34通电导线在磁场中受到力课件.ppt

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1、3.4 通电导线在磁场中受到的力通电导线在磁场中受到的力9/4/2023演示：按照右图所示进行实验。演示：按照右图所示进行实验。1 1、改变导线中电流的方向，观察受力方向是、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。否改变。通电导线在磁场中受到的力称为安培力通电导线在磁场中受到的力称为安培力一、安培力的方向一、安培力的方向IBF2 2、上下交互磁场的位置以改变磁场的方向，、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观察受力方向是否变化FIBFIBIBF9/4/2023F、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磁场安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂

2、直于电流和磁场所在的平面方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面左手定则：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;让磁感应线从掌心进入,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遵循左手定则BIF示意图安培力方向既与电流方向垂直又与磁场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在的平面方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面9/4/2023FIBFIBBBIFBI判定以下通电导线所受安培力的方向判定以下通电导线所受安培力的方向30FFIIIBBB9/4/2023问题：问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁如图

3、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场发生相互作用 用学过的知识加以判断用学过的知识加以判断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9/4/2023（1 1）在在匀强磁场匀强磁场中，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的情况下，导线所受安培力况下，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和导线和导线的长度的长度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？二、安培力的大小二、安培力的大小即：即：F=ILB（2 2）平行

4、时：）平行时：F0B BI9/4/2023IB 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量B B2 2不对通电导线产生作用力，通电不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由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

5、9/4/2023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 在中学阶段，此公式在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场仅适用于匀强磁场问题:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以概括为那句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？BIF9/4/20231若磁若磁场场和和电电流成流成角角时时，如，如图图344所法所法图图344二、对安培力大小计算公式的深刻理解二、对安培力大小计算公式的深刻理解9/4/2023可可以以将将磁磁感感应应强强度度B正正交交分分解解成成BBsin和和BBcos，而而B对对电电流流是是没没有有作用的作用的FILBILB

6、sin，即，即FILBsin.特特别别提提醒醒：(1)公公式式FILBsin中中是是B和和I方方向向的的夹夹角角，不不能能盲盲目目应应用用题题目目中中所所给给的夹角，要根据具体情况进行分析的夹角，要根据具体情况进行分析9/4/20232公公式式FILB中中L指指的的是是可可以以理理解解为为垂垂直直于磁场方向的于磁场方向的“有效长度有效长度”3弯弯曲曲导导线线的的有有效效长长度度L，等等于于连连接接两两端端点点直直接接的的长长度度(如如图图343所所示示)；相相应应的的电电流流沿沿L由由始始端端向末端向末端图图3439/4/20230 00.02N0.02N水平向右水平向右0.02N0.02N垂

7、直导线垂直导线斜向左上方斜向左上方1.1.将长度为将长度为20cm20cm、通有、通有0.1A0.1A电流的直导线放入一匀电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为为1T1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向IBIB30IB9/4/2023 三三 磁电式电流表磁电式电流表1 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、极靴刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。、螺旋弹簧、线圈、圆柱形

8、铁芯（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。.9/4/2023问题问题电流表中磁场分布有何特点呢？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电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布均匀辐向分布的的.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的夹角都是零度.在以铁芯为中心的圆圈上，在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度各点的磁感应强度B B的的大小是相等大小是相等的的.

9、该磁场该磁场并非匀强磁场并非匀强磁场问题该磁场是否匀强磁场？问题该磁场是否匀强磁场？问题该磁场的特点？问题该磁场的特点？9/4/20232 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理 1 1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩

10、，转到，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小其大小随线圈转动的角度增大而增大，随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。线圈停止转动。9/4/20232 2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电、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。道被测

11、电流的强弱。3 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之、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。方向，可以知道被测电流的方向。表盘的刻度均匀，表盘的刻度均匀，II9/4/2023三、磁电式电流表的特点三、磁电式电流表的特点1 1、表盘的刻度均匀，、表盘的刻度均匀，II。2 2、灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。、灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。3 3、满偏电流、满偏电流IgIg，内阻，内阻RgRg反映了电流表的最主要特反映了电流表的最主要特性

12、。性。9/4/2023四、四、安培力作用下的平衡安培力作用下的平衡问题问题1安培力作安培力作为为通通电导电导体所受的外力参与受力分体所受的外力参与受力分析，析，产产生了通生了通电导电导体在磁体在磁场场中的平衡、加速及中的平衡、加速及做功做功问题问题，这类问题这类问题与力学知与力学知识联识联系很系很紧紧密，密，解解题时题时把安培力等同于重力、把安培力等同于重力、弹弹力、摩擦力等力、摩擦力等性性质质力；力；对对物体物体进进行受力分析行受力分析时时，注意安培力，注意安培力大小和方向的确定；求解大小和方向的确定；求解时时注意注意对对力学中静力力学中静力学、学、动动力学及功和能等有关知力学及功和能等有关

