通电导线在磁场中受力1

第三章磁场第四节通电导线在磁场中受到的力现在我们的生活中到处都有家用电器的身影，如：洗衣机、电风扇、电动车等。这些电器中都有电动机，通电后就会转动工作，你知道它们的工作原理吗？一、安培力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。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”。André-MarieAmpère1775─1836在电场中，正电荷所受电场力的方向就是电场强度的方向。那么，在磁场中，通电导体在磁场中的受力方向是不是磁感应强度的方向呢？表示电流方垂直纸面向里归纳总结安培力的方向判断表示电流方垂直纸面向外次数磁场方向电流方向安培力方向图4312向上向下垂直于纸面向外垂直于纸面向外垂直于纸面向里水平向右水平向左水平向左水平向右FFFF结论：安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直实验现象垂直于纸面向里左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心垂直穿入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的就是通电导体在磁场中所受安培力的方向。BIF二、安培力的方向问题：当电流方向与磁场方向不垂直时，左手定则是否适用？BI●F垂直纸面向外BIFI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BF如果磁场和电流不垂直,情况会怎样?例1：确定图中安培力的方向。BIBIBIFFF例2、画出各图中安培力的方向IIBBIBIBFFFFBBFBFFFEB×BF×BBE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分析同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。结论:FFF同向电流F反向电流通电导线间的相互作用力例2、在等边三角形的三个顶点A、B、C处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示．过C点的导线所受安培力的方向()A．与AB边平行，竖直向上B．与AB边平行，竖直向下C．与AB边垂直，指向左边D．与AB边垂直，指向右边C（1）当I⊥B且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大。（2）当导线方向与磁场方向一致时(即I∥B)，电流所受的安培力最小，等于零。（3）当导线方向与磁场方向成θ角时，所受安培力介于最大值和最小值之间：1.大小：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，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积成正比。2.公式：F=BILF安=BILsinθBIθB⊥B∥三、安培力的大小1.B垂直于I，匀强磁场，直导线。2.不垂直变垂直(分解B，或投影L)。3.弯曲导线变成直导线L是有效长度，不一定是导线实际长度。若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。对公式F=BIL的理解例3、长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是()A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()A.逐渐变大B.先变大后变小C.逐渐变小D.先变小后变大BIB三、安培力作用下通电导线或线圈的运动方向•1.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：abFF例4、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NS2.微元法NSIFFNSFA、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NS4.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。自由固定FF˙××××××˙˙˙˙˙例如图所示，把轻质导电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，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈()A．向左运动B．向右运动C．静止不动D．无法确定解析：此题可以采用电流元法，也可采用等效法。解法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动。解法二：电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。答案：A四.重难点：安培力作用下通电导体的平衡例质量为m，长度为L的导体棒MN垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，垂直于电流方向且与导轨平面成θ角斜向下，如图所示，求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小。答案：BILcosθ＋mgBILsinθ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。五、磁电式电流表铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。.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）。该磁场并非匀强磁场2.该磁场是否匀强磁场？3.该磁场有什么特点？1.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。（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。表盘的刻度均匀，θ∝IMnBIS安Mk弹（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。把立体图转化为平面图进行受力分析安培力方向垂直于B、I决定的平面判断：左手定则大小F=ILBsinθB与I垂直：F=ILBB与I平行：F=0电流间的相互作用先用安培定则判断磁场方向再用左手定则判断安培力的方向安培力作用的平衡问题根据力的平衡条件解未知量应用磁电式电流表构造、原理应用电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向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，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向