通電導(dǎo)線在磁場中受力

1、第3章 第4節(jié)通電導(dǎo)線在磁場中受到的力,一、知識(shí)回顧,如何描述磁場強(qiáng)弱？,安培力(Ampere force)的方向,定義：磁場對電流的作用力稱為安培力，是為了紀(jì)念安培而命名的。,猜想：通電導(dǎo)體在磁場中受力方向與電流方向和磁場方向有關(guān)。,思考與討論,在電場中，電場強(qiáng)度的方向就是正電荷所受電場力的方向。那么，在磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是不是通電導(dǎo)體在磁場中的受力方向呢？,實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,F、B、I方向關(guān)系,示意圖,安培力方向既與電流方向垂直又與磁場方向垂直，即垂直于電流和磁場所在的平面,左手定則：伸開左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感應(yīng)線從掌心進(jìn)入,并使四指指向電流的方

2、向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向,遵循左手定則,示意圖,再次提醒：一定要使用左手！,F,30,I,I,I,B,B,B,二、安培力方向的判斷,問題：如圖所示，兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會(huì)通過磁場發(fā)生相互作用,請使用剛學(xué)過的知識(shí)解釋本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。,同向電流相互吸引。,反向電流相互排斥。,結(jié)論:,同向電流,反向電流,（1） 在勻強(qiáng)磁場中，在通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直的情況下，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)線的長度L三者的乘積。,問題:如果既不平行也不垂直呢？,即：,（2）平行時(shí)：,三、安培力的大小,把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：,一個(gè)分量與導(dǎo)線垂直 B1=Bsin,

3、另一分量與導(dǎo)線平行 B2=Bcos,即F=ILB1,F=ILBsin,將B1=Bsin代入得,通電直導(dǎo)線與磁場方向不垂直的情況,三、安培力的大小,公式： F=ILBsin,表示磁場方向與電流方向間的夾角,注：在中學(xué)階段，此公式僅適用于勻強(qiáng)磁場,問題1:若B與I不垂直時(shí)，F(xiàn)安與B和I方向關(guān)系可以概括為哪句話？這時(shí)左手定則對磁感應(yīng)線有何要求？,三、安培力的大小,結(jié)論：F一定與B垂直，一定與I垂直。但B與I不一定垂直。,問題2：F、B、I一定兩兩垂直嗎？,F=BIL,F=BIL中的L為有效長度,思考與討論,試指出下述各圖中的安培力的大小。,如果是閉合回路呢？,1、磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤、指針、蹄

4、形磁鐵、極靴（軟鐵制成） 、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)。,.,四、磁電式電流表,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是均勻地輻向分布的（即沿直徑方向分布），如圖所示。,這樣的構(gòu)造使得線框在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，其平面始終與磁場平行，即受到安培力的線框中的兩邊始終與磁場垂直。,電流表的構(gòu)造,電流表的工作原理,如圖所示，當(dāng)電流通過線圈時(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)。,電流表的工作原理,=NBIS/k,電流表的特點(diǎn),1、靈敏度高，可以測量

5、很弱的電流，但是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很小；,2、電流和安培力成正比，所以電流表的刻度是均勻的；,3、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)。,如圖所示，在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極，沿邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極，將兩電極接在電池的兩極上，然后在玻璃皿中放入鹽水，把玻璃皿放入蹄形磁鐵的磁場中，N極在下，S極在上，鹽水就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來,(1) 猜想一下，鹽水轉(zhuǎn)動(dòng)的方向， 并實(shí)際做一做實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證 (2) 探究鹽水旋轉(zhuǎn)的原因,XSND 小試牛刀,答案： (1)通過左手定則判定，鹽水從上向下看逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) (2)鹽水中形成了由圓形電極指向柱形電極的如圖所示的電流，由于磁場方向向上，故

6、鹽水逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),五、判斷通電導(dǎo)線在安培力作用下 的運(yùn)動(dòng)方向問題,自由,固定,解析：兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢,例題,N,S,I,F,F,N,S,F,1.畫出導(dǎo)線所在處的磁場方向 2.確定電流方向 3.根據(jù)左手定則確定受安培力的方向 4.根據(jù)受力情況判斷運(yùn)動(dòng)情況,五、判斷通電導(dǎo)線在安培力作用下 的運(yùn)動(dòng)方向問題,兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中ab固定，cd可以自由活動(dòng)，當(dāng)通以如圖所示電流后，cd導(dǎo)線將（） A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ab B.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開ab C.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開ab D.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ab,a,b,c,d,GGL

7、X 鞏固練習(xí),如圖所示，蹄形磁體用懸線懸于O點(diǎn)，在磁鐵的正下方有一水平放置的長直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時(shí)，蹄形磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況將是( ),GGLX 鞏固練習(xí),A靜止不動(dòng) B向紙外平動(dòng) CN極向紙外，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) DN極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng),C,先對導(dǎo)線進(jìn)行受力分析,畫出導(dǎo)線的受 力平面圖,然后依照F合=0,F合=ma， 列出相應(yīng)的方程,六、處理導(dǎo)線受到安培力的一般思路,B,鞏固練習(xí),例：在傾斜角為的光滑斜面上,置一通有電流I,長為L,質(zhì) 量為m的導(dǎo) 體棒，如圖所示,在豎直向上的磁場中靜止，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為 _.,解：靜止于斜面說明受力平衡,N,F=,mgtg=BIL,B=mgtg/

