磁场对通电导线作用力(讲)

1、安培力安培力磁场对通电导线的作用力磁场对通电导线的作用力1 1、改变导线中电流的方向，、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。观察受力方向是否改变。磁场对通磁场对通电导线电导线( (或电流或电流) )的作用力称为安培力的作用力称为安培力一、安培力的方向一、安培力的方向2 2、上下交互磁场的位置以改变磁、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场的方向，观察受力方向是否变化猜测猜测:哪些因素会影响哪些因素会影响导线受力的方向导线受力的方向电流的方向和磁场的方向电流的方向和磁场的方向伸开左手，使拇指与四指在同一平面内伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线并跟

2、四指垂直，让磁感线手心，四指指向手心，四指指向电流的流向，这时拇指所指的就是通电导体所受安电流的流向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。培力的方向。 NS安培力的方向伸开左手，使拇指与其余四个手指伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面垂直，并且都与手掌在同一个平面内；内；让磁感线从掌心进入，并使四让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向，这时拇指所指的指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。培力的方向。左手定则:1.1.电流与磁场方向不一定垂直；电流与磁场方向不一定垂直；2.2.安培力的方向既垂直于电

3、流安培力的方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向，即安方向又垂直于磁场方向，即安培力垂直电流和磁场所确定的培力垂直电流和磁场所确定的平面平面 FIBFIBBBIFBI3 0FFIIIBBB画出图中第三个量的方向。画出图中第三个量的方向。 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。在什么情况下两条导会通过磁场发生相互作用。在什么情况下两条导线相互吸引，什么情况下相互排斥？请你运用学线相互吸引，什么情况下相互排斥？请你运用学过的知识进行讨论并做出预测，然后用实验检验过的知识进行讨论并做出预测，然后用实验检验你的预测。你的预测。电流方向相同

4、时，将会吸引电流方向相同时，将会吸引; ;电流方向相反时，将会排斥。电流方向相反时，将会排斥。?IIFF分析：分析：电流方向相同电流方向相同电流方向相反电流方向相反IIFF电流元：电流元：很短的一段通电导线中的电流很短的一段通电导线中的电流I与导线长度与导线长度L的乘积的乘积IL.方法：用方法：用检验电流元检验电流元来研究磁场强弱来研究磁场强弱二、安培力的大小二、安培力的大小理想模型理想模型（1 1） 在在匀强磁场匀强磁场中，在通电直导线与磁场方中，在通电直导线与磁场方向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等于磁感应等于磁感应强度强度B B、电流、电流I I和导线的

5、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？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：F0B BIIB B0o0F 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决定决定即即F=I

6、LBF=ILB1 1F=ILBsinF=ILBsinB B2 2B 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通电直导线与磁场方向不垂直不垂直的情况的情况公式：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 在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场二、安培力的大小二、安培力的大小问题:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以概括为那句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？BIF1.1.当电流和磁场垂直时当电流和磁场垂直时安培力的大小总结F FILB

7、ILB2.2.当电流和磁场平行时当电流和磁场平行时F F0 03.3.当电流和磁场夹角当电流和磁场夹角时时F=ILB F=ILB sinsin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，不一定是导线实际长度F FBILBIL只适用匀强磁场只适用匀强磁场例例：在倾斜角为在倾斜角为的光滑斜面上的光滑斜面上,置一通置一通有电流有电流I,长为长为L,质质 量为量为m的导的导 体棒，如体棒，如图所示图所示,在竖直向上的磁场中静止，则在竖直向上的磁场中静止，则磁感应强度磁感应强度B为为 _. FBN

8、mg如果与磁感线垂直的平面内的通电导线为一等如果与磁感线垂直的平面内的通电导线为一等边直角三角形的两条直角边，此时电流受到的安培力边直角三角形的两条直角边，此时电流受到的安培力怎样求？大小多少？方向怎样？两力的合力大小方向怎样求？大小多少？方向怎样？两力的合力大小方向怎样？如果电流沿怎样？如果电流沿ab边从边从a到到b，ab边受安培力多大？边受安培力多大？如果是一闭合回路如果是一闭合回路受力又是多少受力又是多少?B BI IB BI IB BR RI IB BNS1、电流微元法:2、等效分析法:3、特殊位置分析法:安培力的应用-物体运动的判定方法：NS环形电流、通电螺线管、条形磁铁 自由自由固

