磁场对通电导线的作用(课堂实用)

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,*,新课标高中物理选修,3,1,3.4 磁场对通电导线的作用力,1,第三章 磁场,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,I,B,F,2,、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,F,I,B,F,I,B,I,B,F,F,、,B,、,I,方向关系,B,I,F,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,示意图,F,I,B,F,I,B,B,B,I,F,B,I,判定以下通电导线所受安培力的方向,30,F,F,I,I,I,B,B,B,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,:,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？,二、安培力的大小,即：,F=ILB,（,2,）平行时：,F,0,B,I,I,B,把磁感应强度,B,分解为两个分量：,一个分量与导线垂直,B,1,=Bsin,另一分量与导线平行,B,2,=Bcos,平行于导线的分量,B,2,不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由,B,1,决定,即,F=ILB,1,F=ILBsin,B,2,B,1,二、安培力的大小,将,B,1,=Bsin,代入得,通电直导线与磁场方向,不垂直,的情况,公式：,F=ILBsin,表示磁场方向与电流方向间的夹角,二、安培力的大小,对公式的理解：,不仅与,B,、,I,、,L,有关，还与放置方式有关,L,是有效长度，不一定是导线实际长度,只适用匀强磁场,1.I,与,B,不垂直，分解,B,或,把,L,朝垂直,B,方向投影,2.,导线不是直线，找导线的有效长度,（首尾连接的直线）,3.,只有一部分导体在磁场中或者只有一部分通电,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？,B,I,F,例,1,、如图所示，蹄形磁体用悬线悬于,O,点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是,(),A,静止不动,B,向纸外平动,C,N,极向纸外，,S,极向纸内转动,D,N,极向纸内，,S,极向纸外转动,C,例,2,、如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线,AB,可自由运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，导体,AB,将（,AB,的重力不计）,A,、逆时针转动，同时向下运动,B,、顺时针转动，同时向下运动,C,、顺时针转动，同时向上运动,D,、逆时针转动，同时向上运动,N,S,N,S,I,F,F,N,S,F,A,、逆时针转动，同时向下运动,向外,向里,F,例,5,、在图中，匀强磁场磁感应强度为,B,，有一段长,L,，通有电流为,I,的直导线,ab,，电流方向从,a,到,b,，则导线所受磁场力大小和方向如何？并将立体图改画为平面图,B,b,a,z,x,y,B,O,B,a,b,F,B,B,F,B,x,y,a,b,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,.,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？,2,、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,例,6,、关于磁场对通电直导线的作用力,下列说法正确的是,(),A.,通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用,B.,通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直,C.,通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直,D.,通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂于由,B,和,I,所确定的平面,BCD,例,7,、磁场中某处的磁感线如图所示,(),A.a,、,b,两处的磁感应强度的大小不等,B,a,B,b,B.a,、,b,两处的磁感应强度的大小不等,B,a,B,b,C.,同一通电导线放在,a,处受力一定比放在,b,处大,D.,同一通电导线放在,a,处受力一定比放在,b,处小,a,b,B,例,8,、如图所示，通电直导线,A,与贺形通电导线环,B,固定放置在同一水平面上,通有如图所示的电流时,通电直导线受到水平向,的安培力作用,.,当,A,、,B,中电流大小保持不变,但同时改变方向时,通电直导线,A,所受的安培力方向水平向,.,A,I,B,I,右,右,例,9,、如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流,线圈将会,(),A.,纵向收缩,径向膨胀,B.,纵向伸长,径向膨胀,C.,纵向伸长,径向收缩,D.,纵向收缩,径向收缩,纵向,A,例,10,、把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电波,当开关接通后,将看到的现象 是,(),A.,弹簧向上收缩,B.,弹簧被拉长,C.,弹簧上下振动,D.,弹簧仍静止不动,S,C,例,11,、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,例,12,、如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中,所受的安培力大小变化是,(),B,A.,逐渐变大,B.,先变大后变小,C.,逐渐变小,D.,先变小后变大,I,B,例、如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线,AB,可自由运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，导体,AB,将（,AB,的重力不计）,A,、逆时针转动，同时向下运动,B,、顺时针转动，同时向下运动,C,、顺时针转动，同时向上运动,D,、逆时针转动，同时向上运动,2,。特殊位置法：根据通电导体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。,N,S,N,S,I,F,F,N,S,F,A,、逆时针转动，同时向下运动,向外,向里,3,。等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针也可以等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。,例,.,如图在条形磁铁,N,极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？,从上向下看逆时针转动的同时向左摆动,4,。利用平行电流相互作用分析法：同向平行电流相互吸引，异向平行电流相互排斥。,两个电流总有作用到方向相同且靠近的趋势。,自由,固定,F,F,例：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁,N,极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图所示的电流后，判断线圈如何运动？,向左摆动,例题：如图,在条形磁铁,S,极附近悬挂一个线圈，磁铁水平放置，其轴线与线圈共面并通过线圈的圆心，当线圈中的电流沿图示方向时，线圈将会如何运动？,I,S,N,从上向下看逆时针转动的同时向右摆动,N,S,F,（,1,）绳子拉力,_,(,变大,变小,不变,),（,2,）桌面对磁铁的支持力,_,（,3,）桌面对磁铁的摩擦力,_(,有,无,).,变大,变小,无,N,S,F,桌面对磁铁的摩擦力,_(,有,无,),方向,_.,有,水平向右,课堂训练,F,B,