8、IL,引申1：欲使它靜止在斜面上, 外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的最小值為_, 方向_.,引申2：欲使它靜止在斜面上,且對斜面無壓 力, 外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為 _, 方向_.,X,G,N,F,B,mgsin=BIL,B=mgsin/IL,mg=BIL B=mg/IL,X,G,F,B,（1）繩子拉力_ (變大,變小,不變) （2）桌面對磁鐵的支持力_ （3）桌面對磁鐵的摩擦力_(有,無).,變大,變小,無,桌面對磁鐵的摩擦力 _(有,無) 方向_.,有,水平向右,鞏固練習(xí),1、,0,0.02N 水平向右,0.02N 垂直導(dǎo)線， 斜向左上方,將長度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一

9、勻強(qiáng)磁場中，電流與磁場的方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T。試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向,I,B,I,B,30,I,B,GGLX 鞏固練習(xí),例題：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中用兩根柔軟的細(xì)線將金屬棒ab懸掛在水平位置上，金屬棒中通入由a到b的穩(wěn)定電流I，這時(shí)兩根細(xì)線被拉緊，現(xiàn)要想使兩根細(xì)線對金屬棒拉力變?yōu)榱?，可采用哪些方法?( ),（A）適當(dāng)增大電流I （B）將電流反向并適當(dāng)改變大小 （C）適當(dāng)增大磁場 （D）將磁場反向并適當(dāng)改變大小,AC,磁場中某處的磁感線如圖所示 ( ),A.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等,BaBb B.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等,BaBb C.同一通電

10、導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處大 D.同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處小,B,GGLX 鞏固練習(xí),如圖所示，直角三角形abc組成的導(dǎo)線框內(nèi)通有電流I1A，并處在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場B2T中，AC=40cm， ，求三角形框架各邊所受的安培力。,GGLX 鞏固練習(xí),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,徑向膨脹 C.縱向伸長,徑向收縮 D.縱向收縮,徑向收縮,縱向,A,GGLX 鞏固練習(xí),如圖所示，天平右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈寬為L，共N匝， 線圈下部懸在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里利用這 架天平如何測定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 (1

11、)寫出測量方法 (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式B_(用測量的物理量表示),解析： (1)在線圈中通入沿逆時(shí)針方向流動(dòng)的電流I，在天平左右兩盤各加質(zhì)量分別為m1，m2的砝碼，天平平衡，由此就可得到磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 (2)線圈中通入電流I時(shí)，由左手定則，線圈底邊所受安培力方向豎直向下，由天平平衡得： m1gL(m2gNILB)L，式中L為天平力臂 解得B . 答案：(1)見解析(2),關(guān)于磁場對通電直導(dǎo)線的作用力,下列說法正確的是( ),A.通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用 B.通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟磁場方向垂直 C.通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流方向垂直 D.通電

12、直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面,BCD,把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來,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波,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 C.彈簧上下振動(dòng) D.彈簧仍靜止不動(dòng),S,C,如圖所示，導(dǎo)線abc為垂直折線,其中電流為I,ab=bc=L,導(dǎo)線拓在的平面與勻強(qiáng)磁場垂直,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求導(dǎo)線abc所受安培力的大小和方向.,a,b,c,如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中，有兩根相同的彈簧，下面掛一條長為0.5m，質(zhì)量為0.1kg的金屬棒MN，此時(shí)彈簧伸長10cm，欲使彈簧不伸長則

13、棒上應(yīng)通過的電流的大小和方向如何？,M,N,ABD,2、下列說法中正確的是（ ） A、電荷處在電場強(qiáng)度為零的地方，受到的電場力一定為零 B、一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方，受到的安培力一定為零 C、一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力的作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 D、電荷在某處不受電場力的作用，則該處電場為零,課堂練習(xí),ABD,2、下列說法中正確的是（ ） A、電荷處在電場強(qiáng)度為零的地方，受到的電場力一定為零 B、一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方，受到的安培力一定為零 C、一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力的作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 D、電荷在某處不受電場力的作用，則該處電場為零,課堂練

14、習(xí),BCD,3、一根長為0.2 m的電流為2 A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場中，受到的安培力大小可能是（ ）,A、0.4N B、0.2N C、0.1N D、0,4、試畫出下列各圖中安培力的方向：,課堂練習(xí),6、在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B中，有一個(gè)垂直磁感線的環(huán)形線圈，通有順時(shí)針電流I，如圖所示，則下列敘述中正確的是 A、環(huán)形線圈所受的磁力的合力為零 B、環(huán)形線圈所受的磁力的合力不為零 C、環(huán)形線圈有收縮的趨勢 D、環(huán)形線圈有擴(kuò)張的趨勢,AD,課堂練習(xí),A,7、在赤道上空，水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線 ( ) A、受到豎直向上的安培力 B、受到豎直向下的安

15、培力 C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向東的安培力,課堂練習(xí),D,9、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)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近AB B、逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開AB C、順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開AB D、逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近AB,課堂練習(xí),11、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,課堂練習(xí),12、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直導(dǎo)線，導(dǎo)線