L三者的乘積。即： F=BIL（2）B、I平行時(shí)：F0F = BILsin(為B與L的夾角)B1B2B（3）B、I成角時(shí)：對(duì)安培力大小的理解(1) 公式 F=BILsin只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。=90時(shí)，F(xiàn)最大；=0時(shí)，F(xiàn)最小。(2) 為B與I的夾角；L為有效長(zhǎng)度,不一定是導(dǎo)線的實(shí)際長(zhǎng)度。(3) F的大小不

5、僅與B、I、L有關(guān)，還與放置方式有關(guān)，即與有關(guān)。(4) 任意時(shí)： 不垂直，就分解B或?qū)朝垂直B方向投影； 只有一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中或者只有一部分通電？ 導(dǎo)線不是直線，就找導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度(首尾連接的直線)課堂訓(xùn)練例3. 指出下列各圖中安培力的方向和大小。LF=BILLLL課堂訓(xùn)練例4. 如圖，導(dǎo)線abc為垂直折線, 其中電流為I, ab=bc=L, 導(dǎo)線所在的平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直, 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B, 求導(dǎo)線abc所受安培力的大小和方向。abc課堂訓(xùn)練例5. 如圖，關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力, 下列說(shuō)法正確的是( )A. 通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用；B. 通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所

6、受安培力的方向一定跟磁場(chǎng)方向垂直；C. 通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟電流方向垂直；D. 通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面。BCD課堂訓(xùn)練例6. 如圖, 一根有質(zhì)量的金屬棒MN, 兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸于a、b兩點(diǎn), 棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通有電流，方向從M流向N，此時(shí)懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以( )A. 適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度；B. 使磁場(chǎng)反向；C. 適當(dāng)增大電流；D. 使電流反向。CMNab課堂訓(xùn)練例7. 如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則（

7、 ）A. 磁鐵對(duì)桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用； B. 磁鐵對(duì)桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用； C. 磁鐵對(duì)桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用 ；D. 磁鐵對(duì)桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用。A課堂訓(xùn)練例8. 如圖，在傾角為的光滑斜面上，垂直紙面水平放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的通電直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向里，欲使導(dǎo)線靜止在斜面上，外加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向可以是（ ）A. B=mgsin/IL, 方向垂直斜面向下；B. B=mgtan/IL, 方向豎直向下；C. B=mg/IL, 方向水平向左；D. B=mgcos/IL, 方向水平向左。ABC課堂訓(xùn)練例9. 把一根柔軟的螺旋形彈

8、簧豎直懸掛起來(lái), 使它的下端剛好跟杯里的水銀面接觸, 并使它組成如圖所示的電路, 當(dāng)開關(guān)接通后, 將看到的現(xiàn)象是( )A. 彈簧向上收縮;B. 彈簧被拉長(zhǎng);C. 彈簧上下振動(dòng);D. 彈簧仍靜止不動(dòng)。CS第三章 磁場(chǎng) 3.4 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力(2)湖南師范大學(xué)袁華軍二、安培力的大小（1） 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下，導(dǎo)線所受安培力F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I和導(dǎo)線的長(zhǎng)度L三者的乘積。即： F=BIL（2）B、I平行時(shí)：F0F = BILsin(為B與L的夾角)B1B2B（3）B、I成角時(shí)：一、磁電式電流表1. 磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴(軟鐵制成

9、)、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯(軟鐵制成)鐵芯、線圈和指針是一個(gè)整體可以轉(zhuǎn)動(dòng)2. 磁電式電流表的原理： 電流表構(gòu)造中最大的特點(diǎn)就是在蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地輻向分布的(即沿直徑方向分布); 這樣的構(gòu)造使得線框在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，其平面始終與磁場(chǎng)平行，即受到安培力的線框中的兩邊始終與磁場(chǎng)垂直; 當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈上跟軸線平行的兩邊在安培力作用下，使線圈繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺旋彈簧被扭動(dòng)。當(dāng)安培力產(chǎn)生的力矩和彈簧的扭轉(zhuǎn)力矩相平衡時(shí)，線圈才停止轉(zhuǎn)動(dòng); 線圈和指針轉(zhuǎn)過(guò)的角度與電流成正比，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測(cè)電流的強(qiáng)弱；根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測(cè)電流的方向。3. 磁電式電流表的特

10、點(diǎn)： 靈敏度高，可以測(cè)量很弱的電流，但是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很??； 電流和安培力成正比，所以電流表的刻度是均勻的； 電流方向改變，安培力方向也改變，線圈朝相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。=NBIS/k課堂訓(xùn)練例1. 下列措施可以提高電流表線圈的靈敏度的是(注：電表的靈敏度可以表示為/I=NBS/k)（ ）A. 增加線圈的匝數(shù)；B. 增強(qiáng)磁極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度；C. 減小線圈的電阻；D. 換用不易扭轉(zhuǎn)的彈簧。AB課堂訓(xùn)練例2. 關(guān)于電流表以下說(shuō)話錯(cuò)誤的是( ）A. 指針?lè)€(wěn)定后，游絲形變產(chǎn)生的阻礙效果與線圈受到的安培力的轉(zhuǎn)動(dòng)效果方向是相反的；B. 通電線圈中的電流越大，指針偏轉(zhuǎn)角度就越大；C. 在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)

