(精品)通电导线在磁场中受力.ppt

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1、第第3 3章章 第第4 4节节通电导线在通电导线在磁场中受到的力磁场中受到的力一、知识回顾一、知识回顾如何描述磁场强弱？如何描述磁场强弱？安培力安培力(Ampereforce)的方向的方向1 1 1 1、定义定义定义定义：磁场对电流的作用力称为安培力，：磁场对电流的作用力称为安培力，：磁场对电流的作用力称为安培力，：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。是为了纪念安培而命名的。是为了纪念安培而命名的。是为了纪念安培而命名的。实验表明实验表明实验表明实验表明：通电导体在磁场中受力方向与电：通电导体在磁场中受力方向与电：通电导体在磁场中受力方向与电：通电导体在磁场中受力方向与电流方

2、向和磁场方向有关。流方向和磁场方向有关。流方向和磁场方向有关。流方向和磁场方向有关。思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论 在电场中，电场强度的方向就是正电荷在电场中，电场强度的方向就是正电荷在电场中，电场强度的方向就是正电荷在电场中，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，磁感所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？力方向呢？力方向呢？力方

3、向呢？实验结果分析实验结果分析试画出下述两实验结果的正视图：试画出下述两实验结果的正视图：B BB BI I I IF F F FI I I IF F F FF、B、I方向关系BIF示意图安培力方向既与电流方向垂直又与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磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面在的平面左手定则：伸开左手伸开左手,使拇指与其使拇指与其余四个手指垂直余四个手指垂直,并且都与手掌在并且都与手掌在同一平面内同一平面内;让磁感应线从掌心进让磁感应线从掌心进入入,并使四指指向电流的方向，这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时拇指所指的方向

4、就是通电导线在磁场中所受安培力的方向磁场中所受安培力的方向遵循左手定则BIF示意图再次提醒：一定要使用左手！再次提醒：一定要使用左手！IBFFIBFIBIBF二、安培力方向的判断二、安培力方向的判断FIBFIBBBIFBI30FFIIIBBB二、安培力方向的判断二、安培力方向的判断问题：问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用磁场发生相互作用 请使用刚学过的知识解释本实验请使用刚学过的知识解释本实验结果。结果。同向电流相互吸引同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。反向电流相互排斥。结论结论:FFF同向电流F反向电流（1 1）在在匀强磁

5、场匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向中，在通电直导线与磁场方向垂直垂直的情况下，导线所受安培力的情况下，导线所受安培力F F等于磁感应强度等于磁感应强度B B、电流、电流I I和导线的长度和导线的长度L L三者的乘积。三者的乘积。问题问题:如果既不平行也不垂直呢？如果既不平行也不垂直呢？即：即：（2 2）平行时：）平行时：B BI三、安培力的大小三、安培力的大小IB B把磁感应强度把磁感应强度B B分解为两个分量：分解为两个分量：一个分量与导线垂直一个分量与导线垂直 B B1 1=BsinBsin另一分量与导线平行另一分量与导线平行 B B2 2=BcosBcos平行于导线的分量平行于导线的分

6、量B B2 2不对通电导线产生作用力，不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由通电导线所受作用力仅由B B1 1决定决定即即F=ILBF=ILB1 1F=F=ILBsinILBsinB B2 2B B1 1将将B B1 1=BsinBsin代入得代入得(3)(3)通电直导线与磁场方向通电直导线与磁场方向不垂直不垂直的情况的情况三、安培力的大小三、安培力的大小公式：公式：F=F=ILBsinILBsin表示磁场方向与电流方向间的夹角表示磁场方向与电流方向间的夹角 注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场问题问题1:1:若若B B与与I I不垂直时，不垂直

7、时，F F安安与与B B和和I I方向关系可以方向关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？三、安培力的大小三、安培力的大小结论：结论：F F一定与一定与B B垂直，一定与垂直，一定与I I垂直。但垂直。但B B与与I I不一不一定垂直。定垂直。问题2：F、B、I一定两两垂直吗？F=BF=BI IL L思考与讨论思考与讨论试指出下图中的安培力的大小。试指出下图中的安培力的大小。F=BF=BI IL L中的中的L L为有效长度为有效长度典例典例1典例典例2如图所示，导线如图所示，导线abc为垂直折线，其中电流为为垂直折线，其中电流为I，ab

