微专题复习：磁场对通电导线的作用力(共20张PPT)

(共20张PPT)
微专题复习：磁场对通电导线的作用力
磁场力
宏观
微观
方向
大小
洛伦兹力
安培力
左手定则
安培力的方向
安培力方向判断
左手定则
金属细杆置于倾角为θ的粗糙导轨上，当有电流通过金属杆，杆恰好静止于导轨上，在如图所示的（1）（2）（3）（4）四个图中，判断金属杆与导轨间摩擦力的可能情况。
（1）
（3）
（2）
（4）
F=ILB⊥=ILBsinθ
θ=00时
平行：F＝0
θ=900时
垂直：F＝BIL
把磁感应强度B分解为两个分量：
①一个分量与导线垂直 B⊥=Bsinθ
②另一分量与导线平行 B//=Bcosθ
F垂直于BI组成的平面
安培力的大小
安培力的大小
将长为L的导线弯成六分之一圆弧，固定于垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场中，两端点A、C连线竖直，如图所示．若给导线通以由A到C、大小为I的恒定电流，则导线所受安培力的大小和方向是(　　)
A．BIL，水平向左　　 B．BIL，水平向右
C. ，水平向右 D． ，水平向左
对L的理解：通电导线的有效长度
(1)当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度(如图所示)；
I
F安
(2)对于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，
故通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零。
θ
安培力的大小
如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为(　　)
A．2F　　　B．1.5F C．0.5F D．0
安培力的大小与方向的判定方法
根据左手定则判断安培力方向时，注意四指指向电流的方向，安培力F⊥B，F⊥I，但磁感应强度B的方向与导线中电流I的方向并不一定垂直。
大小：
F=ILBsinθ
方向：
左手定则
平行：F＝0
垂直：F＝BIL
分析和计算安培力时，必须准确利用安培力计算公式，结合几何知识正确分析和计算确定有效长度，还要注意电流的方向与磁场方向的夹角；
磁场对通电导线的作用力
安培力作用下导体运动情况判断
教材单元“复习与提高”A组3
如图所示，把轻质导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线圈平面。当线圈内通以图示方向的电流后，线圈的运动情况怎样？请用以下两种方法分析：
（1）把整个线圈看成一个通电螺线管。
等效法
环形电流 小磁针 条形磁铁 通电螺线管
教材单元“复习与提高”A组3
如图所示，把轻质导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线圈平面。当线圈内通以图示方向的电流后，线圈的运动情况怎样？请用以下两种方法分析：
（2）把线圈截成许多小段，每小段视为通电直导线，分析磁场对各小段导线的作用力。
I
B
F
B
F
F
电流元法
分割为电流元
运动方向
整段导体所受合力方向
安培力
方向
安培力作用下导体运动情况判断
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)(　 )（选项见导学稿）
特殊位置法
运动方向
特殊位置
安培力方向
B
F
I
B1
O
安培力作用下导体运动情况判断
安培力作用下导体运动情况判断
结论法
长为L的直导体棒a放置在光滑绝缘水平面上，固定的长直导线b与a平行放置，导体棒a与力传感器相连，如图所示(俯视图)．a、b中通有大小分别为Ia、Ib的恒定电流，其中Ia方向已知，Ib方向未知．导体棒a静止时，传感器受到a给它的方向向左、大小为F的拉力．下列说法正确的是(　 )（选项见导学稿）
导体棒a（平衡条件）
同向电流互相吸引，异向电流互相排斥
FA
B
导体棒a所受安培力方向向左
左手定则
导体棒a所在处的磁场方向垂直纸面向里
直导线b中的电流方向与Ia的方向相同
安培定则
F＝FA＝BIaL
安培力作用下导体运动情况判断
转换研究对象法
如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为F2，则：
（1）比较台秤读数为F1和F2大小；（2）弹簧长度如何变化？
左手定则
水平方向F′有向左的分力
安培力
方向
牛顿第三定律
台秤示数F1>F2
弹簧长度变短
安培力作用下导体运动情况判断基本方法
电流元法 分割为电流元 安培力方向 整段导体所受合力方向 运动方向
特殊位置法 在特殊位置 安培力方向 运动方向
等效法 环形电流/小磁针/条形磁铁/通电螺线管/多个环形电流
结论法 同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势
转换研究 对象法 定性先分析电流在磁体的磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流的磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向
左手定则
研究对象：通电导体
明确
通电导体所在位置的磁场分布情况
左手定则
判断通电导体受安培力情况
通电导体的运动（趋势）情况
确定
F
mg
F安＝BIL
θ
如图所示，两根等长的轻细金属丝将质量为m、长为L的金属棒ab悬挂置于匀强磁场中，当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态。
（2）为使金属棒平衡在该位置，求所需
磁场的最小磁感应强度的大小和方向。
mg
F
F安＝？
mg
F
F安min
Bmin
（1）金属棒所在磁场的磁感应强度为多少？
安培力作用下导体平衡问题
安培力作用下的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法是相同的，只是多了安培力，解题的关键是受力分析
F安min ＝BminIL
安培力作用下导体的加速问题
如图所示，一根长为L的金属细杆通有电流时，水平静止在倾角为θ的光滑绝缘固定斜面上。斜面处在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。若电流和磁场的方向均不变，电流大小变为0.5I，磁感应强度大小变为4B，重力加速度为g，则此时金属细杆(　　)
A．电流流向垂直纸面向外
B．受到的安培力大小为2BILsinθ
C．对斜面压力大小变为原来的2倍
D．将沿斜面加速向上运动，加速度大小为gsinθ
F安
mg
FN
根据平衡条件可得：
根据受力分析和牛顿第二定律可得：
金属细杆将沿斜面加速向上运动：
安培力作用下导体平衡与加速问题分析思路
通电导线或通电导体棒
变三维为二维：如侧视图、剖面图或俯视图等,并画出平面受力分析图
列平衡或动力学表达式求解
确定
研究对象
三维转化二维
列求解表达式
基本思路
关键
电磁问题力学化
立体图形平面化
教材第一节
“练习与应用”
电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，利用这种装置可以把质量为m＝2.0 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到6 km/s，若这种装置的轨道宽为d＝2 m，长L＝100 m，电流I＝10 A，轨道摩擦不计且金属杆EF与轨道始终接触良好，则下列有关轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场力的最大功率结果正确的是(　　)
通电金属杆在磁场中受安培力的作用而对弹体加速
FA
I
B=18T
W
安培力做功问题
安培力做功问题
安培力做功
实质是能量转化
做正功
电磁驱动
安培力
做功
做负功
电磁阻尼
电能转化为机械能或其他形式能
其他形式能转化为电能，进而转化为焦耳热或者其他形式能
功能关系：棒的动能全部转化为内能
若棒或轨道光滑 ＝Q焦，若轨道不光滑 ＝Q焦＋Q摩擦
电磁感应
课堂小结
安培力
方向
大小
左手定则
F=ILBsinθ
影响因素
（B\I\L\θ等）
力和运动关系
动量角度
功能关系角度
宏 观
微 观
洛伦兹力