探究磁场对电流的作用张.pptx

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1、一、奥斯特实验一、奥斯特实验丹麦物理学家奥斯特丹麦物理学家奥斯特(Hans Christian(Hans Christian OerstedOersted，17771777851)1777851)1777年年8 8月月1414日生于丹日生于丹麦朗格兰德岛一个药剂师家庭麦朗格兰德岛一个药剂师家庭1212岁开始岁开始帮助父亲在药房里干活，同时坚持学习化帮助父亲在药房里干活，同时坚持学习化学由于刻苦攻读，学由于刻苦攻读，1717岁以优异的成绩考岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生他一边当家取了哥本哈根大学的免费生他一边当家庭教师，一边在学校学习药物学、天文、庭教师，一边在学校学习药物学、天文、数

2、学、物理、化学等数学、物理、化学等18061806年任哥本哈根年任哥本哈根大学物理学教授，大学物理学教授，18211821年被选为英国皇家年被选为英国皇家学会会员，学会会员，18231823年被选为法国科学院院士，年被选为法国科学院院士，后来任丹麦皇家科学协会会长后来任丹麦皇家科学协会会长 第1页/共33页奥斯特实验奥斯特实验、实验装置如左图、实验装置如左图、实验现象、实验现象当给导线通时，当给导线通时，与导线平行放置的小与导线平行放置的小磁针发生转动。磁针发生转动。第2页/共33页思考思考1 1、该实验说明了什么、该实验说明了什么?揭示了电和磁的联系揭示了电和磁的联系-不仅磁铁能产生磁场，不

3、仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。电流也能产生磁场。为以后法拉第发现电磁感应现象奠定了基础为以后法拉第发现电磁感应现象奠定了基础 2、该实验成功的关键?通电直导线要南北水平放置通电直导线要南北水平放置,磁针要平行的磁针要平行的放置于导线的下方或者上方放置于导线的下方或者上方第3页/共33页想一想想一想在奥斯特实验中我们知道了电流对磁体有力的作用，反过来，磁体对电流有无力的作用呢？如果我们把通电导体在放在磁场中会有怎样的现象？第4页/共33页二、科学探究二、科学探究-安培力安培力第5页/共33页实验结论实验结论闭合开关，原来静止在磁场中的导体发生运动.此时导体的运动状态发生了改变.根据力是改变

4、物体运动状态的原因，说明通电导体在磁场受到力的作用.第6页/共33页物理学中将磁场对电流的作用力称为安培力 安安 培培（1775177518361836年年）第7页/共33页探究一：安培力的方向与哪些因素有关？安培力的方向与哪些因素有关？第8页/共33页第9页/共33页安培力方向安培力方向改变改变改变改变不变不变只交换磁极位置只交换磁极位置只改变电流方向只改变电流方向受力方向受力方向同时改变电流和磁场同时改变电流和磁场方向方向受力方向第10页/共33页1.通电导体在磁场中受到力的作用。通电导体在磁场中受到力的作用。2.通电导体在磁场中受力的方向跟通电导体在磁场中受力的方向跟电流方向电流方向和磁

5、场的方向和磁场的方向有关。这个力的方向既与电流有关。这个力的方向既与电流方向垂直，又与磁场方向垂直。方向垂直，又与磁场方向垂直。第11页/共33页IBF伸开左手四指是电流方向手心对着磁感线来的方向大姆指是磁场力方向安培力的方向判定安培力的方向判定左手定则FB，FI，即，即F垂直于垂直于B和和I所在的平面所在的平面（B和和I可以有任意夹角）可以有任意夹角）第12页/共33页练习：练习：1.下图中表示通电直导线在磁场中的受力情况，下图中表示通电直导线在磁场中的受力情况，请标出电流方向或磁场力方向。请标出电流方向或磁场力方向。BFBBFFF无无BB第13页/共33页2.如图(c)所示，两条平行直导线

6、，当通以相同方向的电流时，它们相互_，当通以相反方向的电流时，它们相互_，这时每个电流都处在另一个电流的磁场里，因而受到磁场力的作用。也就是说，电流和电流之间，就像磁极和磁极之间一样，也会通过磁场发生相互作用。吸引吸引排斥排斥第14页/共33页探究二：安培力大小探究二：安培力大小猜猜看猜猜看：通电导线所受到的安培力与什么因素有关？通电导线所受到的安培力与什么因素有关？1.1.磁场强弱程度磁场强弱程度 2.2.电流的大小电流的大小 3.3.通电导线长度通电导线长度 4.4.磁场与电流间的夹角磁场与电流间的夹角.第15页/共33页探究过程：探究过程：用用控制变量法控制变量法完成三个探究任务：完成三

7、个探究任务：任务一：保持磁场强弱任务一：保持磁场强弱B B和导线长度和导线长度L L不变，研究不变，研究 安培力大小安培力大小F F与电流强度与电流强度I I间的关系。间的关系。任务二：保持磁场强弱B和电流强度I不变，研究 安培力F大小与导线长度L间的关系。任务三：保持电流强度I和导线长度L不变，研究 安培力F大小与磁场强弱B间的关系。第16页/共33页由以上探究我们可知：在匀强磁场中，当通电直导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F最大，等于磁感应强度B、电流I、和导线长度L的乘积：F=BIL F=BIL第17页/共33页1.当电流与磁场方向垂直时：结论：结论：F=BIL第18页/共33

