通电导线在磁场中受力.ppt

1、第3章 第4节通电导线在磁场中受到的力,知识回顾：,1.如何描述磁场强弱？,2.安培力方向与磁感应强度方向关系,垂直,一、安培力(Ampere force)的方向,1、定义：磁场对电流的作用力称为安培力。,2.安培力的方向：左手定则,实验结论：安培力的方向既跟磁场方向垂直FB，又跟电流方向垂直FI，故安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面，即：F安BI平面,伸开左手：,磁感线垂直穿入手心,四指指向电流的方向,大拇指所受安培力的方向,实验结果分析,试画出下述两实验结果的正视图：,（1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长

2、度L三者的乘积。,问题:如果既不平行也不垂直呢？,即：,（2）平行时：,三、安培力的大小,3.公式： F=ILBsin,表示磁场方向与电流方向间的夹角,注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场,问题1:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？,2.结论：F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直。,问题2：F、B、I一定两两垂直吗？,题型一、安培力方向的判断,垂直纸面向里,30,I,I,I,B,B,B,F=0,F=0,A,在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线 ( ) A、受到竖直向上的安培力 B、受到竖直向下的安培力

3、C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向东的安培力,二、安培定则、左手定则的使用,请使用刚学过的知识解释本实验结果。,同向电流相互吸引。,反向电流相互排斥。,结论:,同向电流,反向电流,0,F=BIL=0.02N 水平向右,F=BIL=0.02N 垂直导线， 斜向左上方,1.将长度为20cm、通有0.1A电流的直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1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向,I,B,I,B,30,I,B,题型二、安培力大小的计算,F=BIL/sin300 =0.02N 垂直纸面向外,F=BIL=0.02N 垂直导线， 斜向左上方,1.将长度为2

4、0cm、通有0.1A电流的直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1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向,30,I,B,题型二、安培力大小的计算,F=BIL/sin300 =0.02N 垂直棒斜向下,拓展：一根长为0.2 m的电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是（ ）,A、0.4N B、0.2N C、0.1N D、0,BCD,2.如图所示，导线abc为垂直折线,其中电流为I,ab=bc=L,导线拓在的平面与匀强磁场垂直,匀强磁场的磁感应强度为B,求导线abc所受安培力的大小和方向.,a,b,c,F,F=BIL

5、,注意：F=BIL中的L为导线两端点连线长度,试指出下述各图中的安培力的大小。,3.如图所示，直角三角形abc组成的导线框内通有电流I1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B2T中，AC=40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。,GGLX 巩固练习,整个线框受安培力多大？,F=0,自由,固定,解析：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,题型三、安培力作用下的运动,A,B,M,N,D,1：两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB固定，CD可自由活动，当通以如图所示电流后，CD导线将（ ）,A、顺时针方向转动，同时靠近AB B、逆时针方向转动，同时离开AB C、顺时针方向转动，

6、同时离开AB D、逆时针方向转动，同时靠近AB,一个可自由运动的轻线圈L1和一个固定的线圈L2互相垂直放置，且两个圆线圈的圆心重合，两线圈通以如图所示的电流方向时，则从左向右看，线圈L1将（ ） A.不动 B.顺时针转动 C.逆时针 D.向纸外转动,2：如图4所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是（从上往下看） A. 顺时针转动，同时下降 B. 顺时针转动，同时上升 C. 逆时针转动，同时下降 D. 逆时针转动，同时上升,如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O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

7、右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( ),GGLX 巩固练习,A静止不动 B向纸外平动 CN极向纸外，S极向纸内转动 DN极向纸内，S极向纸外转动,C,3.如图3所示，把轻质线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面，当线圈内通过图示的方向的电流时，线圈将怎样运动？,磁场中某处的磁感线如图所示 ( ),A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaBb B.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaBb C.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处大 D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处小,B,GGLX 巩固练习,4、在垂直纸面向里的匀强磁场B中，有一个垂直磁感线的环形

8、线圈，通有顺时针电流I，如图所示，则下列叙述中正确的是 A、环形线圈所受的磁力的合力为零 B、环形线圈所受的磁力的合力不为零 C、环形线圈有收缩的趋势 D、环形线圈有扩张的趋势,AD,如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流,线圈将会 ( ),A.纵向收缩,径向膨胀 B.纵向伸长,径向膨胀 C.纵向伸长,径向收缩 D.纵向收缩,径向收缩,纵向,A,GGLX 巩固练习,A,例1：如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（ ） A磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C磁铁对

