选修3-1课件：3.4_通电导线在磁场中受到的力

§3.4通电导线在磁场中受到的力第三章磁场一、安培力的方向1．安培力：通电导线在磁场中受的力称为安培力．3安培力的方向1、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。实验表明：通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。思考与讨论在电场，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，磁感应强度的方向是不是通电导体受力方向呢？4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IBF2、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FIBFIBIBF5左手定则实验结论：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6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BIF示意图安培力方向的判定——左手定则伸出左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让________从掌心进入，并使四指指向_____的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受________的方向．磁感线电流安培力8FIBFIααBBIFαB1、判定以下通电导线所受安培力的方向30°FFIIIBBB无2020/2/82、画出各图中安培力的方向IIBBIBBIIBFFFFF2020/2/8BBBBFFFF2020/2/83、垂直放在磁场中的通电导线如图放置，并已标明电流强度、磁感应强度、安培力三个量中的其中两个物理量的方向，试标出第三个物理量的方向BFIFF╳BBBFI3．方向特点：安培力的方向一定垂直于B和I决定的平面．二、安培力的大小1．当B与I垂直时，安培力的大小F＝______.2．当B与I平行时，安培力的大小F＝___.3．当B与I成θ角时，安培力的大小F＝_______，θ是磁感应强度B的方向与导线方向的夹角．ILB0ILBsinθ13二.安培力的大小1.当电流与磁场方向垂直时:F=ILB(B⊥L)BIF14（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＝0BθI（3）若磁场和电流成θ角时，如图3－4－4所法图3－4－4162.当电流与磁场方向夹θ角时:F=ILBsinθ(θ为B与L的夹角)B1B2BB∥FBB⊥I二、安培力的大小：把磁感应强度B分解为两个分量：一个分量与导线垂直B1=Bsinθ另一分量与导线平行B2=Bcosθ平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定。即F=ILB1，将B1=Bsinθ代入得：F=ILBsinθ0o0F90OFIBLIBB2B1θ总结：安培力的大小：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。即：F=ILB2.平行时：F＝03.公式：F=ILBsinθθ表示磁场方向与电流方向间的夹角☻在中学阶段，F=ILBsinθ仅适用于匀强磁场193、长度为20cm的通电直导线放在匀强磁场中，电流的强度为1A，受到磁场作用力的大小为2N，则磁感应强度B：（）A、B＝10TB、B≥10TC、B≤10TD、不能确定BZDLX针对练习20ABD1、下列说法中正确的是（）A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零B、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C、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D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零课堂练习212、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,BaBbB.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaBbC.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abB2200.02N水平向右0.02N垂直导线，斜向左上方3、将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向IBIB30°IBGGLX巩固练习234、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思考感悟通电导体如果是弯曲的，如何确定它的有效长度？提示：导体两端的连线在垂直于磁场方向的投影．即为有效长度．25LF=BILF=BIL中的L为有效长度LL思考与讨论1、试指出下述各图中的安培力的大小。262、如图所示，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.abcBILFabc2BILFabBILFbc27BacbI5、如图所示，直角三角形abc组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC=40cm，，求三角形框架各边所受的安培力。oa30NFbc0NFFacab69.0GGLX巩固练习283、、如图所示导体框中电流为I，导体框垂直于磁场放置，磁场磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则在图甲、乙两种情况下，导体棒MN和MON受到的安培力为多少？(图乙中MN连线垂直于框架AB、CD)2930思考与讨论6、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互相排斥，试用刚学的知识解释。ABCDA的磁场F安A对BC的磁场F安C对DF安B对AF安D对CB的磁场D的磁场317、如图，两条平行的通电直导线之间通过磁场发生相互作用同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。结论:FFF同向电流F反向电流32例1、如图所示，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abB．顺时针转动，同时远离导线abC．逆时针转动，同时靠近导线abD．逆时针转动，同时远离导线abC33固定FF˙××××××˙˙˙˙˙自由同向相吸解析：两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势34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.AIBI右35在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的。磁电式电流表第二课时36电流表的构造在一个很强的蹄形磁铁的两极间，有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。蹄形磁铁铁芯绕有线圈的铝框螺旋弹簧指针刻度表37三、磁电式电流表3、磁电式电流表的工作原理2、磁电式电流表内部磁场的特点1、磁电式电流表的构造381、构造：蹄形磁铁、线圈、螺旋弹簧、刻度盘、指针、极靴（软铁制成）、圆柱形铁芯（软铁制成）。.三、磁电式电流表39三、磁电式电流表2、磁场特点：磁场是均匀辐向分布在以铁芯为中心的圆周上，各点的磁感应强度大小是相等，方向不同。属于非匀强磁场线圈平面与磁感线总平行.403、电流表的工作原理:三、磁电式电流表如图所示，当电流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止转动。θ41由于安培力与电流成正比，当线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。由左手定则可知，当流入线圈中的电流方向改变时，线圈上产生的安培力的方向也改变，从而使线圈和指针偏转的方向也改变。所以，根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。θ=NBIS/k3、电流表的工作原理:三、磁电式电流表42电流表的特点1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；2、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；3、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。43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？俯视图o•IFFFF44答案：(1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时针旋转．(2)盐水中形成了由圆形电极指向柱形电极的如图所示的电流，由于磁场方向向上，故盐水逆时针旋转．45§3、4通电导线在磁场中受到的力1、安培力的方向——左手定则2、安培力的大小3、磁电式电流表的工作原理﹛B∥I时B⊥I时B与I夹θ角时46§3.4通电导线在磁场中受到的力第三章磁场第2课时47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θ/I=NBS/k）A、增加线圈的匝数；B、增强磁极间的磁感应强度；C、减小线圈的电阻；D、换用不易扭转的弹簧AB48安培力作用下物体的运动情况分析画出导线所在处的磁场方向确定电流方向根据左手定则确定受安培力的方向根据受力情况判断运动情况2020/2/8安培力作用下通电导线或线圈的运动方向•（一）直接判断：先分析导线或线圈所在位置的磁感线情况，然后根据左手定则判定安培力的方向，再进行分析：abFF2020/2/8•几种特殊：•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其中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，从而确定导体的运动方向。•例：如图把轻质导线圈挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动？2020/2/8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。2020/2/8•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？4、利用结论法：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。53三、安培力作用下导体运动方向的判断如果通电导体放置在非匀强磁场中，则不能够运用F＝BIL进行定量的计算，但可用F＝BIL和左手定则进行定性的讨论，常用的方法有以下几种：1．电流元分析法把整段电流等效分成很多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向，注意一般取对称的两段电流元分析．542．等效分析法环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁)，条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可以等效成很多的环形电流来分析．3．特殊位置分析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．4．结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互