磁场对通电导线的作用.ppt

通电直导线 环形电流 通电螺线管 产生的磁场如何判断？ 回顾： N S 1、电键接通电路 2、改变电流方向 复原再做一次 显示磁感线 隐藏磁感线 F F 通电导体在磁场 中受力作用演示 安培力 (Ampere force) 定义 ： 磁场 对 电流 的作 用力称为安培力，是为 了纪念安培而命名的。 安培力的方向 试画出下述两实验结果的正视图： B B I F I F 左手定则（ left-hand rule） 实验结论 ：安培力的方 向既跟磁场方向垂直 F B， 又跟电流方向垂直 F I，故 安培力的方向总是垂直于磁 感线和通电导线所在的平面 ，即： F安 BI平面 伸开 左手 ： 磁感线 垂直穿入手心 四指 指向电流的方向 大拇指 所受安培力的方向 思考与讨论 如图所示，当通电导线的电流垂直纸面向外 ，磁场竖直向上时，导线所受的安培力水平 向左，现在若将电流方向和磁场的方向同时 反向，则安培力的方向是不是也反向？ B I F B I F 结论：当电流方向和磁场方向同时反 向时， 安培力方向不变 。 F I I F F 例题 1： 确定图中电流，磁场，安培力三者中 未知的方向。 （ 1） （ 2） （ 3） 课堂练习 F F F I （ 4） （ 5） （ 6） 课堂练习 例题 1： 确定图中电流，磁场，安培力三者中 未知的方向。 B I B I I B （ 7） （ 8） （ 9） F 垂直纸面向外 无安培力 课堂练习 例题 1： 确定图中电流，磁场，安培力三者中 未知的方向。 B I I B F F （ 10） （ 11） 例题 1： 确定图中电流，磁场，安培力三者中 未知的方向。 课堂练习 B I （ 12） 例题 2： 试画出下列各图中通电导体棒 ab 所受安培力的方向： 课堂练习 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 请使用刚学过的知识解释本实验 结果。 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。 结论 : F F F 同向电流 F 反向电流 （ 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？ 即： （ 2）平行时： B I B ILF 0F 适用条件： 1）匀强磁场 2）导线与磁场垂直 安培力 (Ampere force)的大小 F=ILBsin 如图所示，导线 abc为垂直折线 ,其中电流为 I,ab=bc=L, 导线拓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 . a b c 课堂练习 L F=BIL F=BIL中的 L为有效长度 L L 思考与讨论 试指出下述各图中的安培力的大小。 一 :安培力作用下的平衡问题 1.如图所示质量为 m=50g的铜棒，长 L 10cm，用长度均 为 L的两根软导线水平地悬吊在竖直向上的匀强磁场中 ，磁感应强度 B 1/3T，通电后，棒向纸外偏转的最大 偏角 37 ，此铜棒中电流的大小为多少？ B mg T F 课堂练习 B a b 2.如图所示，金属杆 ab的质量为 m，长为 L，通过的电流为 I，处在磁感应强度为 B的匀强磁场中，结果 ab静止在水平 导轨上。若磁场方向与水平导轨成 角，求： （ 1）棒 ab受到的摩擦力； （ 2）棒对导轨的压力。 课堂练习 3.如图所示 ,两平行光滑导轨相距为 20cm,金属棒 MN的质量为 1.0 10-2kg,电阻 R 8, 匀强磁场 方向竖直向下 ,磁感应强度 B=0.5T,电源电动势 E=10V,内电阻 r=1. 当电键 K闭合时 ,MN处于平衡 状态 ,求变阻器 R1的取值为多少？（设 450） 课堂练习 通电导线的运动问题 基本方法 1.画出导线所在处的磁场方向 2.确定电流方向 3.根据左手定则确定受安培力的方向 4.根据受力情况判断运动情况 特殊方法 ： 1电流元法 2特殊位置法 3等效法 4利用结论法 例 1 如图 3-20所示，两根互相绝缘、垂直放置的直导线 ab和 cd ，分别通有方向如图的电流，若通电导线 ab固定不不动，导线 cd 能自由运动，则它的运动情况是 ( ). A顺时针转动，同时靠近导线 ab B顺时针转动，同时远离导线 ab C逆时针转动，同时靠近导线 ab D逆时针转动，同时远离导线 ab 电流微元法 B F方向 F方向 B B F 例 2 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通 以图示的电流是时，有关直导线运动情况的说法中正确 的是（从上往下看）（ ） A、顺时针方向转动，同时下降 B、顺时针方向转动，同时上升 C、逆时针方向转动，同时下降 D、逆时针方向转动，同时上升 N S 特殊位置法分析运动 C S N 等效法分析运动 N S 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 ( ) 16 A线圈向磁铁平移 ,9 B线圈远离磁铁平移 ,1 C从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁 ,11 D从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁 电流微元法 特殊位置法 F F F F I方向 I方向 D S N 电流微元法、特殊位置法、等效法分析运动 电流微元法、 特殊位置法分析运动 N S B F方向 F方向 B B F 等效法分析运动 N S 例 4、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 ： ( ) A、吸引 B、排斥 C、保持静止 D、边吸引边转动 结论法： 同向电流互相吸引 A N N S S 例 5、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 电流时，弹簧将（ ） .纵向收缩，径向膨胀； .纵向伸长，径向收缩； .纵向收缩，径向伸长； .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 （ 4）推论分析法 S N I B2 B1 B1 B2 F1 F1 F2 F2 S N 等效法分析运动 N S 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 ,9 B线圈远离磁铁平移 ,1 C从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁 ,11 D从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁 电流微元法 特殊位置法 F F F F I方向 I方向 D 磁电式电流表 一、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 . 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？ 二、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。 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， I 三、 电动机 1、 思考： 如果放在磁场中不是一段通电导线，而 是一个通电的矩形线圈 abcd，会发生什么现象 ？ 2、电动机基本构造：定子和转子。 3、功率有大 有小； 分直流电动机 和交流电动机 4、应用： 看插图 直流电动机 示意图 视频 B 课堂练习 13、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 3如图所示，两根平行放置的长直导线 a和 b载有大小相同、 方向相反的电流， a受到的磁场力大小为 F1，当加入一与导线所在平 面垂直的匀强磁场后， a受到的磁场力大小变为 F2，则此时 b受到的 磁场力大小变为（ ） A.F2 B.F1 F2 ,12 C.F1 F2 3,7 D.2F1 F2 3,4 F1 a b F1 F2=F1-FB F 2= F2 A B B FB FB F2=F1-FB=F2 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 3-24 A B 10,14 25,16 ,5 ,3 mg mg mg mg F N F F N F N 4、 在倾角为的光滑斜面上 ， 置一通有电流 I， 长 L质量为 m的导体棒 ， 如图试求： （ 1） 欲使棒静止在斜面上 ， 外加匀强磁场的磁感应强度 B 的最小值和方向 19， 14 （ 2）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 B的最小值和方向 8， 10 B2min mg （ 2） F安 2=ILB2sin =mg B2min方向水平向左 F安 2=mg F安 2=ILB2min=mg B2min= mg/IL I B2min B2 B2 俯视图