3.4-通电导线在磁场中受到的力-课件.pptx

1、3通电导线在磁场中受到的力称为通电导线在磁场中受到的力称为安培力安培力一、安培力的方向一、安培力的方向F F、B B、I I方向关系方向关系 遵循左手定则遵循左手定则实验探究实验探究左手定则：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BIF示意图安培力方向安培力方向既与电流方既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于即垂直于I和和B所在的平面所在的平面IBFFIBFIBIBF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FI

2、BFIBBBIFBI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3 0FFIIIBBB问题：问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用会通过磁场发生相互作用 用学过的知识加以判断用学过的知识加以判断同向电流同向电流相互相互吸引吸引。反向电流反向电流相互相互排排斥。斥。结论结论:FFF同向电流F反向电流安培力方向与电场力方向的比较安培力方向与电场力方向的比较力力内容内容项目项目电场力电场力安培力安培力研究对象研究对象点电荷点电荷电流元电流元受力特点受力特点正电荷受力方向，正电荷受力方向，与电场方向相同，与电场方向相同，沿电

3、场线切线方沿电场线切线方向，与负电荷受力向，与负电荷受力方向相反方向相反安培力方向与磁场安培力方向与磁场方向和电流方向都方向和电流方向都垂直垂直判断方法判断方法结合电场方向和电结合电场方向和电荷的正、负判断荷的正、负判断用左手定则判断用左手定则判断（1 1）在在匀强磁场匀强磁场中，在通电直导线与磁场方中，在通电直导线与磁场方向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等于磁感应等于磁感应强度强度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？二、安培力的大小二、安培力的大小F=ILB（

4、2 2）平行时：）平行时：F0B BIIB 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：与导线与导线垂直垂直 B B =Bsin=Bsin与导线与导线平行平行 B B=Bcos=Bcos平行于导线的分量平行于导线的分量B B不对通电导线产不对通电导线产生作用力生作用力，通电导线所受作用力仅由，通电导线所受作用力仅由B B决定决定F=ILBsinF=ILBsin二、安培力的大小二、安培力的大小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公式公式：F=ILBsinF=ILBsin1.1.表示磁场方向表示磁场方向B B与电流方向与电流方向I I间的间的夹角夹角

5、 2.2.在中学阶段，此公式仅适用于在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场匀强磁场二、安培力的大小二、安培力的大小3.3.L L为导线垂直于磁场方向为导线垂直于磁场方向B B的的有效长度有效长度0 00.02N0.02N水平向右水平向右0.02N0.02N垂直导线垂直导线斜向左上方斜向左上方将长度为将长度为20cm20cm、通有、通有0.1A0.1A电流的直导电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为如图所示，已知磁感应强度为1T1T。试求出。试求出下列各图中导线所受下列各图中导线所受安培力的大小和方向安培力的大小和方向IBIB3

6、0IB 4磁场中通电导线的等效长度磁场中通电导线的等效长度(1)公式公式FIBL中的中的L对弯曲长度来说指对弯曲长度来说指的是的是“等效长度等效长度”弯曲通电导线的有效长度弯曲通电导线的有效长度L等于连接曲线等于连接曲线两端点直线的长度，相应的电流沿两端点直线的长度，相应的电流沿L的始的始端流向末端，如图甲所示端流向末端，如图甲所示(2)任意闭合通电导线的有效长度为零，任意闭合通电导线的有效长度为零，所受安培力所受安培力(即各电流元所受安培力的合即各电流元所受安培力的合力力)为零，如图乙所示为零，如图乙所示(1)公式公式FILBsin中中是是B和和I方向的夹方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的

7、夹角，角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析要根据具体情况进行分析(2)公式公式FILBsin中的中的Lsin也可以理解也可以理解为为L在垂直于磁场方向上的在垂直于磁场方向上的“有效长度有效长度”三、磁电式电流表三、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、：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。.问题电流表中磁场分布有何特点呢？问题电流表中磁场分布有何特点呢？电

8、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.所谓所谓均匀辐向分布均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长，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的夹角都是零度线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度应强度B B 的的大小是相等大小是相等的的.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？2 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理 1 1、

9、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管、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跟铁轴平行的两边都要受到安培力，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转到，线圈转动使螺旋弹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，其大小簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动安培