8、=bc=L，导线，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，求导线线abc所受安培力的大小和方向。所受安培力的大小和方向。2、如图所示，一段导线、如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为位于磁感应强度大小为B的匀强磁场的匀强磁场中，且与磁场方向（垂直于纸面向里）垂直线段中，且与磁场方向（垂直于纸面向里）垂直线段ab、bc和和cd的的长度均为长度均为L，且，且abc=bcd=135流经导线的电流为流经导线的电流为I，方向如，方向如图中箭头所示导线段图中箭头所示导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力（）所受到的磁场的作用力

9、的合力（）A方向沿纸面向上，大小为（方向沿纸面向上，大小为（2+1）ILBB方向沿纸面向上，大小为（方向沿纸面向上，大小为（2-1）ILBC方向沿纸面向下，大小为（方向沿纸面向下，大小为（2+1）ILBD方向沿纸面向下，大小为（方向沿纸面向下，大小为（2-1）ILBA典例典例3如图所示，将通电直导线如图所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关线可自由转动，则接通开关K的瞬间（的瞬间（）A.A端向上运动，端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变端向下运动，悬线张力不变B.A端向下运动，端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变端向上

10、运动，悬线张力不变C.A端向纸外运动，端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小端向纸内运动，悬线张力变小D.A端向纸内运动，端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大端向纸外运动，悬线张力变大D3、两条导线互相垂直，相隔一段较小的距离，如图所示；其中导、两条导线互相垂直，相隔一段较小的距离，如图所示；其中导线线AB是固定的，导线是固定的，导线CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，两条导线时，CD导线从纸外向纸内看将（导线从纸外向纸内看将（）A顺时针方向转动，同时靠近导线顺时针方向转动，同时靠近导线ABB逆时针方向转动，同时离开导线逆时针方向转

11、动，同时离开导线ABC顺时针方向转动，同时离开导线顺时针方向转动，同时离开导线ABD逆时针方向转动，同时靠近导线逆时针方向转动，同时靠近导线ABD1 1、磁电式电流表的构造、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。（软铁制成）。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。.四、磁电式电流表四、磁电式电流表 电流表构造中最大的特点电流表构造中最大的特点电流表构造中最大的特点电流表构造中最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁就是在蹄形磁铁和铁

12、芯间的磁就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿场是均匀地辐向分布的（即沿场是均匀地辐向分布的（即沿场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。直径方向分布），如图所示。直径方向分布），如图所示。直径方向分布），如图所示。这样的构造使得线框在转动这样的构造使得线框在转动这样的构造使得线框在转动这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，过程中，其平面始终与磁场平行，过程中，其平面始终与磁场平行，过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始即受到安培力的线框中的两边始即受到安培力的线框中的两边始即受到安培力的线框中的两边始终与

13、磁场垂直。终与磁场垂直。终与磁场垂直。终与磁场垂直。电流表的构造电流表的构造电流表的工作原理电流表的工作原理 如图所示，当电如图所示，当电流通过线圈时，线圈流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使在安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生的力矩当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止平衡时，线圈才停止转动。转动。由于安培力与电流成由于安培力与电流成由于安培力与电流成由于安培力与电流成正比，当线圈中流入的电流越正比，当线圈中流入的电流越正比，当线圈中流入的电流越正比，当

14、线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安培力越大时，线圈上产生的安培力越大时，线圈上产生的安培力越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也大，线圈和指针转过的角度也大，线圈和指针转过的角度也大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，根据指针偏转角越大。因此，根据指针偏转角越大。因此，根据指针偏转角越大。因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流度的大小，可以知道被测电流度的大小，可以知道被测电流度的大小，可以知道被测电流的强弱。的强弱。的强弱。的强弱。由左手定则可知，当由左手定则可知，当由左手定则可知，当由左手定则可知，当流入线圈中的电流方向改变时，流入线圈中的电流方向改变时，流入线

15、圈中的电流方向改变时，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线圈上产生的安培力的方向也线圈上产生的安培力的方向也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改变，从而使线圈和指针偏转改变，从而使线圈和指针偏转改变，从而使线圈和指针偏转的方向也改变。所以，根据指的方向也改变。所以，根据指的方向也改变。所以，根据指的方向也改变。所以，根据指针偏转的方向，可以知道被测针偏转的方向，可以知道被测针偏转的方向，可以知道被测针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。电流的方向。电流的方向。电流的方向。电流表的工作原理电流表的工作原理=NB=NBI IS/kS/k电流表的特点电流表的特点