8、页2.当电流I与磁场B方向平行时：F=BILsin0O =0第19页/共33页3.3.当电流方向与磁场方向夹角为当电流方向与磁场方向夹角为时：时：第20页/共33页B1B2F=BILsin第21页/共33页拓展拓展：安培力大小的计算公式FILB是在磁感应强度B与电流I垂直情况下的结果；式中L是有效长度，对通电直导线，是导线在磁场中的那段长度；对弯曲导线，当导线所在平面与磁场方向垂直，且磁场为匀强磁场时，L等于弯曲导线两端点连接直线的长度，如图所示，相应的电流方向沿L由始端流向末端第22页/共33页例例1.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=b

9、c=L，导线所在的平面与匀强磁场垂直，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匀强磁场的磁感应强度为B，求导线，求导线abc所受安培所受安培力的大小和方向。力的大小和方向。第23页/共33页例例2.如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流均为状的通电导线，电流均为I，磁感应强度均为，磁感应强度均为B，求，求各导线所受到安培力的大小各导线所受到安培力的大小FA_FB_FC_FD_BIL2BIR0第24页/共33页3.如图所示，倾斜导轨宽为如图所示，倾斜导轨宽为L，与水平面成，与水平面成角，角，处在方向竖直向上、磁感应强度为处在方向竖直

10、向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，的匀强磁场中，金属杆金属杆ab水平放在导轨上当回路中电流为水平放在导轨上当回路中电流为I时，金时，金属杆属杆ab所受安培力所受安培力F，斜面的支持力为，斜面的支持力为FN，则，则()A安培力方向垂直安培力方向垂直ab杆沿斜面向上杆沿斜面向上B安培力方向垂直安培力方向垂直ab杆水平向右杆水平向右CFNBILcos DFNBD第25页/共33页安培力就在身边安培力就在身边第26页/共33页电动机电动机1 1、思考：思考：如果放在磁场中不是一段通电导线，而是一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个通电的矩形线圈abcdabcd，会发生什么现象，会发

11、生什么现象？2、电动机基本构造：定子和转子。、电动机基本构造：定子和转子。3、功率有大有、功率有大有小；小；分直流电分直流电动机和交流电动机和交流电动机动机直流电动机示意图直流电动机示意图第27页/共33页4.原理原理在磁场中在磁场中,线圈的转动超过半周以后就会反方向转动线圈的转动超过半周以后就会反方向转动,不不能沿一个方向持续旋转下去能沿一个方向持续旋转下去,想一想想一想,这是为什么这是为什么?生活、生产中需要的往往是线圈连续不断的转动。生活、生产中需要的往往是线圈连续不断的转动。如如何才能使线圈不间断地旋转下去呢何才能使线圈不间断地旋转下去呢?人们发现人们发现,线圈转过线圈转过与磁场方向垂

12、直的位置后与磁场方向垂直的位置后,如果改变线圈中的电流方向如果改变线圈中的电流方向,线圈就可以持续转动下去线圈就可以持续转动下去,而这种能够改变电流方向的而这种能够改变电流方向的装置就是换向器。装置就是换向器。如图如图3-11所示所示,与线圈转轴固定在一起的两个金属半环与线圈转轴固定在一起的两个金属半环叫换向器叫换向器,与电源相连接的金属片是电刷。与电源相连接的金属片是电刷。它们是如何它们是如何改变线圈中电流方向的呢改变线圈中电流方向的呢?在磁场中在磁场中,线圈的转动超过半周以后就会反方向转动线圈的转动超过半周以后就会反方向转动,不能沿不能沿一个方向持续旋转下去。一个方向持续旋转下去。生活、生

13、产中需要的往往是线圈连续不断的转动。生活、生产中需要的往往是线圈连续不断的转动。如何才如何才能使线圈不间断地旋转下去呢能使线圈不间断地旋转下去呢?人们发现人们发现,线圈转过与磁场方向线圈转过与磁场方向垂直的位置后垂直的位置后,如果改变线圈中的电流方向如果改变线圈中的电流方向,线圈就可以持续转动线圈就可以持续转动下去下去,而这种能够改变电流方向的装置就是换向器。而这种能够改变电流方向的装置就是换向器。如图所示如图所示,与线圈转轴固定在一起的两个金属半环叫换向器与线圈转轴固定在一起的两个金属半环叫换向器,与电源相连接的金属片是电刷。与电源相连接的金属片是电刷。第28页/共33页电动机机【工作流程工

14、作流程】第29页/共33页电流计（1）电流计主要由哪几部分组成）电流计主要由哪几部分组成 电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成。部分组成。第30页/共33页（2 2）什么电流表可测出电流的强弱和方向？）什么电流表可测出电流的强弱和方向？磁场对电流的作用力和电流成正比，因而线圈中的电流越大，磁场对电流的作用力和电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力越大，线圈和指针偏转的角度就越大，因此，根据指针安培力越大，线圈和指针偏转的角度就越大，因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。偏转角度的大小，可以知道

15、被测电流的强弱。当线圈中的电流当线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变，所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。改变，所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。（3 3）电流表中磁场分布有何特点呢？为何要如此分布？）电流表中磁场分布有何特点呢？为何要如此分布？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，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，

16、线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。该磁场并非匀么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大的大小是相等的。这样的磁场，可使线圈转动时，它的两个边所经过小是相等的。这样的磁场，可使线圈转动时，它的两个边所经过的位置磁场强弱都相同，从而使表盘的刻度均匀。的位置磁场强弱都相同，从而使表盘的刻度均匀。第31页/共33页（4 4）磁电式仪表的优缺点是什么？）磁电式仪表的优缺点是什么？磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。安）。如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页