通电导线在磁场中受力

1、第第3 3章章 第第4 4节节 通电导线在通电导线在磁场中受到的力磁场中受到的力 一、知识回顾一、知识回顾 IL F B 如何描述磁场强弱？如何描述磁场强弱？ )(IB F、B、I方向关系 B I F 示意图 安培力方向既与电流方向垂直又与安培力方向既与电流方向垂直又与 磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所 在的平面在的平面 左手定则：伸开左手伸开左手, ,使拇指与其使拇指与其 余四个手指垂直余四个手指垂直, ,并且都与手掌在并且都与手掌在 同一平面内同一平面内; ;让磁感应线从掌心进让磁感应线从掌心进 入入, ,并使四指指向电流的方向，这并使四指指向电流的方向

2、，这 时拇指所指的方向就是通电导线在时拇指所指的方向就是通电导线在 磁场中所受安培力的方向磁场中所受安培力的方向 遵循左手定则 B I F 示意图 再次提醒：一定要使用左手！再次提醒：一定要使用左手！ I B FF I B F I B I B F 二、安培力方向的判断二、安培力方向的判断 F I B F I B B B I F B I 3 0 F F I I I B B B 二、安培力方向的判断二、安培力方向的判断 问题：问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通如图所示，两条平行的通电直导线之间会通 过磁场发生相互作用过磁场发生相互作用 请使用刚学过的知识解释本实验请使用刚学过的知识解释本

3、实验 结果。结果。 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 （1 1） 在在匀强磁场匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向中，在通电直导线与磁场方向垂直垂直 的情况下，导线所受安培力的情况下，导线所受安培力F F等于磁感应强度等于磁感应强度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: :如果既不平行也不垂直呢？如果既不平行也不垂直呢？ 即：即： （2 2）平行时：）平行时： B B I 三、安培力的大小三、安培力的大小 BILF 0F I B B 0 o 0F 90

4、O FIBL 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=Bsin=Bsin 另一分量与导线平行另一分量与导线平行 B B2 2=Bcos=Bcos 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力，不对通电导线产生作用力， 通电导线所受作用力仅由通电导线所受作用力仅由B B1 1决定决定 即即F=ILBF=ILB1 1F=ILBsinF=ILBsin B B2 2 B B1 1 将将B B1 1=Bsin=Bsin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 三、安培力

5、的大小三、安培力的大小 公式：公式： F=ILBsinF=ILBsin 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 注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场 问题问题1:1: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I I方向关系可以方向关系可以 概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？ 三、安培力的大小三、安培力的大小 结论：结论：F F一定与一定与B B垂直，一定与垂直，一定与I I垂直。但垂直。但B B与与I I不一不一 定垂直。定垂直。 问题2：F、B、I

6、一定两两垂直吗？ L LL L L L L L 例题：例题：如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线 将金属棒将金属棒abab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a a到到 b b的稳定电流的稳定电流I I，这时两根细线被拉紧，现要想使两，这时两根细线被拉紧，现要想使两 根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法：根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法： ( )( ) （A）适当增大电流）适当增大电流I （B）将电流反向并适当改变大小）将电流反向并适当改变大小 （C）适当增大磁场）适当增大磁场 （D）将磁场反向并适当改变大小）将磁

7、场反向并适当改变大小 AC a b I 0 00.02N0.02N 水平向右水平向右 0.02N0.02N 垂直导线，垂直导线， 斜向左上方斜向左上方 将长度为将长度为20cm20cm、通有、通有0.1A0.1A电流的直导线放入一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 应强度为应强度为1T1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大。试求出下列各图中导线所受安培力的大 小和方向小和方向 I B I B 30 I B GGLX GGLX 巩固练习巩固练习 自由自由 固定固定 F F 解析：解析：两电流不平行时，有转动到相互平两

8、电流不平行时，有转动到相互平 行且电流方向相同的趋势行且电流方向相同的趋势 例题例题 两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中abab固定，固定， cdcd可以自由活动，当通以如图所示电流后，可以自由活动，当通以如图所示电流后，cdcd导线将导线将 （）（） A.A.顺时针方向转动，同时靠近顺时针方向转动，同时靠近abab B.B.逆时针方向转动，同时离开逆时针方向转动，同时离开abab C.C.顺时针方向转动，同时离开顺时针方向转动，同时离开abab D.D.逆时针方向转动，同时靠近逆时针方向转动，同时靠近abab a b cd 如图所示，蹄形磁体用悬

9、线悬于如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O O点，在磁点，在磁 铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线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，蹄形磁铁的运动情中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情 况将是况将是( )( ) GGLX GGLX 巩固练习巩固练习 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 磁场中某处的磁感线如图所示磁场中某处的磁感线如图所示 ( )( ) A.aA.a、b b两处的磁感应强度的大小不等两处的磁感应强度的大

