高中物理-2.3《磁场对通电导线的作用》

2.3《磁场对通电导线的作用》一、安培力1、前言：既然通电导线能产生磁场，它本身也相当于一个磁体，那么通电导线是否也受到磁场力的作用呢？实验研究。2、实验：把一段直导线放到磁场中，当导线中有电流通过时，可以看到原来静止的导线会发行运动。装置示意图：NSA3、实验现象：当导线方向与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大当导线方向与磁场方向一致时，导线不受安培力当导线方向与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于最大值和0之间。4、安培力：通电导体在磁场中受到的力称为安碚力F。5、思考：影响安培力大小的因素有哪些？（垂直时）6、猜想：①导线的长度L②电流的大小I再做实验实验：三块相同的磁铁并排放置，可认为磁极间的磁场是均匀的。将一根直导线悬挂在磁铁的两极间，有电流通过时导线将摆动一个角度，通过这个角度可以比较导线所受安培力的大小。分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度，电流强弱由外部电路控制。（1）L不变，改变I（2）I不变，改变L实验发现：②在同一磁场中，电流一定时，通电导线越长，导线所受安培力越大。精确的实验表明，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度L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。用公式表示为：F=BILB是比例系数①在同一磁场中，通电导线长度一定时，电流越大，导线所受安培力越大；二、磁感应强度1、讨论比值的情况：对于不同的磁场，比例关系都成立，但在不同的磁场中，比例系数B不一样。2、定义：比值叫磁感应强度。3、定义式：4、物理意义：反映磁场的强弱5、匀强磁场：磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。/FILFBIL/FIL6、单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，国际符号是T。1T的物理意义：11NTAm7、B的一般大小：常见的地磁场磁感应强度约是3×10－5T～7×10－5T，永磁铁磁极附近的磁感应强度约是10－3T～1T。在电机和变压器的铁芯中，磁感应强度可达0.8T～1.4T8、方向：把某一点磁场的方向定义为该点的磁感应强度的方向。磁场的方向：小磁针静止时N极所指的方向沿磁感线的切线方向磁感应强度全面地反映了磁场的强弱和方向。三、安培力的方向演示：按照右图所示进行实验。1、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。2、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。任务：通过这两种情况的分析，我们了解了导线受力的方向与磁场方向、电流方向的关系。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FIBFIBIBF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。四指电流磁感线穿手心大拇指受力注意X(F)Y(B)oIFBZ(I)FIBFIBααBBIFαBI30°FFIIIBBB【例1】画出图中第三者的方向。例题1：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。在什么情况下两条导线相互吸引，什么情况下相互排斥？请你运用学过的知识进行讨论并做出预测，然后用实验检验你的预测。区别安培定则与左手定则分析IIFF分析：电流方向相同电流方向相反IIFF1234电流方向相同时，将会吸引电流方向相反时，将会排斥二.安培力的大小1.当电流与磁场方向垂直时:F=ILB(B⊥L)BIFIB0o0F90OFIBL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=ILB1F=ILBsinθθB2B1将B1=Bsinθ代入得通电直导线与磁场方向不垂直的情况3.当电流与磁场方向夹角为θ时:2、电流与磁场方向平行时，磁场对电流的作用力为零NSI问题:如果既不平行也不垂直呢？BθI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=ILB（2）平行时：F＝0（3）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BFB⊥B∥bBa.FF=BIL.BFB.F=BIL×bBa1、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×BFBBBB×BF1.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判断通电导线在安培力作用下的运动方向问题两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（）A.顺时针方向转动，同时靠近abB.逆时针方向转动，同时离开abC.顺时针方向转动，同时离开abD.逆时针方向转动，同时靠近abD固定FF˙××××××˙˙˙˙˙自由同向相吸3、判断通电导线、线圈在安培力作用下的运动例2：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。当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动？NS从右向左看电流逆时针流方法一、电流元分析法根据中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左故线圈向磁铁运动NSNS从右向左看电流逆时针流方法二、等效分析法环形电流等效为小磁针NS通电螺线管等效为多个环形电流、条形磁铁NS从右向左看电流逆时针流条形磁铁或小磁针等效为环形电流三、安培力的方向——左手定则左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大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。FBIF方向，既跟磁感应强度B的方向垂直，又跟电流I的方向垂直。四、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小结一、安培力1、概念：通电导体在磁场中受到的力称为安碚力F2、大小：F=BIL3、方向：F⊥B，F⊥I，F垂直I、B所在平面。左手定则确定二、磁感应强度1、公式：2、物理意义：反映了磁场的强弱3、单位：特斯拉，简称特，国际符号是T4、方向：与该处磁场方向同5、匀强磁场：B的大小和方向处处相同，这个区域叫匀强磁场。FBIL一.安培力1.安培力2.IB时，F最大；I//B时,F最小，等于零。1.F/IL的意义二.磁感应强度3.F＝BIL2.定义:二、磁感应强度4.单位:5.方向:6.匀强磁场3.公式:FBIL在磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是2.5A，导线长1cm，它受到的安培力为5×10-2N，则：①这个位置的磁感应强度是多大？②如果把通电导线中的电流强度增大到5A时，这一点的磁感应强度应是多大？③如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否肯定这里没有磁场。例题：解:①②应为2T有两种可能：(a)该处没有磁场，(b)该处有磁场，只不过通电导线与磁场方向平行。③不能肯定。FBIL22510N2.5A110m2T由左手定则判断四个图中所标方向是否正确红色箭头表示电流方向图2.3-9安培的平行导线实验。你能判定通电后它们之间作用力的方向吗？1．下列说法中错误的是（）A．磁场中某处的磁感应强度的大小，就是通以电流I，长为L的一段很短的导线放在该处时所受安培力F与I、L的乘积的比值。B．一段很短的通电导线放在某处不受安培力作用，则该处一定没有磁场。C．一段很短的通电导线放在磁场中A处时受安培力比放在B处大，则A处磁感应强度可能比B处磁感应强度大。D．因为B=F/（IL），所以某处的磁感应强度B跟磁场力F成正比，跟电流强度I和导线长度L的乘积IL成反比。ABDF2．如图所示，表示一根放在磁场里的通电直导线，直导线与磁场方向垂直。图中已分别标明电流、磁感应强度这两个物理量的方向，请标出安培力的方向。（用“·”表示磁感线垂直于纸面向外，“×”表示磁感线垂直于纸面向里；“⊙”表示电流垂直于纸面向外，“”表示电流垂直于纸面向里。）××××××××××××××××IBB．I3．如图所示，表示一根放在磁场里的通电直导线，直导线与磁场方向垂直。图中已分别标明电流、磁感应强度和安培力这三个物理量中两个的方向，请标出第三个量的方向。FB（2）F（1）I一.安培力1.安培力2.IB时，F最大；I//B时,F最小，等于零。1.F/IL的意义二.磁感应强度3.F＝BIL2.定义:4.单位:5.方向:6.匀强磁场1.大小：2.方向：左手定则F＝BIL（IB）3.公式:FBIL三.安培力的大小和方向•练习：FFF（垂直于纸面向外）•下面各图中,知I、B方向，•画F方向