磁场对通电导线的作用(课堂实用)

1、磁场对通电导线的作用(课堂实用) 新课标高中物理选修31 1 第三章第三章 磁场磁场 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 演示：按照右图所示进行实验。演示：按照右图所示进行实验。 1 1、改变导线中电流的方向，观察受、改变导线中电流的方向，观察受 力方向是否改变。力方向是否改变。 通电导线在磁场中受到的力称为安培力通电导线在磁场中受到的力称为安培力 一、安培力的方向一、安培力的方向 I B F 2 2、上下交互磁场的位置以改变磁场、上下交互磁场的位置以改变磁场 的方向，观察受力方向是否变化的方向，观察受力方向是否变化 F I B F I B I B F 磁场对通电导线的作用(课堂实用) F、B、

2、I方向关系 B I F 示意图 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 和磁场所在的平面和磁场所在的平面 左手定则：伸开左手,使拇指与 其余四个手指垂直,并且都与手 掌在同一平面内;让磁感应线从 掌心进入,并使四指指向电流的 方向，这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 遵循左手定则 示意图 磁场对通电导线的作用(课堂实用) F I B F I B B B I F B I 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 3 0 F F I I I B B B 磁场对通电导线的作用(

3、课堂实用) 问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间问题：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会通过磁场发生相互作用 用学过的知识加以判断用学过的知识加以判断 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 磁场对通电导线的作用(课堂实用) （1 1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方 向垂直的情况下，导线所受安培力向垂直的情况下，导线所受安培力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

4、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？ 二、安培力的大小二、安培力的大小 即：即： F=ILB （2 2）平行时：）平行时：F0 B B I 磁场对通电导线的作用(课堂实用) I B B 0o0F 90OFIBL 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不对通电导线产生作 用力，通电导线所受作用力仅由用力，通电导线所受作用力仅由B B1 1决定决

5、定 即即F=ILBF=ILB1 1F=ILBsinF=ILBsin B B2 2 B B1 1 二、安培力的大小二、安培力的大小 将将B B1 1=Bsin=Bsin代入得代入得 通电直导线与磁场方向不垂直的情况通电直导线与磁场方向不垂直的情况 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 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 二、安培力的大小二、安培力的大小 对公式的理解：对公式的理解： 不仅与不仅与B B、I I、L L有关，还与放置方式有关有关，还与放置方式有关 L L是有效长度，不一定是导线实际长度是有效长度，不一定是导线实际

6、长度 只适用匀强磁场只适用匀强磁场 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 1.I1.I与与B B不垂直，分解不垂直，分解B B或把或把L L朝垂直朝垂直B B方向投影方向投影 2.2.导线不是直线，找导线的有效长度导线不是直线，找导线的有效长度 （首尾连接的直线）（首尾连接的直线） 3.3.只有一部分导体在磁场中或只有一部分导体在磁场中或 者只有一部分通电者只有一部分通电 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I I方向关系方向关系 可以概括为那句话？这时左手定则对磁感应可以概括为那句话？这时左手定则对磁感应 线有何要求？线有何要求？ B I F 磁场对

7、通电导线的作用(课堂实用) 例例1 1、如图所示，蹄形磁体用悬线悬于、如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O O点，在点，在 磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导 线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动 情况将是情况将是( )( ) 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 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例例2 2、如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线、如图所示，蹄形磁铁固定，通

8、电直导线ABAB可自由可自由 运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体， 导体导体ABAB将（将（ABAB的重力不计）的重力不计） A A、逆时针转动，同时向下运动、逆时针转动，同时向下运动 B B、顺时针转动，同时向下运动、顺时针转动，同时向下运动 C C、顺时针转动，同时向上运动、顺时针转动，同时向上运动 D D、逆时针转动，同时向上运动、逆时针转动，同时向上运动 N S 磁场对通电导线的作用(课堂实用) N S I F F NS F A、逆时针转动，同时向下运动、逆时针转动，同时向下运动 向外向外 向里向里 磁场对通电导线的作用(课堂实用

