3.2磁场对通电导线的作用-安培力

第2节磁场对通电导线的作用——安培力第三章磁场法国的科学家安培于1820年首先发现了这种力，为了纪念安培的贡献，后来人们把磁场对通电导线的作用力称为安培力。安培（1775～1836年）（一）首先我们一起来研究一下安培力的大小与哪些因素有关。实验设计如下：注意：线框下端与磁场方向垂直放置.1.当电流与磁场方向垂直时：一、安培力的大小②B为匀强磁场①B⊥I条件：F=ILBF=0FIBI2.当电流与磁场方向平行时：BB1B2３.当电流与磁场方向夹θ角时：F=ILBsinθ（B为匀强磁场）（θ为磁场和导线夹角）对公式的理解：★F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（首尾连接的直线）★I与B不垂直，把L朝垂直B方向投影F＝B⊥IL＝BILsinθF＝BIL★只有一部分导体在磁场中或者只有一部分通电★一般只适用匀强磁场★n匝通电线圈部分在磁场中：F＝nBIL只交换磁极位置只改变电流方向受力方向受力方向同时改变电流和磁场方向受力方向改变改变不变二.安培力的方向左手定则：伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流的方向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的向。BIFIIBIBFIBFIBFIBF安培力F的方向总是垂直于电流I与磁感应强度B所确定的平面【典型例题】例题1：画出图中通电导线所受安培力的方向。注意：使用哪只手来判断呢？FFFIF××××××××××××××××FI例题2：画出图中第三个物理量的方向。×BFBF分析受到的安培力时,要善于把立体图,改画成易于分析受力的平面图形.aBθbBθba×θθ把下列立体图演变成平面图bBa.FF=BIL.BFB.F=BIL×bBa活动：电流与电流之间是否有力的作用？结论:同向电流相互吸引；反向电流相互排斥思考：请你应用左手定则分析两平行直导线间的作用力方向。ABDCABDC×××××···············×××××···············×××××·····××××××××××·····×××××··········平行直导线间的相互作用：同向电流互相吸引；异向电流互相排斥。思考：如图所示，通电直导线AB固定，CD可以自由移动，请你判断通电后CD的运动情况两相交直导线间的相互作用：有转到同向的趋势。ABDC×××××·····××××××××××··········FF1、安培力的大小：2、安培力的方向——左手定则1）当IB，F=ILB2）当I//B，F=03）当I与B有夹角时,F=ILBsin安培力对公式的理解★安培力不仅与B、I、L大小有关，还与放置方式有关★L是有效长度，不一定是导线实际长度★一般只适用匀强磁场专题：非匀强磁场磁场对电流作用力例1：如图，把轻质铜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？NSNSFFB×·SN一、微元法SNNS二、等效法1、把环形电流等效为一个条形磁铁NS2、把条形磁铁等效为一个环形电流二、等效法变式练习SN在条形磁铁的N极附近悬挂一个铝制线圈，线圈与磁铁位于同一水平面内，当电流方向如图所示时，线圈将（）A.靠近磁体平行移动B.远离磁铁平行移动C.从上向下看顺时针转动，同时靠近磁铁D.从上向下看逆时针转动，同时靠近磁铁DSNNSNS等效法NS例2：把一重力不计可以自由移动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁的正上方，当通以图示中的电流时，导线的运动情况是（从上向下看）（）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NSCFFNS×F例3：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，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流，用N表示磁铁对桌面的压力，用f表示桌面对磁铁的摩擦力，则导线通电后与通电前相比（）A.N减小，f=0B.N减小，f≠0C.N增大，f=0D.N增大，f≠0SN×BFFC变形：如果把导线移至S极上方，则又如何？SN×BFFN增大，f向左转换研究对象法四、处理导线受到安培力的一般思路1、分析受到的安培力时,要善于把立体图,改画成易于分析受力的平面图形2、注意磁场和电流的方向是否垂直应用安培力应注意的问题1、画出立体图的侧视图（由近向远看）解题思路2、对研究对象进行受力分析3、通过受力平衡条件列出平衡方程4、计算结果（二力平衡，三力平衡）或牛顿第二定律方程•例.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θ＝37°，此铜棒中电流的大小为多少？mgTF安θBθABθ例：在倾斜角为θ的光滑斜面上,置一通有电流I,长为L,质量为m的导体棒，如图所示,在竖直向上的磁场中静止，则磁感应强度B为_________.B=mgtanθ/ILXθmgFθ引申1：欲使它静止在斜面上,外加磁场的磁感应强度B的最小值为________,方向________.引申2：欲使它静止在斜面上,且对斜面无压力,外加磁场的磁感应强度B的最小值为_________,方向________.XθGNFθBmgsinθ=BILB=mgsinθ/ILmg=BILB=mg/ILXθGFB【例3】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为450，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)【答案】R=0.2Ω【例4】如图所示，ab、cd为平行的金属导轨，相距为L,其平面与水平面的夹角为300,匀强磁场B竖直向上，一质量为m的金属棒放在导轨上。为了使导体棒静止在导轨上，则通过棒的电流应为多大？（设棒与导轨间的动摩擦因数为μ=）4/3ααabcdBBLmgIBLmg937153【例5】如图所示:在磁感强度为2T的匀强磁场中,一与水平面成37度角的导电轨道,轨道上放一可移动的金属杆ab，电源电动势为E=10伏,内阻r=1欧,ab长L=0.5m,质量m为0.2kg,杆与轨道间的摩擦因数u=0.1,求接在轨道中的可变电阻R在什么范围内,可使ab杆在轨道上保持静止?(杆与轨道的电阻不计)BabXθXθGFNf(1)摩擦力沿斜面向上:mgsinθ=Fcosθ+fN=mgcosθ+Fsinθf=uNθθ(2)摩擦力沿斜面向下mgsinθ+f=FcosθN=mgcosθ+Fsinθf=uNF=(mgsinθ+umgcosθ)/(cosθ-usinθ)F=（mgsinθ-umgcosθ)/(cosθ+usinθ)•安培力有哪些应用？安培力为发动机的发明提供了理论支持.电动机利用磁场对通电导线的作用,使电能转化成机械能,是引发19世纪第二次工业革命的因素之一.家用的电风扇,洗衣机,抽油烟机,吸尘器等使用的都是交流电动机.应用1:电动机在实验室中，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。应用2:磁电式电流表