10、小不等,B,Ba aBBb b B.aB.a、b b两处的磁感应强度的大小不等两处的磁感应强度的大小不等,B,Ba aBBb b C.C.同一通电导线放在同一通电导线放在a a处受力一定比放在处受力一定比放在b b处大处大 D.D.同一通电导线放在同一通电导线放在a a处受力一定比放在处受力一定比放在b b处小处小 a b GGLX GGLX 巩固练习巩固练习 B a c b I 如图所示，直角三角形如图所示，直角三角形abcabc组成的导线框内通有电流组成的导线框内通有电流 I I1A1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场，并处在方向竖直向下的匀强磁场B B2T2T中，中， AC=40cmAC=

11、40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。，求三角形框架各边所受的安培力。 o a30 NF bc 0 NFF acab 69. 0 GGLX GGLX 巩固练习巩固练习 如图所示，向一根松弛的导体线圈中通如图所示，向一根松弛的导体线圈中通 以电流以电流, ,线圈将会线圈将会 ( )( ) A.A.纵向收缩纵向收缩, ,径向膨胀径向膨胀 B.B.纵向伸长纵向伸长, ,径向膨胀径向膨胀 C.C.纵向伸长纵向伸长, ,径向收缩径向收缩 D.D.纵向收缩纵向收缩, ,径向收缩径向收缩 纵向纵向 GGLX GGLX 巩固练习巩固练习 如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边如图所示，在玻璃皿的

12、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，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，中，N N极在下，极在下，S S极在上，盐水就会旋转起来极在上，盐水就会旋转起来 (1) 猜想一下，盐水转动的方向，猜想一下，盐水转动的方向， 并实际做一做实验来验证并实际做一做实验来验证 (2) 探究盐水旋转的原因探究盐水旋转的原因 XSND XSND 小试牛刀小试牛刀 答案：答案： (1)(1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时针旋转通过左手定则判定，盐水

13、从上向下看逆时针旋转 (2)(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，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，故盐水逆时针旋转由于磁场方向向上，故盐水逆时针旋转 解析：解析： (1)(1)在线圈中通入沿逆时针方向流动的电流在线圈中通入沿逆时针方向流动的电流I I，在天平左右两，在天平左右两 盘各加质量分别为盘各加质量分别为m m1 1，m m2 2的砝码，天平平衡，由此就可得的砝码，天平平衡，由此就可得 到磁感应强度的大小到磁感应强度的大小 (2)(2)线圈中通入电流线圈中通入电流I I时，由左手定则，线圈底边所受安培力时，由左手定则，线圈底边所

14、受安培力 方向竖直向下，由天平平衡得：方向竖直向下，由天平平衡得： m m1 1gLgL( (m m2 2g gNILBNILB) )L L，式中，式中L L为天平力臂为天平力臂 解得解得B B . . 答案：答案：(1)(1)见解析见解析(2)(2) 1 1、磁电式电流表的构造、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁：刻度盘、指针、蹄形磁 铁、极靴（软铁制成）铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱、螺旋弹簧、线圈、圆柱 形铁芯（软铁制成）。形铁芯（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 关于磁场对通

15、电直导线的作用力关于磁场对通电直导线的作用力, ,下列说法正确的是下列说法正确的是 ( )( ) A.A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用 B.B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁 场方向垂直场方向垂直 C.C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电 流方向垂直流方向垂直 D.D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B B 和和I I所确定的平面所确定的平面 BCD 把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来把一根

16、柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来, ,使它的下端使它的下端 刚好跟杯里的水银面接触刚好跟杯里的水银面接触, ,并使它组成如图所示的电并使它组成如图所示的电 波波, ,当开关接通后当开关接通后, ,将看到的现象将看到的现象 是是( )( ) A.A.弹簧向上收缩弹簧向上收缩 B.B.弹簧被拉长弹簧被拉长 C.C.弹簧上下振动弹簧上下振动 D.D.弹簧仍静止不动弹簧仍静止不动 S C 如图所示，导线如图所示，导线abcabc为垂直折线为垂直折线, ,其中电流为其中电流为I,ab=bcI,ab=bc=L,=L, 导线拓在的平面与匀强磁场垂直导线拓在的平面与匀强磁场垂直, ,匀强磁场的磁感应强匀强磁场的磁感应强 度为度为B,B,求导线求导线abcabc所受安培力的大小和方向所受安培力的大小和方向. . a bc 如图所示，在磁感应强度为如图所示，在磁感应强度为1T1T的匀强磁场中，有两根的匀强磁场中，有两根 相同的弹簧，下面挂