9、) F 例5、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 改画为平面图 B b a z x y B O B a b F B B F B x y a b 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 三、磁电式电流表三、磁电式电流表 1 1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁、磁电式电流表的构造：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

10、转动。 . 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 问题电流表中磁场分布有何特点呢？问题电流表中磁场分布有何特点呢？ 电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的. . 所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长 线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置， 线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度. . 在以铁芯为中心的圆圈上，在以铁芯为中心的圆圈上， 各点的磁感应强度各点的磁感应强度B B的大小是相等的的大小是相等的. . 该磁场并非匀强磁场该磁场并非匀强磁场

11、 问题该磁场是否匀强磁场？问题该磁场是否匀强磁场？ 问题该磁场的特点？问题该磁场的特点？ 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 2 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理 1 1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管 通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当 电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力， 这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹 簧被扭动，产生一个

12、阻碍线圈转动的力矩，其大小簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小 随线圈转动的角度增大而随线圈转动的角度增大而 增大，当这种阻碍力矩和增大，当这种阻碍力矩和 安培力产生的使线圈转动安培力产生的使线圈转动 的力矩相平衡时，线圈停的力矩相平衡时，线圈停 止转动。止转动。 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 2 2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而 线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大， 线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针 的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱

13、。的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。 3 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的 方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化， 所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流 的方向。的方向。 表盘的刻度均匀，表盘的刻度均匀，II 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例6、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

14、 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于 由B和I所确定的平面 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例7、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 a b 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例8、如图所示，通电直导线A与贺形通电导线 环B固定放置在同一水平面上,通有如图所示的 电流时,通电直导线受到水平向 的安培 力作用.当A、B中电流大小保持不变,但同时改 变方向时,通电直导线A所受的安培力方向水

15、平 向 . A I B I 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例9、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 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例10、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.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长 C.弹簧上下振动 D.弹簧仍静止不动 S 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例11、如图所示，导线abc为垂直折线,其中电 流为I,ab=bc=L,导线拓

16、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 bc BILFabc2 BILFab BILF bc 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例12、如图所示，将通电导线圆环平行于纸面 缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的 匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过 程中,所受的安培力大小变化是( ) B A.逐渐变大 B.先变大后变小 C.逐渐变小 D.先变小后变大 I 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例、如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线例、如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线ABAB可自由可自由 运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，运

17、动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体， 导体导体ABAB将（将（ABAB的重力不计）的重力不计） A A、逆时针转动，同时向下运动、逆时针转动，同时向下运动 B B、顺时针转动，同时向下运动、顺时针转动，同时向下运动 C C、顺时针转动，同时向上运动、顺时针转动，同时向上运动 D D、逆时针转动，同时向上运动、逆时针转动，同时向上运动 v2。特殊位置法：根据通电导体在特殊位置所受。特殊位置法：根据通电导体在特殊位置所受 安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一 般位置。般位置。 N S 磁场对通电导线的作用(课堂实用) N S I F F NS

18、 F A、逆时针转动，同时向下运动、逆时针转动，同时向下运动 向外向外 向里向里 磁场对通电导线的作用(课堂实用) v3。等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条。等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条 形磁铁或小磁针也可以等效为环形电流，通电螺形磁铁或小磁针也可以等效为环形电流，通电螺 线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。 例例.如图在条形磁铁如图在条形磁铁N极处悬极处悬 挂一个线圈，当线圈中通有挂一个线圈，当线圈中通有 逆时针方向的电流时，线圈逆时针方向的电流时，线圈 将向哪个方向偏转？将向哪个方向偏转？ 从上向下看逆时针转动的从上向下看逆时针转动的 同时向左摆动同时向左摆动 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 4。利用平行电流相互作用分析法：同向平。利用平行电流相互作用分析法：同向平 行电流相互吸引，异向平行电流相互排斥。行电流相互吸引，异向平行电流相互排斥。 两个电流总有作用到方向相同且靠两个电流总有作用到方向相同且靠 近的趋势。近的趋势。 自由自由 固定固定 F F 磁场对通电导线的作用(课堂实用) 例：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在例：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在 磁铁磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过