通电导线在磁场中受力学习教案

1、会计学1通电导线通电导线(doxin)在磁场中受力在磁场中受力第一页，共32页。磁场磁场(cchng)(cchng)对电流的作用力称为对电流的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。安培力，是为了纪念安培而命名的。麦克斯韦称赞安培的工作是麦克斯韦称赞安培的工作是“科学科学(kxu)(kxu)上最光辉的成就之一，还把上最光辉的成就之一，还把安培誉为安培誉为“电学中的牛顿电学中的牛顿”。Andr-Marie Ampre1775 1836第2页/共32页第二页，共32页。 在电场中，正电荷所受电场力的方向就是电场强度的在电场中，正电荷所受电场力的方向就是电场强度的方向。那么方向。那么(n me)(

2、n me)，在磁场中，通电导体在磁场中的受，在磁场中，通电导体在磁场中的受力方向是不是磁感应强度的方向呢？力方向是不是磁感应强度的方向呢？表示电流方垂直表示电流方垂直(chuzh)(chuzh)纸面向里纸面向里 归纳归纳(gun)总结安培力的方向判总结安培力的方向判断断表示电流方垂直纸面向外表示电流方垂直纸面向外 第3页/共32页第三页，共32页。次数次数磁场方向磁场方向电流方向电流方向安培力方向安培力方向图图4312向上向上向下向下垂直于纸面垂直于纸面向外向外垂直于纸面垂直于纸面向外向外垂直于纸面垂直于纸面向里向里水平水平向右向右水平水平向左向左水平水平向左向左水平水平向右向右FFFF结论：

3、安培力方向既与磁场方向垂直结论：安培力方向既与磁场方向垂直(chuzh)(chuzh)，也与电流方向垂直，也与电流方向垂直(chuzh)(chuzh)实验实验(shyn)(shyn)现象现象垂直于纸面垂直于纸面向向(min (min xin)xin)里里第4页/共32页第四页，共32页。左手定则：伸开左手，左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌平面内，让磁感线从掌心垂直穿入，并使四指心垂直穿入，并使四指指向电流指向电流(dinli)(dinli)的的方向，这时拇指所指的方向，这时拇指所指的就是通电导体在磁场中就是

4、通电导体在磁场中所受安培力的方向。所受安培力的方向。 BIF第5页/共32页第五页，共32页。问题：当电流问题：当电流(dinli)(dinli)方向与磁场方向不垂直时，左方向与磁场方向不垂直时，左手定则是否适用？手定则是否适用？B BI I F垂直垂直(chuzh)纸面向纸面向外外B IF第6页/共32页第六页，共32页。IBFBB如果磁场和电流如果磁场和电流(dinli)不垂直不垂直,情况会怎样情况会怎样?第7页/共32页第七页，共32页。例例1 1：确定：确定(qudng)(qudng)图中安培力的方向。图中安培力的方向。B BI IB BI IB BI IFFF第8页/共32页第八页，

5、共32页。例例2、画出各图中安培力的方向、画出各图中安培力的方向(fngxing)IIBBI B IBFFFF第9页/共32页第九页，共32页。BBFBFF第10页/共32页第十页，共32页。FEBBFBBE第11页/共32页第十一页，共32页。问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过(tnggu)(tnggu)磁场磁场发生相互作用发生相互作用 用学过的知识用学过的知识(zh shi)(zh shi)加以分析加以分析同向电流相互同向电流相互(xingh)(xingh)吸引。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

6、F反向电流第12页/共32页第十二页，共32页。C第13页/共32页第十三页，共32页。（1）当）当 IB 且为匀强磁场，此时且为匀强磁场，此时(c sh)电流所受的安培力最电流所受的安培力最大。大。（2）当导线方向与磁场方向一致）当导线方向与磁场方向一致(yzh)时时(即即 IB )，电流所受的安培，电流所受的安培力最小，等于零。力最小，等于零。（3）当导线）当导线(doxin)方向与磁场方向方向与磁场方向 成成 角时，角时，所受安培力介于最大值和最小值之间：所受安培力介于最大值和最小值之间： 1. 大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电

7、导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流 I 成正比，即与成正比，即与 I 和和 L 的乘积成正比。的乘积成正比。2. 公式：公式：F = BILF安安 = BILsin BIBB第14页/共32页第十四页，共32页。1. B 垂直于垂直于 I ，匀强磁场，直导线，匀强磁场，直导线(doxin)。2. 不垂直变垂直不垂直变垂直(分解分解(fnji) B，或投影，或投影 L )。3. 弯曲弯曲(wnq)导线变成直导线导线变成直导线L是有效长度，不一定是导线实际是有效长度，不一定是导线实际长度。长度。若是弯曲导线，

8、可视为起点到终点的一条通电直导线。若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。对公式对公式 F = BIL 的理解的理解第15页/共32页第十五页，共32页。A第16页/共32页第十六页，共32页。 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向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全则在通电圆环完全(wnqun)进入磁场进入磁场的过程中，所受的安培力大小变化是的过程中，所受的安培力大小变化是 ( ) A. 逐渐变大逐渐变大 B. 先变大后变小先变大后变小 C. 逐渐变小逐渐变小 D. 先变

