磁场对通电导线的作用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,磁场对通电导线的作用力（一）,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,B,I,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,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=B,I,L,F=B,I,L,中的,L,为有效长度,L,L,L,思考与讨论,试指出下述各图中的安培力的大小。,磁场对通电导线的作用力（二）,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,1.010-2kg,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,45,0,）,课堂练习,磁场对通电导线的作用力（三）,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,B,2,B,1,B,1,B,2,F,1,F,1,F,2,F,2,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,磁场对通电导线的作用力（四）,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,m,1,、,m,2,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,(m,1,-m,2,)g/N,I,L,B,、磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为,mg/2N,I,L,C,、磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为,(m,1,-m,2,)g/N,I,L,D,、磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为,mg/2N,I,L,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,F,1,，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,F,2,，则此时,b,受到的磁场力大小变为（）,A.,F,2,B.,F,1,F,2,12,C.,F,1,F,2,3,7,D.2,F,1,F,2,3,4,F,1,a,b,F,1,F,2,=F,1,-F,B,F,2,=F,2,A,B,B,F,B,F,B,F,2,=F,1,-F,B,=F,2,6.,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,B,2min,mg,（,2,）,F,安,2,=ILB,2,sin,=mg,B,2min,方向水平向左,F,安,2,=mg,F,安,2,=ILB,2min,=mg,B,2min,=mg/IL,I,B,2min,B,2,B,2,俯视图,