10、力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停的力矩相平衡时，线圈停止转动。止转动。2 2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而、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，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针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，可以知道被测电流的强弱。的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。3 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的、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，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方向

11、，可以知道被测电流所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。的方向。表表盘盘的刻度均匀，的刻度均匀，II小结一、安培力的方向：一、安培力的方向：左手定则二、安培力的大小：二、安培力的大小：F=ILBsinF=ILBsin三、磁电式电流表三、磁电式电流表 有的同学误认为线圈处的磁场是匀强磁场有的同学误认为线圈处的磁场是匀强磁场 辨析：辨析：极靴和缠绕线圈的圆形铁芯都是用软铁极靴和缠绕线圈的圆形铁芯都是用软铁做成的，它们在蹄形磁铁的磁场中被磁化，就做成的，它们在蹄形磁铁的磁场中被磁化，就会形成均匀辐射状的磁场，如图所示当线圈会形成均匀辐射状的磁场，如图所示当线圈绕绕O点沿虚线转动时，垂直于纸

12、面的两个边所点沿虚线转动时，垂直于纸面的两个边所在处的磁感应强度在处的磁感应强度B大小相等，但这种辐射状大小相等，但这种辐射状的磁场并不是匀强磁场，因为各处的方向并不的磁场并不是匀强磁场，因为各处的方向并不相同相同如图所示，蹄形磁体用悬线悬于如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O O点，在磁点，在磁铁的铁的正下方正下方有一水平放置的长直导线，当导线有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是况将是()()A A静止不动静止不动B B向纸外平动向纸外平动C CN N极向纸外，极向纸外，S S极向纸内转动极向纸内转动D DN N极向纸

13、内，极向纸内，S S极向纸外转动极向纸外转动一段通电导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，导线中的电流方向自上而下，如图所示在导线以其中心点为轴逆时针转动180的过程中，导线受到的安培力()解 题 方 法 指 导 A大小不变，方向不变 B大小由最大减小到零再增至最大，方向时刻改变 C大小由最大减小到零再增至最大，方向不变 D大小由最大减小到零再增至最大，方向由垂直纸面向外变为垂直纸面向里【解析】安培力公式FILBsin，导线转动前，电流方向与磁场方向垂直，90；当导线转过一个小角度后，电流方向与磁场方向不再垂直，安培力变小；当导线转过90时，电流方向与磁场方向平行，安培力为零根据左手定则判断知，安

14、培力的方向始终垂直纸面向外；在导线再继续转动90过程中，安培力由零变到最大，安培力的方向始终垂直纸面向里选项D正确【答案】D【方法总结】(1)首先确定磁场方向与电流方向所确定的平面(2)再依据左手定则，安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，判断出安培力的方向(3)根据安培力的公式FBILsin计算安培力的大小，注意该公式只适用于匀强磁场，为电流与磁感线的夹角 答案：A 如图所示，把轻质导电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，则线圈()A向左运动 B向右运动 C静止不动 D无法确定 【解析】此题可以采用电流元法

15、，也可采用等效法 解法一：等效法把通电线圈等效成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动 解法二：电流元法如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动【答案】A【方法总结】安培力作用下导体运动方向的判断方法 1判断导体在磁场中运动情况的常规思路(1)不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况(2)结合左手定则准确判断导线所受安培力的方向(3)由导体的受力情况判定导体的运动方向 2分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法电流电流元法元法把整段

16、导线分为多段电流元，先用左手定则把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向线运动方向等效等效法法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等反过来等效也成立效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断用规律判断特殊特殊位置位置法法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判

17、断其所受安培力的方向，从而确定其置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向运动方向结论结论法法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势到平行且电流方向相同的趋势转换转换研究研究对象对象法法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受培力

18、，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向力及其运动方向 如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同时上升 C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升 解析：根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况将导线AB从N、S极的中间O分成两段，AO、BO段所处的磁场方向如图所示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外，BO段受安培力的方向垂直纸面向

19、里，可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动 再根据导线转过90时的特殊位置判断其上下运动情况如图所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动 由上述两个特殊位置的判断可知，导线所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动 答案：C质量为m，长度为L的导体棒MN垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，垂直于电流方向且与导轨平面成角斜向下，如图所示，求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小【解析】画出平面图，由左手定则判断出安培力 方向，对MN受力分析，如图所示，对导体棒MN 由平衡条件得：水平方向：FfFsin，竖直方向：FNFcosmg，安培力F