16、1 1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；过的电流很小；2 2、电流和安培力成正比，所以电流、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；表的刻度是均匀的；3 3、电流方向改变，安培力方向也、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。改变，线圈朝相反方向转动。1 1、磁场中某处的磁感线如图所示、磁场中某处的磁感线如图所示 ()()A.aA.a、b b两处的磁感应强度的大小不等两处的磁感应强度的大小不等,B Ba aBBb bB.aB.a、b b两处的磁感应强度的大小不等两处的磁感应

17、强度的大小不等,B Ba aBBb bC.C.同一通电导线放在同一通电导线放在a a处受力一定比放在处受力一定比放在b b处大处大D.D.同一通电导线放在同一通电导线放在a a处受力一定比放在处受力一定比放在b b处小处小abB B巩固练习巩固练习2 2、如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属、如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒棒abab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a a到到b b的稳定电的稳定电流流I I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法棒拉力变为零，可采用

18、哪些方法()()（A）适当增大电流）适当增大电流I （B）将电流反向并适当改变大小）将电流反向并适当改变大小（C）适当增大磁场）适当增大磁场（D）将磁场反向并适当改变大小）将磁场反向并适当改变大小ACabIA A3 3、在赤道上空，水平放置一根通、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此以由西向东的电流的直导线，则此导线导线 ()()A A、受到竖直向上的安培力、受到竖直向上的安培力 B B、受到竖直向下的安培力、受到竖直向下的安培力C C、受到由南向北的安培力、受到由南向北的安培力 D D、受到由西向东的安培力、受到由西向东的安培力ABD4 4、下列说法中正确的是（、下列说法

19、中正确的是（）A A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零力一定为零B B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，、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受到的安培力一定为零C C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，、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则该处磁感应强度为零D D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零为零BCD 5 5、一根长为、一根长为0.2 m0.2 m的电流为的电流为2 A2 A的通电的通电导线，放在磁感应强度为导线，放在磁感

20、应强度为0.5 T0.5 T的匀强磁场的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是（中，受到的安培力大小可能是（）A A、0.4N0.4N B B、0.2N0.2NC C、0.1N0.1N D D、0 0 6 6、试画出下列各图中安培力的方向：、试画出下列各图中安培力的方向：7 7、试画出下列各图中通电导体棒、试画出下列各图中通电导体棒abab所所受安培力的方向：受安培力的方向：如如图图所示，天平右臂下面挂有一个矩形所示，天平右臂下面挂有一个矩形线线圈圈宽为宽为L L，共，共N N匝，匝，线线圈下部圈下部悬悬在匀在匀强强磁磁场场中，磁中，磁场场方向垂直方向垂直纸纸面向里利用面向里利用这这架天平如何架天

21、平如何测测定磁定磁场场的磁感的磁感应应强强度度(1)(1)写出写出测测量方法量方法(2)(2)磁感磁感应应强强度的表达式度的表达式B B_(_(用用测测量的物理量表示量的物理量表示)解析：解析：(1)(1)在在线线圈中通入沿逆圈中通入沿逆时针时针方向流方向流动动的的电电流流I I，在天平左右两，在天平左右两盘盘各加各加质质量分量分别为别为m m1 1，m m2 2的砝的砝码码，天平平衡，由此就可得，天平平衡，由此就可得到磁感到磁感应应强强度的大小度的大小(2)(2)线线圈中通入圈中通入电电流流I I时时，由左手定，由左手定则则，线线圈底圈底边边所受安培力所受安培力方向方向竖竖直向下，由天平平衡

22、得：直向下，由天平平衡得：m m1 1gLgL(m m2 2g gNILBNILB)L L，式中，式中L L为为天平力臂天平力臂解得解得B B .答案：答案：(1)(1)见见解析解析(2)(2)把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端使它的下端刚好跟杯里的水银面接触刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电并使它组成如图所示的电波波,当开关接通后当开关接通后,将看到的现象将看到的现象 是是()()A.A.弹簧向上收缩弹簧向上收缩B.B.弹簧被拉长弹簧被拉长C.C.弹簧上下振动弹簧上下振动D.D.弹簧仍静止不动弹簧仍静止不动SC 1111、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏、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度的是（注：电表的灵敏度可以表示为/I I=NBS/k=NBS/k）（）（）A A、增加线圈的匝数；、增加线圈的匝数；B B、增强磁极间的磁感应强度；、增强磁极间的磁感应强度；C C、减小线圈的电阻；、减小线圈的电阻；D D、换用不易扭转的弹簧、换用不易扭转的弹簧AB课堂练习课堂练习