磁场对通电导线的作用——安培力

磁场对通电导线的作用安培力课前自主学案一、安培力1探究影响通电导线受力的因素(1) 将一根水平悬挂在磁铁的两极间，导线的方向与磁场的方向(2) 控制变量法 保持磁场中直导线的长度不变，改变，通过观察大小来比较磁场力大小 保持电流不变，改变磁场中，通过观察直导线大小来比较磁场力大小(3)结论：通电直导线与磁场时，磁场对通电导线作用力的大小与和都成正比2安培力的大小(1) 通电导线跟磁场垂直时：安培力最大，F=.(2) 通电导线跟磁场平行时：安培力最小，F=_.3安培力的方向(1) 左手定则：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平 面内，让垂直穿过手心，四指指向方向，则大拇指所指方向就是所受安培力的方向.(2) 通电导线在磁场中受到的安培力方向，既与垂直，又与垂直，即垂直于和所确定的平面二、电动机安培力的重要应用1构造：由磁场(磁体)、及电源组成2. 原理：(图见教材)电流从滑环A流入时，从滑环B流出，滑环起一个的作用，当线圈通电后，由于受到的作用，线圈在磁场中旋转起来核心要点突破一、安培力大小的计算1. 公式F=ILB中L指的是“有效长度”当B与I垂直时，F最大，F=ILB；当B与I 平行时，F=0.2. 弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度(如图32 1)；相应的电流沿L 由始端流向末端3. 若磁场和电流成8角时，如图322所示.可以将磁感应强度B正交分解成Bd= Bsin8和B=Bcos8，而B对电流是没有作 用的.F=ILB丄=ILBsinB，即 F=ILBsin8 .图 3 2 2特别提醒：公式F=ILBsin8中8是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角， 要根据具体情况进行分析(2) 公式F=IBLsin8中的Lsin8也可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”(3) 用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中即时应用1. 一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到 磁场力的大小可能是()A0.4 NB0.2 NC0.1 ND0 N二、安培力方向的判断 1安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，在判断安培力方向时首先 确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据 左手定则判断出安培力的具体方向2已知 I、 B 的方向，可惟一确定 F 的方向；已知 F、 B 的方向，且导线的位置确定时， 可惟一确定I的方向；已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定.3由于 B、 I、 F 的方向关系在三维立体空间中，所以解决该类问题时，应具有较好的空 间想象力如果是在立体图中，还要善于把立体图转换成平面图4判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向的几种方法(1) 电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元先 用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方 向，从而确定导线的运动方向(2) 特殊位置分析法：根据通电导线在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然 后推广到一般位置(3) 等效分析法：环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等效为条形磁铁，其南、北极 由安培定则判定5分析通电导线在安培力作用下运动情况的一般步骤(1) 画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况；(2) 用左手定则确定各段通电导线所受安培力；(3) 据初速度方向结合牛顿运动定律确定导线的运动情况特别提醒：在F、I、B三个物理量中，F与I、F与B 一定垂直，但B与I不一定垂直. (2)判断通电线圈在磁场中的转动情况，应找准具有对称关系的特殊位置的电流元 即时应用2. 通电矩形导线框abed与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图3-2-3所 示，ab与MN平行.关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是()A. 线框有两条边所受的安培力的方向相同B. 线框有两条边所受的安培力大小相等C线框受安培力的合力向左D. cd边所受安培力对ab边的力矩不为零三、安培力作用下的物体平衡1. 有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲的物体平衡一样，也是利用物体平衡条件 解题.只是多了一个安培力而已.2. 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) 求安培力用公式F=BIL；(3) 物体平衡条件.3. 在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们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.即时应用3. 如图324所示，在倾角为a的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L、质量为m的 直导体棒，在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加 匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是()图 324A. B=mgLn，方向垂直斜面向上B. B=mgL，方向垂直斜面向下C. B=mgLsa，方向垂直斜面向下D. B=mgLsa，方向垂直斜面向上例1、如图325所示，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.【规律总结】 对安培力公式F=BILsinO的正确理解是分析的关键.本题中既可分段求解,然后求合力，又可采用等效方法进行计算变式训练1将长为1 m的导线ac从中点b折成如图326所示的形状，放入B = 0.08 T的匀强磁场中，abc平面与磁场垂直.若在导线abc中通入25 A的直流电，则整个导 线所受安培力大小为N.X X a图 326例2、如图327所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴 线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以（）图 327A. 将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B. 将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极C. 将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极D. 将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端规律总结】 安培定则、左手定则往往同时应用.应特别注意，安培定则是判断电流的磁场方向，又称右手螺旋定则，而左手定则是用左手判断电流的受力情况的变式训练 2 在地球赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流，则此导 线()A. 受到竖直向上的安培力B. 受到竖直向下的安培力C. 受到由南向北的安培力D. 受到由西向东的安培力例3、质量为m=0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为8 =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|J =0.4,磁感应强度B = 2 T的匀强磁 场与导轨平面垂直且方向向下，如图328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?【规律总结】 (1)必须先将立体图转换为平面图，然后对物体进行受力分析，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)注意静摩擦力可以有不同的方向，因而求解结果是一个范围变式训练 3 如图 3210 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里的电流，用 N 表示磁铁对桌 面的压力的反作用力，用f表示桌面对磁铁的摩擦力，导线中通电后与通电前相比较 ()AN 减小， f= 0CN 增大， f= 0图 3210B. N 减小，fMOD. N 增大，fMO