2021-2022学年高二物理竞赛课件：磁场对电流的作用.pptx

《2021-2022学年高二物理竞赛课件：磁场对电流的作用.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：磁场对电流的作用.pptx（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、磁场对电流的作用12一一、安培定律、安培定律(Amperes law)载载流流导导线线处处在在磁磁场场中中，导导线线内内作作定定向向运运动动的的自自由由电电子子受受到到洛洛伦伦兹兹力力作作用用，宏宏观观上上表表现现为为磁磁场场对对载载流流导导线线作作用用的的磁磁场场力力，又又称称安安培培力。力。表达式为表达式为这就是安培定律。这就是安培定律。3 安安培培定定律律表表明明：磁磁场场中中电电流流元元所所受受磁磁场场力力方方向总是垂直于由向总是垂直于由Idl 和和B所决定的平面。所决定的平面。上式为矢量积分上式为矢量积分，无法直接计算。应先化，无法直接计算。应先化为分量式，然后分别进行积分。（看两个

2、例为分量式，然后分别进行积分。（看两个例题）题）任意形状载流导线在外任意形状载流导线在外磁场中所受到的磁场力磁场中所受到的磁场力这里注意安培力的方向问题。这里注意安培力的方向问题。4例例1：通有电流的弧形闭合回路通有电流的弧形闭合回路（右图所示）放在均匀磁场中，（右图所示）放在均匀磁场中，回路平面与回路平面与B垂直，求整个回路垂直，求整个回路受到的磁力。受到的磁力。解：作用在直导线解：作用在直导线AB上力上力F1 大小大小 方向铅直向下。方向铅直向下。在弧形导线上取线元在弧形导线上取线元 dl,受力为受力为dF2dF2Idlyxdq q ABIo 0c 05由对称性知：由对称性知：所以：所以：

3、在均匀磁场中，闭合载流回路受到的合磁力为零。在均匀磁场中，闭合载流回路受到的合磁力为零。IdldFxdFydF2dF2分量图分量图6例例2：长直载流导线和圆电流如：长直载流导线和圆电流如右图所示放置（在同一平面）。右图所示放置（在同一平面）。求作用在圆电流上的磁力。求作用在圆电流上的磁力。解：电流解：电流 I1在电流元在电流元I2dl所所在位置产生的磁场为在位置产生的磁场为I2dl 受到的磁受到的磁力力dF 其大小为其大小为I2dlI2xyRddfaI17磁力磁力dF 的的分量：分量：由对称性知由对称性知 y 方向合力为零方向合力为零8上面计算中用到下面积分公式上面计算中用到下面积分公式9二、

4、电流单位二、电流单位“安培安培”的定义，两平行长直电的定义，两平行长直电流之间的相互作用流之间的相互作用 一一般般，计计算算任任意意形形状状载载流流导导线线之之间间的的相相互互作作用用是困难的。原则上是困难的。原则上 设设两两根根相相距距a的的平平行行直直导导线线，分分别别通通以以同同方方向的电流向的电流I1和和I2 讨论简单情形。两讨论简单情形。两平行长直电流之间的平行长直电流之间的相互作用相互作用。10电流电流I1在电流为在电流为I2的导线上的导线上任意一点产生磁感应强度任意一点产生磁感应强度I2单位长度受力为单位长度受力为 根据安培定律根据安培定律 大小为大小为 dF12=I2B12dl

5、211 电电流流单单位位定定义义：令令a=1m，I1=I2，调调节节电电流流大大小，当小，当f12=2 10-7N m-1时导线上的电流就是时导线上的电流就是1A。f21 与与f12大小相等、方向相反。大小相等、方向相反。电流强度：基本物理量，单位电流强度：基本物理量，单位A(安培安培)基本单位。基本单位。方向相同的两平行长直电流是相互吸引的，同理方向方向相同的两平行长直电流是相互吸引的，同理方向相反的两平行长直电流必定是相互排斥的。（相反的两平行长直电流必定是相互排斥的。（有动画有动画）同同理理得得电电流流为为I1的的导导线线单单位位长长度所受电流度所受电流I2给予的作用力给予的作用力f21

6、将将 0=410-7N A-2 代代入得入得f12=212 三、磁场对载流线圈的作用三、磁场对载流线圈的作用 在匀强磁场矩形载流线圈所受安在匀强磁场矩形载流线圈所受安培力作用培力作用:线圈受合力为零。但线圈受合力为零。但F1与与F2不不在同一直线上，力矩不为零。在同一直线上，力矩不为零。磁力矩为磁力矩为:用矢量表示为用矢量表示为 BnF2l1IF3F1F4l2F2 IyxBn F113 综上所述：平面载流线综上所述：平面载流线圈在均匀磁场中受的力矩圈在均匀磁场中受的力矩当当 =/2，线圈所受力矩为最大。，线圈所受力矩为最大。当当 =0，线圈所受力矩等于零，线圈所受力矩等于零，达到稳定平衡位置。

7、达到稳定平衡位置。磁矩方向与电流方向成右手螺旋关系。磁矩方向与电流方向成右手螺旋关系。载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩 如果载流线圈处于非匀强磁场中，线圈除受力矩如果载流线圈处于非匀强磁场中，线圈除受力矩的作用外，还要受合力的作用，线圈作为一个整体的作用外，还要受合力的作用，线圈作为一个整体将向磁场较强的地方运动。（将向磁场较强的地方运动。（2个例题）个例题）OO 14 例例3：电流电流I1半径半径R单匝圆线圈与电流单匝圆线圈与电流I2的长的长直导线相切，初始时刻二者平面相垂直。求圆直导线相切，初始时刻二者平面相垂直。求圆线圈相对于过切点和圆心的竖直轴的力矩。线圈相对于过切点和圆心的竖直轴的力矩。

8、解解:建立如图所示的坐标系。建立如图所示的坐标系。在线圈上距切点在线圈上距切点r处取电流元处取电流元I1dl，长直电流在此处产生的，长直电流在此处产生的磁感应强度为磁感应强度为 电流元受力为电流元受力为dF=I1dl B=I1dlBsin k，k是沿是沿z轴方向的单位矢量。轴方向的单位矢量。I1I2xyrR 2 I1dl15 线圈在该力矩的作用下将发生转动，转动方线圈在该力矩的作用下将发生转动，转动方向为对着向为对着y轴看去沿顺时针方向，最后停止在与轴看去沿顺时针方向，最后停止在与长直电流共面的平衡位置上。长直电流共面的平衡位置上。力对轴线的力矩的大小为力对轴线的力矩的大小为 由于整个线圈所受力矩方向都相同，总力矩为由于整个线圈所受力矩方向都相同，总力矩为力矩力矩方向沿方向沿-j方向，其中方向，其中dl=Rd(2)=2Rd。I1I2xyrR 2 I1dl16例例4：半径：半径0.2m，电流，电流20A的的N 圈圆形线圈放在均圈圆形线圈放在均匀磁场中，磁感应强度为匀磁场中，磁感应强度为0.08T，沿，沿x方向，分析方向，分析其受力情况。其受力情况。解：在均匀磁场中的闭合载流线解：在均匀磁场中的闭合载流线圈受到的磁力的合力为零。圈受到的磁力的合力为零。每圈的磁矩为每圈的磁矩为:总磁矩为总磁矩为M 的方向垂直纸面向外。的方向垂直纸面向外。rIB