9、小后变大先变小后变大BIB第17页/共32页第十七页，共32页。1.直接判断：先分析导线或线圈所在位置的磁感线情况，然后直接判断：先分析导线或线圈所在位置的磁感线情况，然后根据左手定则根据左手定则(dn z)判定安培力的方向，再进行分析：判定安培力的方向，再进行分析：abFF第18页/共32页第十八页，共32页。例例4 4、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，通电直导线ABAB可自由运可自由运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，导体动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，导体ABAB将（将（ABAB的重力不计）的重力不计）A A、逆时针转动、逆时针转动(zh

10、un dng)(zhun dng)，同时向下运动，同时向下运动B B、顺时针转动、顺时针转动(zhun dng)(zhun dng)，同时向下运动，同时向下运动C C、顺时针转动、顺时针转动(zhun dng)(zhun dng)，同时向上运动，同时向上运动D D、逆时针转动、逆时针转动(zhun dng)(zhun dng)，同时向上运动，同时向上运动NS2. 微元法微元法第19页/共32页第十九页，共32页。NSIFFNSFA、逆时针转动，同时向下、逆时针转动，同时向下(xin xi)运动运动向外向外向里向里第20页/共32页第二十页，共32页。例例.如图在条形磁铁如图在条形磁铁N极处悬挂

11、一个线圈极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向，当线圈中通有逆时针方向(fngxing)的电流时，线圈将向哪个的电流时，线圈将向哪个方向方向(fngxing)偏转？偏转？ 从上向下看逆时针转动的同时从上向下看逆时针转动的同时(tngsh)向左摆动向左摆动NS第21页/共32页第二十一页，共32页。 自由自由固定固定FF 第22页/共32页第二十二页，共32页。例例 如图所示，把轻质导电线圈如图所示，把轻质导电线圈(xinqun)用绝缘细线悬挂在磁用绝缘细线悬挂在磁铁铁 N极附近，磁铁的轴线穿过线圈极附近，磁铁的轴线穿过线圈(xinqun)的圆心且垂直于的圆心且垂直于线圈线圈(xinqun)平

12、面，当线圈平面，当线圈(xinqun)内通入如图方向的电流内通入如图方向的电流后，则线圈后，则线圈(xinqun)()A向左运动向左运动 B向右运动向右运动C静止不动静止不动 D无法确定无法确定第23页/共32页第二十三页，共32页。解析：此题可以采用电流元法，也可采用等效法。解析：此题可以采用电流元法，也可采用等效法。解法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培定则，线圈等解法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是效成小磁针后，左端是 S 极，右端是极，右端是 N 极，异名极，异名(y mn)磁极相吸磁极相吸引，线圈向左运动。引，线圈向左运动。解法二：电

13、流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据解法二：电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。答案：答案：A第24页/共32页第二十四页，共32页。四四. .重难点：安培力作用重难点：安培力作用(zuyng)(zuyng)下通电导体的平下通电导体的平衡衡例例 质量为质量为 m，长度为，长度为 L 的导体棒的导体棒 MN 垂直导轨放置垂直导轨放置(fngzh)且且静止于水平导轨上，通过静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为的电流为 I，匀强磁场的磁感应强，匀强磁场的磁感

14、应强度为度为 B，垂直于电流方向且与导轨平面成，垂直于电流方向且与导轨平面成 角斜向下，如图所示角斜向下，如图所示，求棒，求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。所受的支持力大小和摩擦力大小。答案答案(d n)：BILcos mgBILsin 第25页/共32页第二十五页，共32页。 在实验室中，常用到一种测在实验室中，常用到一种测电流强弱电流强弱(qin ru)(qin ru)和方向的和方向的电学仪器电学仪器电流表，它就是根电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成据磁场对电流作用的安培力制成的。的。第26页/共32页第二十六页，共32页。铁芯、线圈铁芯、线圈(xinqun)(xinqu

15、n)和指针是一个整体可以转动。和指针是一个整体可以转动。.1. 磁电式电流表的构造磁电式电流表的构造(guzo) 刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。圆柱形铁芯（软铁制成）。第27页/共32页第二十七页，共32页。该磁场该磁场(cchng)并非匀并非匀强磁场强磁场(cchng)2. 该磁场该磁场(cchng)是否匀强是否匀强磁场磁场(cchng)？3. 该磁场该磁场(cchng)有什有什么特点？么特点？1. 电流表中磁场分布有何特点呢？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

16、辐向分布的。所谓均匀辐向分布，就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线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置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，各点的磁感应强度在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度 B 的大小是相等的。的大小是相等的。第28页/共32页第二十八页，共32页。（2）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）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，线圈和指针偏

17、转的角度也越大，因而根据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(gnj)指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。表盘表盘(biopn)的刻度均匀，的刻度均匀， IMnBIS安Mk弹（3）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，）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，所以根据指针的偏转方向也发生变化，所以根据(gnj)指针的偏转方向，可指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。以知道被测电流的方向。第29页/共32页第二十九页，共32页。把立体图转化为平面图进行受力分析把

18、立体图转化为平面图进行受力分析安培力安培力方向方向垂直于垂直于 B、I 决定的平面决定的平面判断：左手定则判断：左手定则大小大小 F = ILBsin B 与与 I 垂直：垂直： F = ILBB 与与 I 平行：平行：F = 0电流间电流间的相互的相互作用作用先用安培定则判断磁场方向先用安培定则判断磁场方向再用左手定则判断安培力的方向再用左手定则判断安培力的方向安培力作用安培力作用的平衡问题的平衡问题根据力的平衡条件解未知量根据力的平衡条件解未知量应用应用磁电式电流表磁电式电流表构造、原理构造、原理应用应用第30页/共32页第三十页，共32页。电流元法电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向等效法等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流