11、的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)；D. 在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，線圈所受安培力大小與電流大小有關(guān)，而與所處位置無(wú)關(guān)。C二、安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向電流元法把整段導(dǎo)線分為許多段直電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流特殊位置法通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置(如轉(zhuǎn)過(guò)90)，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力

12、，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向課堂訓(xùn)練例1. 如圖所示的天平可用來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度. 天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬為L(zhǎng)，共N匝。線罔的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙而。當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖)時(shí)，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼，天平平衡。當(dāng)電流反向(大小不變)時(shí)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡。由此可知( )A. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為(m1-m2)g/NIL；B. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為mg/2NIL；C. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為(m1-m2)g/NIL；D. 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為mg/2NIL

13、。B課堂訓(xùn)練例2. 如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有兩根相同的彈簧，下面掛一條長(zhǎng)為0.5m，質(zhì)量為0.1kg的金屬棒MN，此時(shí)彈簧伸長(zhǎng)10cm，欲使彈簧不伸長(zhǎng)則棒上應(yīng)通過(guò)的電流的大小和方向如何？課堂訓(xùn)練例3. 如圖所示，兩平行光滑導(dǎo)軌相距0.2m，與水平面夾角為450，金屬棒MN的質(zhì)量為0.1kg，處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電源電動(dòng)勢(shì)為6V，內(nèi)阻為1，為使MN處于靜止?fàn)顟B(tài)，則電阻R應(yīng)為多少？(其他電阻不計(jì))課堂訓(xùn)練例4. 兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中AB固定，CD可自由活動(dòng)，當(dāng)通以如圖所示電流后，CD導(dǎo)線將( )A. 順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近AB；B.

14、逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開AB；C. 順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開AB；D. 逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近AB。電流元法D課堂訓(xùn)練例5. 把一個(gè)可以繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁盤放在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向與鋁盤平面垂直，盤的下邊浸在水銀糟內(nèi)，將轉(zhuǎn)軸和水銀用導(dǎo)線直接連在電源的兩極上，如圖所示，則下列說(shuō)法正確的是（ ）A. 由于磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，鋁盤將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)B. 由于磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，鋁盤將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C. 將電源兩極對(duì)調(diào)，鋁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不會(huì)改變D. 將電流及磁場(chǎng)方向同時(shí)改變，鋁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變。B電流元法課堂訓(xùn)練例6. 如圖所示，固定螺線管M右側(cè)有一正方形線框abcd，線框內(nèi)通有恒定電流，其流向?yàn)閍b

15、cd，當(dāng)閉合開關(guān)S后，線框運(yùn)動(dòng)情況應(yīng)為( )A. ab向外，cd向里轉(zhuǎn)動(dòng)且向M靠攏；B. ab向里，cd向外轉(zhuǎn)動(dòng)且遠(yuǎn)離M；C. ad向外，bc向里轉(zhuǎn)動(dòng)且向M靠攏；D. ad向里，bc向外轉(zhuǎn)動(dòng)且遠(yuǎn)離M。A等效法課堂訓(xùn)練例7. 如圖所示，將通電導(dǎo)線圓環(huán)平行于紙面緩慢地堅(jiān)直向下放入水平方向垂直紙面各里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,則在通電圓環(huán)完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中,所受的安培力大小變化是（ ）A. 逐漸變大；B. 先變大后變??；C. 逐漸變??；D. 先變小后變大。B電流元法課堂訓(xùn)練例8. 如圖所示，向一根松弛的導(dǎo)體線圈中通以電流,線圈將會(huì)( )A. 縱向收縮,徑向膨脹；B. 縱向伸長(zhǎng),徑向膨脹；C. 縱向伸長(zhǎng),徑向收

16、縮；D. 縱向收縮,徑向收縮。A電流元法課堂訓(xùn)練例9. 如圖所示，蹄形磁鐵固定，通電直導(dǎo)線AB可自由運(yùn)動(dòng)，AB的重力不計(jì)，當(dāng)導(dǎo)線中通以圖示方向的電流時(shí)，俯視導(dǎo)體，導(dǎo)體AB將( )A. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)；B. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)；C. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)；D. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)。ANS特殊位置法課堂訓(xùn)練例10. 如圖在條形磁鐵N極處懸掛一個(gè)線圈，當(dāng)線圈中通有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鲿r(shí)，線圈將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？等效法課堂訓(xùn)練例11. 直導(dǎo)線AB與圓形線圈的平面垂直且有一小段距離，直導(dǎo)線固定，線圈可以自由運(yùn)動(dòng)。當(dāng)通過(guò)如圖所示的電流時(shí)，從左向右看，線圈將( )A. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近直導(dǎo)線；B. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開直導(dǎo)線；C. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近直導(dǎo)線；D. 不動(dòng)。等效法C課堂訓(xùn)練例12. 一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)圓線圈的圓心重合，當(dāng)兩線圈都通有如圖所示方向的電流時(shí)，則從左向右看，線圈L1將( ) A. 不動(dòng)； B. 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；C. 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)； D. 向紙外平動(dòng)。等效法C課堂訓(xùn)練例13. 用兩根細(xì)線把兩個(gè)完全相同的圓形導(dǎo)線環(huán)懸掛起來(lái)，讓二者等高平行放置，如圖所示