9、定固定FF 解析：两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相解析：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同的趋势例题例题4、利用结论法：结论一：两电流平行时，同向电流之间相互吸引，反向电流相互排斥；结论二：两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势。练习1、两条直导线相互垂直，如图所示，但相隔一个小距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将（ ）A、顺时针方向转动，同时靠近导线ABB、顺时针方向转动，同时离开导线ABC、逆时针方向转动，同时离开导线ABD、逆时针方向转动，同时靠近导线ABABCDIIA通电矩形导线框通电

10、矩形导线框abcdabcd与无限长通电与无限长通电直导线直导线MNMN在同一平面内，电流方向在同一平面内，电流方向如图所示，如图所示，abab边与边与NMNM平行。判断线平行。判断线框将如何运动框将如何运动MNabcdI1I2MNI1BabcdI2正确答案：正确答案：B、C电流微元法电流微元法BF F方向方向F F方向方向BBF F例例2 2 如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方，导线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中上方，导线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时，有关直导线运动情况的说法中通以图示的电流是时，有关直导线运

11、动情况的说法中正确的是（从上往下看）（正确的是（从上往下看）（ ）A A、顺时针方向转动，同时下降、顺时针方向转动，同时下降 B B、顺时针方向转动，同时上升、顺时针方向转动，同时上升C C、逆时针方向转动，同时下降、逆时针方向转动，同时下降 D D、逆时针方向转动，同时上升、逆时针方向转动，同时上升NS 特殊位置法分析运动特殊位置法分析运动CSN等效法分析运动等效法分析运动NS例3 如图所示，在条形磁铁S极附近悬挂一个线圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图示方向流动时，将会出现( ) 16A线圈向磁铁平移 ,9B线圈远离磁铁平移 ,1C从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁

12、,11D从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁电流微元法电流微元法 特殊位置法特殊位置法FFFF I I方向方向 I I方向方向DSN电流微元法、特殊位置法、等效法分析运动电流微元法、特殊位置法、等效法分析运动电流微元法、电流微元法、 特殊位置法分析运动特殊位置法分析运动NSBF F方向方向F F方向方向BBF F等效法分析运动等效法分析运动NS例例4、如图两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段、如图两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将：( )A、吸引、吸引 B、排斥、排斥C、保持静止、保持

13、静止 D、边吸引边转动、边吸引边转动结论法：结论法：同向电流互相吸引同向电流互相吸引ANNSS例例5、如图所示，一条劲度系数较小的、如图所示，一条劲度系数较小的 金属弹簧处于自由状态，当弹簧通以金属弹簧处于自由状态，当弹簧通以 电流时，弹簧将（电流时，弹簧将（ ） .纵向收缩，径向膨胀；纵向收缩，径向膨胀； .纵向伸长，径向收缩；纵向伸长，径向收缩； .纵向收缩，径向伸长；纵向收缩，径向伸长； .纵向伸长，径向膨胀。纵向伸长，径向膨胀。A螺线管通电后，在轴向上有收缩趋势；在径向上有扩张趋势螺线管通电后，在轴向上有收缩趋势；在径向上有扩张趋势（4）推论分析法）推论分析法S N IB2B1B1B2

14、F1F1F2F2SN等效法分析运动等效法分析运动NS例6 如图所示，在条形磁铁S极附近悬挂一个线圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图示方向流动时，将会出现( ) 16,A线圈向磁铁平移 ,9B线圈远离磁铁平移 ,1C从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁 ,11D从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁电流微元法电流微元法 特殊位置法特殊位置法FFFF I I方向方向 I I方向方向D2 2 、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正、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直导线中央的上方固定一根直导线MNMN，导线与磁场垂直，导线与磁场垂直，给导线通以由给

15、导线通以由N N向向M M的电流，则的电流，则( )( )A. A. 磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用B. B. 磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用C. C. 磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用D. D. 磁铁对桌面的压力增大，不受桌面摩擦力作用磁铁对桌面的压力增大，不受桌面摩擦力作用A应用二应用二-安培力作用下物体的平衡问题：安培力作用下物体的平衡问题：NSF（1）绳子拉力_ (变大,变小,不变)（2）桌面对磁铁的支持力_（3）桌面对磁铁的摩擦力_(有,

