通电导线在磁场中受到的力 市赛获奖

6/30/2023

3.4通电导线在磁场中受到的力

6/30/2023演示：按照右图所示进行实验。1、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。通电导线在磁场中受到的力称为安培力一、安培力的方向IBF2、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FIBFIBIBF6/30/2023F、B、I方向关系BIF示意图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BIF示意图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在的平面6/30/2023FIBFIBααBBIFαBI判定以下通电导线所受安培力的方向30°FFIIIBBB6/30/2023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用学过的知识加以判断同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。结论:FFF同向电流F反向电流6/30/2023（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。问题:如果既不平行也不垂直呢？二、安培力的大小即：

F=ILB（2）平行时：F＝0BθI6/30/2023IB把磁感应强度B分解为两个分量：一个分量与导线垂直B1=Bsinθ另一分量与导线平行B2=Bcosθ平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定即F=ILB1F=ILBsinθθB2B1将B1=Bsinθ代入得通电直导线与磁场方向不垂直的情况6/30/2023公式：F=ILBsinθθ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？BIF如图，当通电导线与磁感线不垂直时，可用左手定则判断安培力的方向吗？答案：可以．当导线和磁感线不垂直时，把导线所在处的磁感应强度B分解为平行导线的分量B∥和垂直导线的分量B⊥，让B⊥垂直穿入手心，即可利用左手定则判断出安培力的方向.6/30/20236/30/20231．公式F＝ILB中L指的是可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”．2．弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直接的长度(如图3－4－3所示)；相应的电流沿L由始端向末端．图3－4－36/30/202300.02N水平向右0.02N垂直导线斜向左上方1.将长度为20cm、通有0.1A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，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向IBIB30°IB6/30/2023

三磁电式电流表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）、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。.［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.

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，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.6/30/2023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.该磁场并非匀强磁场［问题］该磁场是否匀强磁场？［问题］该磁场的特点？6/30/20232、电流表的工作原理1、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增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。6/30/20232、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。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，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。表盘的刻度均匀，θ∝I6/30/2023三、磁电式电流表的特点1、表盘的刻度均匀，θ∝I。2、灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。3、满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特性。6/30/2023四、安培力作用下的平衡问题1．安培力作为通电导体所受的外力参与受力分析，产生了通电导体在磁场中的平衡、加速及做功问题，这类问题与力学知识联系很紧密，解题时把安培力等同于重力、弹力、摩擦力等性质力；对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向的确定；求解时注意对力学中静力学、动力学及功和能等有关知识的综合应用．6/30/20232．在安培力作用下的物体平衡的解决步骤和前面学习的共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件列出平衡方程，其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力．3．与闭合电路欧姆定律相结合的题目，主要应用：(1)闭合电路欧姆定律；(2)安培力公式F＝ILB；(3)物体平衡条件．6/30/2023特别提醒：(1)安培力作为一种性质力，在受力分析时要单独分析，不可与其他力混为一谈．(2)为方便对问题的分析和便于列方程．在受力分析时先将立体图画成平面图，即面成俯视图、剖面图或侧视图等．6/30/2023

质量为m＝0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图3－4－15所示．现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？例图3－4－156/30/2023【自主解答】杆ab中的电流为a到b，所受的安培力方向平行于导轨向上．当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下，当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值F1，此时通过ab的电流最大为Imax；同理，当电流最小时，应该是导体受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为F2，电流为Imin.正确地画出两种情况下的受力图如图3－4－16所示，由平衡条件列方程求解．6/30/2023根据第一幅受力图列式如下：F1－mgsinθ－Ff1＝0FN1－mgcosθ＝0Ff1＝μFN1F1＝BImaxd解上述方程得：Imax＝0.46A图3－4－166/30/2023根据第二幅受力图F2＋Ff2－mgsinθ＝0FN2－mgcosθ＝0Ff2＝μFN2

F2＝BImind.解上述方程得：Imin＝0.14A.【答案】

0.14A≤Iab≤0.46A

【规律总结】

(1)必须先将立体图转换为平面图，然后对物体受力分析，要注意安培力方向的确定．最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程．(2)注意静摩擦力可能有不同的方向，因而求解结果是一个范围．6/30/20236/30/2023[答案]

0.3A