3.4-通电导线在磁场中受到的力讲解课件

1、第三章 磁场 3.4 通电导线在磁场中受到的力(1)湖南师范大学袁华军知识回顾1. 电场强度E=F/q，其方向为正电荷的受力方向；F=qE，q、E确定，F的大小和方向都确定。2. 磁感应强度B=F/IL(BI)，其方向为小磁针静止时N极的指向。3. 思考：F=BIL成立的条件是什么？磁感应强度的方向是通电导线所受力的方向吗？B、I、L的大小都确定，F的大小确定吗？磁场对电流的作用力称为安培力探究1 安培力的方向IBFFIBFIBIBFSNSNSN结论：安培力的方向与磁场方向和电流方向都有关系；当电流方向和磁场方向同时反向时，安培力方向不变。一、安培力的方向：左手定则左手定则：伸开左手，使拇指与

2、四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线穿入手心，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培力的方向。 安培力的方向既垂直于电流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平面。 对安培力方向的理解(1) 安培力方向的特点： FB，FI，即F垂直于B、I所确定的平面。(2) 当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所确定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心。(3) 主要区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系：安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行。(4) 左手定则和安培定则的区别：左手定

3、则电流处于外磁场受安培力，而安培定则电流产生磁场。特别提醒(1) 安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面；但磁场方向和电流方向不一定垂直。(2) 若已知B、I方向，F方向唯一确定；但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一。(3) 判断电流的磁场方向用安培定则；确定通电电流在磁场中所受的安培力的方向用左手定则。课堂训练例1. 画出图中第三者的方向。注: 安培力的方向总与导线垂直, 与磁感应强度垂直。课堂训练例2. 画出图中第三者的方向。BBBIFI30FIB平行通电直导线之间的相互作用FFF同向电流F反向电流同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。结论:探究2：安培力的大小结论：通电

4、导线与磁场方向垂直时，它受力的大小与I和L的乘积 IL 成正比。F=BIL 保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小； 保持电流不变，改变导线通电部分的长度. 控制变量法二、安培力的大小（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和导线的长度L三者的乘积。即： F=BIL（2）B、I平行时：F0F = BILsin(为B与L的夹角)B1B2B（3）B、I成角时：对安培力大小的理解(1) 公式 F=BILsin只适用于匀强磁场。=90时，F最大；=0时，F最小。(2) 为B与I的夹角；L为有效长度,不一定是导线的实际长度。(3) F的大小不

5、仅与B、I、L有关，还与放置方式有关，即与有关。(4) 任意时： 不垂直，就分解B或将L朝垂直B方向投影； 只有一部分导体在磁场中或者只有一部分通电？ 导线不是直线，就找导线的有效长度(首尾连接的直线)课堂训练例3. 指出下列各图中安培力的方向和大小。LF=BILLLL课堂训练例4. 如图，导线abc为垂直折线, 其中电流为I, ab=bc=L, 导线所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。abc课堂训练例5. 如图，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

6、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课堂训练例6. 如图, 一根有质量的金属棒MN, 两端用细软导线连接后悬于a、b两点, 棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以( )A. 适当减小磁感应强度；B. 使磁场反向；C. 适当增大电流；D. 使电流反向。CMNab课堂训练例7. 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（

7、 ）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。A课堂训练例8. 如图，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L、质量为m的通电直导线，电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止在斜面上，外加磁场磁感应强度的大小和方向可以是（ ）A. B=mgsin/IL, 方向垂直斜面向下；B. B=mgtan/IL, 方向竖直向下；C. B=mg/IL, 方向水平向左；D. B=mgcos/IL, 方向水平向左。ABC课堂训练例9. 把一根柔软的螺旋形弹

8、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路, 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。CS第三章 磁场 3.4 通电导线在磁场中受到的力(2)湖南师范大学袁华军二、安培力的大小（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和导线的长度L三者的乘积。即： F=BIL（2）B、I平行时：F0F = BILsin(为B与L的夹角)B1B2B（3）B、I成角时：一、磁电式电流表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

9、)、螺旋弹簧、线圈、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2. 磁电式电流表的原理： 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); 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; 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; 线圈和指针转过的角度与电流成正比，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱；根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。3. 磁电式电流表的特

10、点： 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； 电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的； 电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。=NBIS/k课堂训练例1. 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. 减小线圈的电阻；D. 换用不易扭转的弹簧。AB课堂训练例2. 关于电流表以下说话错误的是( ）A. 指针稳定后，游丝形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向是相反的；B. 通电线圈中的电流越大，指针偏转角度就越大；C. 在线圈转动

11、的范围内，各处的磁场都是匀强磁场；D. 在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关。C二、安培力作用下导体的运动方向电流元法把整段导线分为许多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向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特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置(如转过90)，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力

12、，从而确定磁体所受合力及运动方向课堂训练例1. 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。线罔的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸而。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( )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

13、。B课堂训练例2. 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0.5m，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？课堂训练例3. 如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为450，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)课堂训练例4. 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.

14、逆时针方向转动，同时离开AB；C. 顺时针方向转动，同时离开AB；D. 逆时针方向转动，同时靠近AB。电流元法D课堂训练例5. 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。B电流元法课堂训练例6. 如图所示，固定螺线管M右侧有一正方形线框abcd，线框内通有恒定电流，其流向为ab

15、cd，当闭合开关S后，线框运动情况应为( )A. ab向外，cd向里转动且向M靠拢；B. ab向里，cd向外转动且远离M；C. ad向外，bc向里转动且向M靠拢；D. ad向里，bc向外转动且远离M。A等效法课堂训练例7. 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（ ）A. 逐渐变大；B. 先变大后变小；C. 逐渐变小；D. 先变小后变大。B电流元法课堂训练例8. 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

16、缩；D. 纵向收缩,径向收缩。A电流元法课堂训练例9. 如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线AB可自由运动，AB的重力不计，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，导体AB将( )A. 逆时针转动，同时向下运动；B. 顺时针转动，同时向下运动；C. 顺时针转动，同时向上运动；D. 逆时针转动，同时向上运动。ANS特殊位置法课堂训练例10. 如图在条形磁铁N极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？等效法课堂训练例11. 直导线AB与圆形线圈的平面垂直且有一小段距离，直导线固定，线圈可以自由运动。当通过如图所示的电流时，从左向右看，线圈将( )A. 顺时针转动，同时靠近直导线；B. 顺时针转动，同时离开直导线；C. 逆时针转动，同时靠近直导线；D. 不动。等效法C课堂训练例12. 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个圆线圈的圆心重合，当两线圈都通有如图所示方向的电流时，则从左向右看，线圈L1将( ) A. 不动； B. 顺时针转动；C. 逆时针转动； D. 向纸外平动。等效法C课堂训练例13. 用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图所示