20、BIL，所以MN所受的支持力 FNBILcosmg，所受摩擦力FfBILsin.【答案】BILcosmgBILsin【方法总结】解决涉及安培力的综合类问题的分析方法是：(1)首先把立体图画成易于分析的平面图，如侧视图、剖视图或俯视图等(2)确定导线所在处磁场方向，根据左手定则确定安培力的方向(3)结合通电导体、受力分析、运动情况等，根据题目要求，列出方程，解决问题 质量为m0.02 kg的通电细杆AB置于倾角为37的平行放置的导轨上，导轨的宽度d0.2 m，杆AB与导轨间的动摩擦因数0.4，磁感应强度B2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆AB静

21、止不动，通过AB杆的电流范围为多少？解析：杆AB中的电流为A到B，所受的安培力方向平行于导轨向上当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下；当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值F1，此时通过AB的电流最大为Imax；同理，当电流最小时，应该是导体受向上的静摩擦力，此时的安培力为F2，电流为Imin.正确地画出两种情况下的受力图，由平衡条件列方程求解 根据第一幅受力图列式如下：F1mgsinFf10 FNmgcos0 Ff1FN F1BImaxd 解上述方程得Imax0.46 A 根据第二幅受力图，得F2Ff2mgsin0，FNmgcos0，Ff2FN，F2BImind 解上述方程得I

22、min0.14 A.答案：0.14 AI0.46 A默 读 联 想 记 忆 1.电流为I的通电导线放置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线所受安培力为F，下列说法哪些是正确的？()A匀强磁场中通电导线所受安培力F，磁感应强度B及电流I，三者在方向上一定互相垂直 B若I、B方向确定，则F方向惟一确定 C若F与B方向确定，则I方向惟一确定D若F与B方向确定，则I方向不惟一确定，但I一定在与F垂直的平面内 E若F与I方向确定，则B方向惟一确定 F若F与I方向确定，则B方向不惟一确定，但B一定在与F垂直的平面内课 堂 巩 固 训 练 解析：安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直，即F跟B、I所

23、在的面垂直但B与I的方向不一定垂直A中说三者在方向上一定互相垂直是不对的已知I、B的方向，可惟一确定F的方向，B是正确的 答案：BDF 2如图所示四种情况中，匀强磁场磁感应强度相同，载流导体长度相同，通过的电流也相同，那么，导体受到的磁场力最大，且方向沿着纸面的是()A甲、乙B甲、丙 C乙、丁 D乙、丙 解析：甲图所示情况，B与I不垂直，且安培力垂直纸面向里，乙图所示情况中，B与I垂直，安培力在纸面内竖直向下，丙图所示情况中，B与I平行，安培力为0，丁图所示情况中B与I垂直，安培力在纸面内垂直I斜向左上，综合以上分析可知，符合要求的为乙、丁两种情况，故C正确 答案：C 3通电矩形线框abcd与

24、长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是()A线框有两条边所受的安培力方向相同 B线框有两条边所受的安培力大小相等 C线框所受的安培力的合力方向向左 D线框所受的安培力的合力方向向右 解析：由安培定则可知导线MN在线框外所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反ab边受到向右的安培力Fab，cd边受到向左的安培力Fcd.因ab所处的磁场强，cd所处的磁场弱，故FabFcd，线框所受合力方向向右 答案：BD 4(2012高考天津理综)如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是()A棒中的电流变大，角变大 B两悬线等长变短，角变小 C金属棒质量变大，角变大 D磁感应强度变大，角变小 解析：以导体棒为研究对象，从M端向N端看，导体棒受重力G、安培力F和绳子拉力T三个共点力而处于平衡状态，三力首尾相连可构成闭合矢量三角形，如图 其中安培力和重力方向始终保持不变，据此可知棒中电流变大，则安培力变大，使得角变大，选项A正确；两悬线长度变短，角不变，选项B错误；金属棒质量变大，角变小，选项C错误；磁感应强度变大，安培力变大，角变大，选项D错误 答案：A