通电导线在磁场中受到的力安培力课件

3.4 通电导线在磁场中受到的力1磁场对电流的作用磁场对电流的作用磁场对电流的作用2安培力安培力(Ampere force)的方向的方向1 1、定义定义：磁场对电流的作用力：磁场对电流的作用力称为安培力，是为了纪念安培而称为安培力，是为了纪念安培而命名的。命名的。实验表明实验表明：通电导体在磁场中受力方：通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。向与电流方向和磁场方向有关。思考与讨论思考与讨论 在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？安培力(Ampere force)的方向1、定义：磁场对电流3实验结果分析实验结果分析试画出下述两实验结果的正视图：试画出下述两实验结果的正视图：B BB BI I I IF F F FI I I IF F F F实验结果分析试画出下述两实验结果的正视图：BBIFIF4左手定则（左手定则（left-hand ruleleft-hand rule）实验结论实验结论实验结论实验结论：安培力的方：安培力的方：安培力的方：安培力的方向既跟磁场方向垂直向既跟磁场方向垂直向既跟磁场方向垂直向既跟磁场方向垂直F F F FBBBB，又跟电流方向垂直又跟电流方向垂直又跟电流方向垂直又跟电流方向垂直F F F FI I I I，故，故，故，故安培力的方向总是垂直于磁安培力的方向总是垂直于磁安培力的方向总是垂直于磁安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面，感线和通电导线所在的平面，感线和通电导线所在的平面，感线和通电导线所在的平面，即：即：即：即：F F F F安安安安B B B BI I I I平面平面平面平面伸开伸开伸开伸开左手左手左手左手：磁感线磁感线磁感线磁感线垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心垂直穿入手心四指四指四指四指指向电流的方向指向电流的方向指向电流的方向指向电流的方向大拇指大拇指大拇指大拇指所受安培力的方向所受安培力的方向所受安培力的方向所受安培力的方向左手定则（left-hand rule）实验结论：安5思考与讨论思考与讨论如图所示，当通电导线的电流垂直纸面向外，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？向，则安培力的方向是不是也反向？B BI I I IF F F FB BI I I IF F F F结论：当电流方向和磁场方向同时反结论：当电流方向和磁场方向同时反向时，向时，安培力方向不变安培力方向不变。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6安培力安培力(Ampere force)的大小的大小I I I IBBBB，且为匀强磁场，此，且为匀强磁场，此，且为匀强磁场，此，且为匀强磁场，此时电流所受的时电流所受的时电流所受的时电流所受的安培力最大安培力最大安培力最大安培力最大3 3 3 3、实验表明，当导线方向与磁场方向一致时、实验表明，当导线方向与磁场方向一致时、实验表明，当导线方向与磁场方向一致时、实验表明，当导线方向与磁场方向一致时(即即即即I I I IBBBB)，电流所受的安培力，电流所受的安培力，电流所受的安培力，电流所受的安培力最小，等于零最小，等于零最小，等于零最小，等于零；当导线方向与磁场方向当导线方向与磁场方向当导线方向与磁场方向当导线方向与磁场方向斜交斜交斜交斜交时，所受安培力介于最时，所受安培力介于最时，所受安培力介于最时，所受安培力介于最大值和最小值之间：大值和最小值之间：大值和最小值之间：大值和最小值之间：1 1 1 1、大小大小大小大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流度成正比，又与导线中的电流度成正比，又与导线中的电流度成正比，又与导线中的电流I I I I成正比，即与成正比，即与成正比，即与成正比，即与I I I I和和和和L L L L的乘积成正比。的乘积成正比。的乘积成正比。的乘积成正比。2 2 2 2、公式公式公式公式：F=BF=BF=BF=BI I I IL L L L条件条件条件条件：F F F F安安安安=B=B=B=BI I I ILsinLsinLsinLsinB B B BI I I IB B B BB B B B安培力(Ampere force)的大小IB，且为匀强磁场7L LF=BF=BI IL LF=BF=BI IL L中的中的L L为有效长度为有效长度L LL LL L思考与讨论思考与讨论试指出下述各图中的安培力的大小。试指出下述各图中的安培力的大小。LF=BILF=BIL中的L为有效长度LLL思考与讨论试指出8演示演示9思考与讨论思考与讨论 前面，我们曾提到两条互相平行的通电直导线，前面，我们曾提到两条互相平行的通电直导线，前面，我们曾提到两条互相平行的通电直导线，前面，我们曾提到两条互相平行的通电直导线，当通以同向电流时互相吸引，而通以反向电流时会当通以同向电流时互相吸引，而通以反向电流时会当通以同向电流时互相吸引，而通以反向电流时会当通以同向电流时互相吸引，而通以反向电流时会互相排斥，试用刚学的知识解释。互相排斥，试用刚学的知识解释。互相排斥，试用刚学的知识解释。互相排斥，试用刚学的知识解释。