13、知识识的的综综合合应应用用9/4/20232在在安安培培力力作作用用下下的的物物体体平平衡衡的的解解决决步步骤骤和和前前面面学学习习的的共共点点力力平平衡衡相相似似，一一般般也也是是先先进进行行受受力力分分析析，再再根根据据共共点点力力平平衡衡的的条条件件列列出出平平衡衡方方程程，其其中中重重要要的的是是在在受受力力分分析析过过程程中中不不要要漏漏掉掉了安培力了安培力3与与闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律相相结结合合的的题题目目，主主要要应应用：用：(1)闭闭合合电电路欧姆定律；路欧姆定律；(2)安培力公式安培力公式FILB；(3)物体平衡条件物体平衡条件9/4/2023特特别别提提醒醒：(1

14、)安安培培力力作作为为一一种种性性质质力力，在在受受力力分分析析时时要要单单独独分分析析，不不可可与与其其他他力力混混为为一一谈谈(2)为为方便方便对问题对问题的分析和便于列方程在受力的分析和便于列方程在受力分析分析时时先将立体先将立体图图画成平面画成平面图图，即面成俯，即面成俯视图视图、剖面剖面图图或或侧视图侧视图等等9/4/2023质质量量为为m0.02 kg的通的通电细电细杆杆ab置于置于倾倾角角为为37的平行放置的的平行放置的导轨导轨上，上，导轨导轨的的宽宽度度d0.2 m，杆，杆ab与与导轨间导轨间的的动动摩擦因数摩擦因数0.4，磁，磁感感应应强强度度B2 T 的匀的匀强强磁磁场场与

15、与导轨导轨平面垂直且平面垂直且方向向下，如方向向下，如图图3415所示所示现调节现调节滑滑动变动变阻器的触阻器的触头头，试试求出求出为为使杆使杆ab静止不静止不动动，通，通过过ab杆的杆的电电流范流范围为围为多少？多少？例例例例图图34159/4/2023【自自主主解解答答】杆杆ab中中的的电电流流为为a到到b，所所受受的的安安培培力力方方向向平平行行于于导导轨轨向向上上当当电电流流较较大大时时，导导体体有有向向上上的的运运动动趋趋势势，所所受受静静摩摩擦擦力力向向下下，当当静静摩摩擦擦力力达达到到最最大大时时，磁磁场场力力为为最最大大值值F1，此此时时通通过过ab的的电电流流最最大大为为Im

16、ax；同同理理，当当电电流流最最小小时时，应应该该是是导导体体受受向向上上的的最最大大静静摩摩擦擦力力，此此时时的安培力的安培力为为F2，电电流流为为Imin.正正确确地地画画出出两两种种情情况况下下的的受受力力图图如如图图3416所示，所示，由平衡条件列方程求解由平衡条件列方程求解9/4/2023根据第一幅受力根据第一幅受力图图列式如下：列式如下：F1mgsinFf10FN1mgcos0Ff1FN1F1BImaxd解上述方程得：解上述方程得：Imax0.46 A图图34169/4/2023根据第二幅受力根据第二幅受力图图F2Ff2mgsin0FN2mgcos0Ff2FN2F2BImind.解

17、上述方程得：解上述方程得：Imin0.14 A.【答案答案】0.14 AIab0.46 A【规规律律总总结结】(1)必必须须先先将将立立体体图图转转换换为为平平面面图图，然然后后对对物物体体受受力力分分析析，要要注注意意安安培培力力方方向向的的确确定定最后根据平衡条件或物体的运最后根据平衡条件或物体的运动动状状态态列出方程列出方程(2)注意静摩擦力可能有不同的方向，因而求解注意静摩擦力可能有不同的方向，因而求解结结果果是一个范是一个范围围9/4/20239/4/2023答案答案 0.3 A9/4/2023NSF（1 1）绳子拉力）绳子拉力_ (变大变大,变小变小,不变不变)（2 2）桌面对磁铁的支持力）桌面对磁铁的支持力_（3 3）桌面对磁铁的摩擦力）桌面对磁铁的摩擦力_(_(有有,无无).).变大变大变小变小无无NSF桌面对磁铁的摩擦力桌面对磁铁的摩擦力 _(_(有有,无无)方向方向_._.有有水平向右水平向右FB9/4/2023