16、无).变大变小无NSF桌面对磁铁的摩擦力 _(有,无) 方向_.有有水平向右Ff反馈练习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 ,6 C、磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 9,16D、磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用 1,5BFFA如图所示，两平行光滑导轨相距如图所示，两平行光滑导轨相距0.20.2m m，与水平面夹，与水平面夹角为角为45450 0，金属棒，金属棒MNMN的质量为的质量为0.10.1k

17、gkg，处在竖直向上，处在竖直向上磁感应强度为磁感应强度为1 1T T的匀强磁场中，电源电动势为的匀强磁场中，电源电动势为6V6V，内阻为内阻为11，为使，为使MNMN处于静止状态，则电阻处于静止状态，则电阻R R应为多应为多少？少？( (其他电阻不计其他电阻不计) )1.1.如图，一根长如图，一根长L L，质量为，质量为m m的导线用的导线用软导线悬挂在方向水平的磁感应强度软导线悬挂在方向水平的磁感应强度为为B B的匀强磁场中，现要使悬绳张力为的匀强磁场中，现要使悬绳张力为0 0，则导线中电流应为多少？方向如何，则导线中电流应为多少？方向如何B B如果其他都不变，磁场方向相反，绳子的张力变为

18、多如果其他都不变，磁场方向相反，绳子的张力变为多大大? ?如果其他都不变，磁场方向变为竖直向上，平衡时绳如果其他都不变，磁场方向变为竖直向上，平衡时绳子的张力变为多大子的张力变为多大? ?练习练习3 ：如图所示，固定螺线管：如图所示，固定螺线管M右侧有一正方形线右侧有一正方形线框框abcd，线框内通有恒定电流，其流向为，线框内通有恒定电流，其流向为abcd，当闭，当闭合开关合开关S后，线框运动情况应为后，线框运动情况应为（ ）Aab向外，向外，cd向里转动且向向里转动且向M靠拢靠拢Bab向里，向里，cd向外转动且远离向外转动且远离MCad向外，向外，bc向里转动且向向里转动且向M靠拢靠拢Dad

19、向里，向里，bc向外转动且远离向外转动且远离MA3 3 、如图所示，在倾角为、如图所示，在倾角为3030o o的斜面上，放置两条宽的斜面上，放置两条宽L L0.5m0.5m的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，在导轨上横放一根质量为在导轨上，在导轨上横放一根质量为m m0.2kg0.2kg的金属棒的金属棒abab，电源电动势，电源电动势E E12V12V，内阻，内阻r r0.30.3，磁场方向垂直，磁场方向垂直轨道所在平面，轨道所在平面，B B0.8T0.8T。欲使棒。欲使棒abab在轨道上保持静止，在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用

20、电阻滑动变阻器的使用电阻R R应为多大？（应为多大？（g g取取10m/s10m/s2 2，其它，其它电阻不计）电阻不计）BE rRa30bBGFNF 4、在倾角为的光滑斜面上，置一通有电流在倾角为的光滑斜面上，置一通有电流I I，长，长L L质量为质量为m m的导体棒，如图试求：的导体棒，如图试求：（1 1）欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度）欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B B的最小值和方向的最小值和方向1919，1414（2 2）欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁）欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度场的磁感应强度B B的最小值和方

21、向的最小值和方向8 8，1010B2minmg（2 2）F F安安2=ILB=ILB2 2sinsin =mg =mg B B2min2min方向水平向左方向水平向左F安安2=mgF F安安2=ILB=ILB2min2min=mg =mg B B2min2min= mg/IL= mg/ILIB2minB2B2俯视图俯视图6.质量为m的通电细杆ab置于倾角为的导轨上，导轨的宽度为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为.有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图3-24所示.图(b)中的四个侧视图中，标出了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( ). 图3-24A B10,1425

22、,16,5,3mgmgmgmgFNFFNFN三、磁电式电流表三、磁电式电流表1 1、电流表的构造、电流表的构造 如图所示是电流表的构造图，在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这个螺旋弹簧上，被测电流通过弹簧流入线圈。2 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理: : 1、当电流通过线圈时线圈左右两边都要受到方向相反安培力，使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，反线圈转动。3、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，表盘

23、的刻度就是均匀的了。2 2、电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。、电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小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，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其 大小大小随线圈转动的角度增随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止相平衡