A AB BC CD DA A A A的磁场的磁场的磁场的磁场F F F F安安安安A A A A对对对对B B B BC C C C的磁场的磁场的磁场的磁场F F F F安安安安C C C C对对对对D D D DF F F F安安安安B B B B对对对对A A A AF F F F安安安安D D D D对对对对C C C CB B B B的磁场的磁场的磁场的磁场D D D D的磁场的磁场的磁场的磁场思考与讨论 前面，我们曾提到两条互相平行的通电直导线，当10 在实验室中，在实验室中，常用到一种测电常用到一种测电流强弱和方向的流强弱和方向的电学仪器电学仪器电电流表，它就是根流表，它就是根据磁场对电流作据磁场对电流作用的安培力制成用的安培力制成的。的。磁电式电流表磁电式电流表 在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器11电流表的构造电流表的构造 在一个很强的蹄在一个很强的蹄形磁铁的两极间，有一形磁铁的两极间，有一个固定的圆柱形铁芯，个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。这两个弹簧流入线圈。蹄形磁铁蹄形磁铁蹄形磁铁蹄形磁铁铁芯铁芯铁芯铁芯绕有线圈的铝框绕有线圈的铝框绕有线圈的铝框绕有线圈的铝框螺旋弹簧螺旋弹簧螺旋弹簧螺旋弹簧指针指针指针指针刻度表刻度表刻度表刻度表电流表的构造 在一个很强的蹄形磁铁的两极间，有一个固12 电流表构造中最电流表构造中最电流表构造中最电流表构造中最大的特点就是在蹄形大的特点就是在蹄形大的特点就是在蹄形大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场磁铁和铁芯间的磁场磁铁和铁芯间的磁场磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的是均匀地辐向分布的是均匀地辐向分布的是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布）（即沿直径方向分布）（即沿直径方向分布）（即沿直径方向分布），如图所示。，如图所示。，如图所示。，如图所示。这样的构造使得线这样的构造使得线这样的构造使得线这样的构造使得线框在转动过程中，其平框在转动过程中，其平框在转动过程中，其平框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即面始终与磁场平行，即面始终与磁场平行，即面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的受到安培力的线框中的受到安培力的线框中的受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。两边始终与磁场垂直。两边始终与磁场垂直。两边始终与磁场垂直。电流表的构造电流表的构造 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13通电导线在磁场中受到的力安培力课件14电流表的特点电流表的特点1 1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；过的电流很小；2 2、电流和安培力成正比，所以电流、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；表的刻度是均匀的；3 3、电流方向改变，安培力方向也、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。改变，线圈朝相反方向转动。电流表的特点1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的15思考与讨论思考与讨论 在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后再在玻璃器皿分别与电池的两极相连，然后再在玻璃器皿中放入导电液体，例如盐水，若把玻璃器皿中放入导电液体，例如盐水，若把玻璃器皿放在磁场中，如图所示，那么液体会转动吗放在磁场中，如图所示，那么液体会转动吗？如果转？往什么方向转？如果转？往什么方向转？逆时针旋转逆时针旋转思考与讨论 在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿边16ABD1 1、下列说法中正确的是（、下列说法中正确的是（）A A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零电场力一定为零B B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零地方，受到的安培力一定为零C C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零用，则该处磁感应强度为零D D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零电场为零课堂练习课堂练习ABD1、下列说法中正确的是（）17BCD 2 2、一根长为、一根长为0.2 m0.2 m的电流为的电流为2 A2 A的通电的通电导线，放在磁感应强度为导线，放在磁感应强度为0.5 T0.5 T的匀强磁场的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是（中，受到的安培力大小可能是（）A A、0.4N0.4N