9、桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用,题型四：安培力作用下的平衡问题,例2.如图所示，质量m=1kg金属棒ab靠在光滑导轨的外侧，通过的电流大小为I=5A，在空间加一个与导轨平面成300角斜向上方指向纸面外的匀强磁场，此时金属棒刚好静止。已知轨道宽度d=20cm. 求：匀强磁场的磁感应强度B多大？,d,例3：通电导体棒ab质量为m、长为L，水平放置在倾角为的光滑斜面上，通以如图示方向的电流，电流强度为I，欲使导体棒ab静止在斜面上。 (1)若磁场方向竖直向上，则磁感应强度B为多大？ (2)若磁场方向垂直斜面向上，则磁感应强度B为多大？ (3)求所加最小

10、磁感应强度B为多大？,练习：质量为m的通电细杆ab置于倾角为的导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为k,有电流时，ab恰好在导轨上静止，如左下图所示，它的四个侧视图中标示出四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是（ ）,例4：水平面内有两根平行导轨间距为30cm,处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应轻度为3T。有一根质量为m=0.1kg金属棒垂直放在导轨上如图，若金属棒流过的电流2A,与导轨之间的摩擦因数为0.5，求金属棒运动的加速度大小及方向？,题型四：安培力作用下的加速问题,例5.如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为0

11、.5m，质量为0.1kg的金属棒MN，此时弹簧伸长10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方向如何？,M,N,如图7所示，通电导体棒AC静止于水平导轨上，棒的质量为m长为l，通过的电流强度为I，匀强磁场的磁感强度B的方向与导轨平面成角，求导轨受到AC棒的压力和摩擦力各为多大？,1.如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计),课堂练习,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

12、、圆柱形铁芯（软铁制成）。,铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。,.,四、磁电式电流表,电流表构造中最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。,这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。,电流表的构造,电流表的工作原理,如图所示，当电流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止转动。,由于安培力与电流成正比，当线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，根据

13、指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。,由左手定则可知，当流入线圈中的电流方向改变时，线圈上产生的安培力的方向也改变，从而使线圈和指针偏转的方向也改变。所以，根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。,电流表的工作原理,=NBIS/k,电流表的特点,1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；,2、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；,3、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。,下列措施可以提高电流表线圈的灵敏度的是（注：电表的灵敏度可以表示为/I=NBS/k）（ ） A、增加线圈的匝数； B、增强磁极间的磁感应强度； C、减小

14、线圈的电阻； D、换用不易扭转的弹簧,AB,课堂练习,如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中放入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，盐水就会旋转起来,(1) 猜想一下，盐水转动的方向，并实际做一做实验来验证(2) 探究盐水旋转的原因,XSND 小试牛刀,逆时针旋转,答案： (1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时针旋转 (2)盐水中形成了由圆形电极指向柱形电极的如图所示的电流，由于磁场方向向上，故盐水逆时针旋转,B,把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在水平方向的匀强磁场中，匀强磁场的方向与铝盘平面垂直，盘

15、的下边浸在水银糟内，将转轴和水银用导线直接连在电源的两极上，如图所示，则下列说法正确的是（ ） A、由于磁场对电流的作用，铝盘将顺时针转动 B、由于磁场对电流的作用，铝盘将逆时针转动 C、将电源两极对调，铝盘的转动方向不会改变 D、将电流及磁场方向同时改 变，铝盘的转动方向改变,课堂练习,B,13、如图所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝.线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面.当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码，天平平衡.当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡.由此可知( )

16、 A、磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为(m1-m2)g/NIL B、磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg/2NIL C、磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为(m1-m2)g/NIL D、磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为 mg/2NIL,如图所示，天平右臂下面挂有一个矩形线圈宽为L，共N匝，线圈下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里利用这架天平如何测定磁场的磁感应强度（1)写出测量方法 (2)磁感应强度的表达式B_(用测量的物理量表示),解析： (1)在线圈中通入沿逆时针方向流动的电流I，在天平左右两盘各加质量分别为m1，m2的砝码，天平平衡，由此就可得到磁感应强度的大小 (2)线

17、圈中通入电流I时，由左手定则，线圈底边所受安培力方向竖直向下，由天平平衡得： m1gL(m2gNILB)L，式中L为天平力臂 解得B . 答案：(1)见解析(2),关于磁场对通电直导线的作用力,下列说法正确的是( ),A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用 B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直 C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直 D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面,BCD,把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电波,当开关接通后,将看到的现象 是( ),A.弹簧向上收

18、缩 B.弹簧被拉长 C.弹簧上下振动 D.弹簧仍静止不动,S,C,ABD,2、下列说法中正确的是（ ） A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零 B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零 C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零 D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零,课堂练习,ABD,2、下列说法中正确的是（ ） A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零 B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零 C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零 D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零,课堂练习,4、试