《通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力》課件

1、第三章：磁場(chǎng),第4節(jié)：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力,1安培力 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力 2決定安培力方向的因素 磁場(chǎng)方向和電流方向,3左手定則 如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向,4對(duì)安培力方向的理解 (1)安培力方向的特點(diǎn)： FB，F(xiàn)I，即F垂直于B、I決定的平面 (2)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直電流與磁場(chǎng)所決定的平面，所以仍可用左手定則來(lái)判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過(guò)手心,1)安培力總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的

2、平面，但磁場(chǎng)方向和電流方向不一定垂直 (2)若已知B、I方向，F(xiàn)方向惟一確定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不惟一 (3)判斷電流的磁場(chǎng)方向用安培定則，確定通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向用左手定則,5通電平行直線電流間的作用情況 (1)兩平行電流間同向電流相互吸引，異向電流相互排斥 (2)兩非平行直線電流有轉(zhuǎn)到互相平行且電流方向相同的趨勢(shì),6安培力方向與電場(chǎng)力方向的比較,1當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線垂直時(shí)，即電流方向與磁感線垂直時(shí)，所受的安培力最大：FBIL. 2當(dāng)B與I成角時(shí)，安培力的大小FILBsin，是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向的夾角 3當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線平行時(shí)，所受安培力為零,導(dǎo)線L

3、所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)安培力表達(dá)式FILB(或FILBsin)一般適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，若通電導(dǎo)線所在區(qū)域的B的大小和方向不相同，應(yīng)將導(dǎo)體分成若干段，使每段導(dǎo)線所處范圍B的大小和方向近似相等，求出各段導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力，然后再求合力,4磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度 (1)公式FIBL中的L對(duì)彎曲長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)指的是“等效長(zhǎng)度” 彎曲通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于連接曲線兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度，相應(yīng)的電流沿L的始端流向末端，如圖甲所示,2)任意閉合通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為零，所受安培力(即各電流元所受安培力的合力)為零，如圖乙所示,1)公式FILBsin中是B和I方向的夾角，不能盲目應(yīng)用題目中所給的夾角，要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析

4、(2)公式FILBsin中的Lsin也可以理解為L(zhǎng)在垂直于磁場(chǎng)方向上的“有效長(zhǎng)度,1原理：安培力與電流的關(guān)系 2構(gòu)造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、軟鐵、極靴如圖所示,3特點(diǎn)：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向，使線圈平面都與磁場(chǎng)方向平行，從而使表盤刻度均勻 4工作原理：如圖所示是線圈在磁場(chǎng)中受力的示意圖當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，導(dǎo)線受到安培力的作用，由左手定則知，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是架在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸收緊螺旋彈簧使其變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過(guò)電流的大小,線圈中

5、的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向,5優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱如果希望它測(cè)量較大的電流值，就要擴(kuò)大其量程,有的同學(xué)誤認(rèn)為線圈處的磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng) 辨析：極靴和纏繞線圈的圓形鐵芯都是用軟鐵做成的，它們?cè)谔阈未盆F的磁場(chǎng)中被磁化，就會(huì)形成均勻輻射狀的磁場(chǎng)，如圖所示當(dāng)線圈繞O點(diǎn)沿虛線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，垂直于紙面的兩個(gè)邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小相等，但這種輻射狀的磁場(chǎng)并不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，因?yàn)楦魈幍姆较虿⒉幌嗤?一段通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)線中的電流方向自上而下，如圖所

6、示在導(dǎo)線以其中心點(diǎn)為軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)180的過(guò)程中，導(dǎo)線受到的安培力(,A大小不變，方向不變 B大小由最大減小到零再增至最大，方向時(shí)刻改變 C大小由最大減小到零再增至最大，方向不變 D大小由最大減小到零再增至最大，方向由垂直紙面向外變?yōu)榇怪奔埫嫦蚶?解析】安培力公式FILBsin，導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)前，電流方向與磁場(chǎng)方向垂直，90；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)小角度后，電流方向與磁場(chǎng)方向不再垂直，安培力變?。划?dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)，電流方向與磁場(chǎng)方向平行，安培力為零根據(jù)左手定則判斷知，安培力的方向始終垂直紙面向外；在導(dǎo)線再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)90過(guò)程中，安培力由零變到最大，安培力的方向始終垂直紙面向里選項(xiàng)D正確 【答案】D,方法總結(jié)】 (

7、1)首先確定磁場(chǎng)方向與電流方向所確定的平面 (2)再依據(jù)左手定則，安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面，判斷出安培力的方向 (3)根據(jù)安培力的公式FBILsin計(jì)算安培力的大小，注意該公式只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，為電流與磁感線的夾角,答案：A,如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈() A向左運(yùn)動(dòng) B向右運(yùn)動(dòng) C靜止不動(dòng) D無(wú)法確定,解析】此題可以采用電流元法，也可采用等效法 解法一：等效法把通電線圈等效成小磁針由安培定則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左

8、運(yùn)動(dòng) 解法二：電流元法如圖所示，取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對(duì)稱性線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng) 【答案】A,方法總結(jié)】 安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法 1判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的常規(guī)思路 (1)不管是電流還是磁體，對(duì)通電導(dǎo)線的作用都是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)分布情況 (2)結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線所受安培力的方向 (3)由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向,2分析導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的幾種常用方法,如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)()