B B、0.2N0.2NC C、0.1N0.1N D D、0 0 3 3、试画出下列各图中安培力的方向：、试画出下列各图中安培力的方向：课堂练习课堂练习BCD 2、一根长为0.2 m的电流为2 A的通电导线，18 6 6、在在垂垂直直纸纸面面向向里里的的匀匀强强磁磁场场B B中中，有有一一个个垂垂直直磁磁感感线线的的环环形形线线圈圈，通通有有顺顺时时针针电电流流I I，如图所示，则下列叙述中正确的是，如图所示，则下列叙述中正确的是 A A、环形线圈所受的磁力的合力为零、环形线圈所受的磁力的合力为零 B B、环形线圈所受的磁力的合力不为零、环形线圈所受的磁力的合力不为零 C C、环形线圈有收缩的趋势、环形线圈有收缩的趋势 D D、环形线圈有扩张的趋势、环形线圈有扩张的趋势ADAD课堂练习课堂练习 6、在垂直纸面向里的匀强磁场B中，有一个垂直磁感线的环形19A A7 7、在赤道上空，水平放置一根通、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此以由西向东的电流的直导线，则此导线导线()()A A、受到竖直向上的安培力、受到竖直向上的安培力 B B、受到竖直向下的安培力、受到竖直向下的安培力C C、受到由南向北的安培力、受到由南向北的安培力 D D、受到由西向东的安培力、受到由西向东的安培力课堂练习课堂练习A7、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则20D 9 9、两条导线互相垂直，、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中但相隔一小段距离，其中ABAB固定，固定，CDCD可自由活动，可自由活动，当通以如图所示电流后，当通以如图所示电流后，CDCD导线将（导线将（）A A、顺时针方向转动，同时靠近、顺时针方向转动，同时靠近ABABB B、逆时针方向转动，同时离开、逆时针方向转动，同时离开ABABC C、顺时针方向转动，同时离开、顺时针方向转动，同时离开ABABD D、逆时针方向转动，同时靠近、逆时针方向转动，同时靠近ABAB课堂练习课堂练习D 9、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB固211010、试讨论下列各图中通电导体棒、试讨论下列各图中通电导体棒abab在在不计重力的情况下，将如何运动？不计重力的情况下，将如何运动？结论结论:俯视图可知俯视图可知,逆时逆时针转动针转动,同时向下运动。同时向下运动。课堂练习课堂练习10、试讨论下列各图中通电导体棒ab在不计重力的情况下，将如22 11 11、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏、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度的是（注：电表的灵敏度可以表示为/I I=NBS/k=NBS/k）（）（）A A、增加线圈的匝数；、增加线圈的匝数；B B、增强磁极间的磁感应强度；、增强磁极间的磁感应强度；C C、减小线圈的电阻；、减小线圈的电阻；D D、换用不易扭转的弹簧、换用不易扭转的弹簧AB课堂练习课堂练习 11、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏度的是（注：电表23A课堂练习课堂练习12121212、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其、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，导线与磁铁垂正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂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（直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（）A A A A磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B B B B磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C C C C磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D D D D磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用 A课堂练习12、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央241414、如如图图所所示示，两两平平行行光光滑滑导导轨轨相相距距0.2m0.2m，与与水水平平面面夹夹角角为为4545，金金属属棒棒MNMN的的质质量量为为0.1kg0.1kg，处处在在竖竖直直向向上上磁磁感感应应强强度度为为1T1T的的匀匀强强磁磁场场中中，电电源源电电动动势势为为6V6V，内内阻阻为为11，为为使使MNMN处处于于静静止止状状态态，则则电电阻阻R R应应为为多多少少？(其他电阻不计其他电阻不计)NBG GF FN NF F安安课堂练习课堂练习14、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为425