9、 A順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降 B順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升 C逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降 D逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升,解析：根據(jù)如圖所示的導(dǎo)線所處的特殊位置判斷其轉(zhuǎn)動(dòng)情況將導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩段，AO、BO段所處的磁場(chǎng)方向如圖所示，由左手定則可得AO段受安培力方向垂直于紙面向外，BO段受安培力的方向垂直紙面向里，可見從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),再根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)的特殊位置判斷其上下運(yùn)動(dòng)情況如圖所示，導(dǎo)線AB此時(shí)受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運(yùn)動(dòng) 由上述兩個(gè)特殊位置的判斷可知，導(dǎo)線所受安培力使AB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要向下運(yùn)動(dòng) 答案：C,質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒MN垂直導(dǎo)

10、軌放置且靜止于水平導(dǎo)軌上，通過(guò)MN的電流為I，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，垂直于電流方向且與導(dǎo)軌平面成角斜向下，如圖所示，求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小,解析】畫出平面圖，由左手定則判斷出安培力方向，對(duì)MN受力分析，如圖所示，對(duì)導(dǎo)體棒MN由平衡條件得： 水平方向：FfFsin， 豎直方向：FNFcosmg， 安培力FBIL，所以MN所受的支持力 FNBILcosmg，所受摩擦力FfBILsin. 【答案】BILcosmgBILsin,方法總結(jié)】 解決涉及安培力的綜合類問(wèn)題的分析方法是： (1)首先把立體圖畫成易于分析的平面圖，如側(cè)視圖、剖視圖或俯視圖等 (2)確定導(dǎo)線所在處磁場(chǎng)方向，根據(jù)左

11、手定則確定安培力的方向 (3)結(jié)合通電導(dǎo)體、受力分析、運(yùn)動(dòng)情況等，根據(jù)題目要求，列出方程，解決問(wèn)題,質(zhì)量為m0.02 kg的通電細(xì)桿AB置于傾角為37的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d0.2 m，桿AB與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.4，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖所示現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的觸頭，試求出為使桿AB靜止不動(dòng)，通過(guò)AB桿的電流范圍為多少,解析：桿AB中的電流為A到B，所受的安培力方向平行于導(dǎo)軌向上當(dāng)電流較大時(shí)，導(dǎo)體有向上的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所受靜摩擦力向下；當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大時(shí)，磁場(chǎng)力為最大值F1，此時(shí)通過(guò)AB的電流最大為Imax；同理，當(dāng)電流最小時(shí)，應(yīng)該是導(dǎo)體受向上的靜摩

12、擦力，此時(shí)的安培力為F2，電流為Imin,正確地畫出兩種情況下的受力圖，由平衡條件列方程求解,根據(jù)第一幅受力圖列式如下： F1mgsinFf10 FNmgcos0 Ff1FN F1BImaxd 解上述方程得Imax0.46 A,根據(jù)第二幅受力圖，得F2Ff2mgsin0，F(xiàn)Nmgcos0，F(xiàn)f2FN，F(xiàn)2BImind 解上述方程得Imin0.14 A. 答案：0.14 AI0.46 A,1.電流為I的通電導(dǎo)線放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)線所受安培力為F，下列說(shuō)法哪些是正確的？() A勻強(qiáng)磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線所受安培力F，磁感應(yīng)強(qiáng)度B及電流I，三者在方向上一定互相垂直 B若I、B方向確定，則F

13、方向惟一確定 C若F與B方向確定，則I方向惟一確定,D若F與B方向確定，則I方向不惟一確定，但I(xiàn)一定在與F垂直的平面內(nèi) E若F與I方向確定，則B方向惟一確定 F若F與I方向確定，則B方向不惟一確定，但B一定在與F垂直的平面內(nèi),解析：安培力F的方向既與磁場(chǎng)方向垂直，又與通電導(dǎo)線垂直，即F跟B、I所在的面垂直但B與I的方向不一定垂直A中說(shuō)三者在方向上一定互相垂直是不對(duì)的已知I、B的方向，可惟一確定F的方向，B是正確的 答案：BDF,2如圖所示四種情況中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，載流導(dǎo)體長(zhǎng)度相同，通過(guò)的電流也相同，那么，導(dǎo)體受到的磁場(chǎng)力最大，且方向沿著紙面的是(,A甲、乙 B甲、丙 C乙、丁 D乙、

14、丙 解析：甲圖所示情況，B與I不垂直，且安培力垂直紙面向里，乙圖所示情況中，B與I垂直，安培力在紙面內(nèi)豎直向下，丙圖所示情況中，B與I平行，安培力為0，丁圖所示情況中B與I垂直，安培力在紙面內(nèi)垂直I斜向左上，綜合以上分析可知，符合要求的為乙、丁兩種情況，故C正確 答案：C,3通電矩形線框abcd與長(zhǎng)直通電導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，如圖所示，ab邊與MN平行關(guān)于MN的磁場(chǎng)對(duì)線框的作用力，下列說(shuō)法正確的是() A線框有兩條邊所受的安培力方向相同 B線框有兩條邊所受的安培力大小相等 C線框所受的安培力的合力方向向左 D線框所受的安培力的合力方向向右,解析：由安培定則可知導(dǎo)線MN在線框外所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外，再由左手定則判斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反ab邊受到向右的安培力Fab，cd邊受到向左的安培力Fcd.因ab所處的磁場(chǎng)強(qiáng)，cd所處的磁場(chǎng)弱，故FabFcd，線框所受合力方向向右 答案：BD,4如圖所示，金屬棒MN兩端由等長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通以由M向N的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為.如果僅改變下列某一個(gè)條件，角的相應(yīng)變化情況是() A棒中的