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磁场对通电导线的作用力(一)
安培力:通电导线在磁场中受到的力
一、安培力的方向
演示:按照右图所示进行实验。
1、改变导线中 电流的方向,观察受力方向是否改变。
2、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。
通过这两种情况的分析,我们实际上已经了解了导线受力的方向与磁场方向、电流方向的关系。你能用简洁的方法表示这个关系吗?
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。
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磁场力(安培力)的方向。
——左手定则
I
B
F
I
B
F
I
F
α
α
B
B
I
F
α
B
B
I
判定以下通电导线所受安培力的方向
问题: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
电流方向相同时,将会吸引;
电流方向相反时,将会排斥。
用学过的知识加以判断
二.安培力的大小
1.当电流与磁场方向垂直时:
2.当电流与磁场方向夹θ角时:
F = ILB (B⊥L)
F = ILBsinθ
(θ为B与L的夹角)
B1
B2
B
二、安培力的大小:
公式:
F=I L B
仅适用于匀强磁场
当B与导线平行时: F = 0
条件:B与导线垂直
二、安培力的大小:
公式:
F=I L B sinθ
θ表示磁场方向与电流方向间的夹角
在中学阶段,此公式仅适用于匀强磁场
特例
θ= 0° 时 F = 0
θ = 90° 时 F = BIL
例3、将长度为20cm、通有0.1A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,已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小。
(1)F=______ (2)F=_______ (3)F=_______
例3、将长度为20cm、通有0.1A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,已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小。
(4)
(1)F=______ (2)F=_______ (3)F=_______ (4)F=_______
B
A
C
B
I
2、如图所示,直角三角形ABC组成的导线框内通有电流I=1A,并处在方向竖直向下的匀强磁场B=2T中,AC=40cm,∠A = 30°,求三角形框架各边所受的安培力。
FBC=0
FAC=FAB=0.4√3N
3、如图所示,在磁感应强度为1T的匀强磁场中,有两根相同的弹簧,下面挂一条长为0.5m,质量为0.1kg的金属棒MN,此时弹簧伸长10cm,欲使弹簧不形变则棒上应通过的电流的大小和方向如何?
I
M
N
B
2A,方向从M到N
三、磁电式电流表
1、磁电式电流表的构造:刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴(软铁制成) 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成)。
最基本的是磁铁和线圈。
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
电流表的工作原理
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的使线圈转动的力矩相平衡时,线圈停止转动。
2、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。
3、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方向,可以知道被测电流的方向。
三. 磁电式电表
【说明】
由于磁场对电流的作用力跟电流成正比,因而安培力的力矩也跟电流成正比,而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角度成正比,所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。
N
S
如图所示,一导线用弹性绝缘线悬于O点,在导线的正下方固定一蹄形磁铁(与导线在同一平面),当导线中通以由左向右的电流时,导线的运动情况将是_______。
A.静止不动
B.向纸外平动
C.从上往下看顺时针转90°后静止不动
D.从上往下看顺时针转90°,同时下降
D
8.在倾角为30°的光滑斜面上垂直放置一根长为L、质量为m的直导体棒,一匀强磁场垂直于斜面向下,如图所示,当导体棒通有垂直纸面向里的电流I时,导体棒恰好静止在斜面上,则磁感应强度的大小B为多少?
30°
B
I
7.如图所示的天平可用来测定磁感应强度B.天平的 右臂下面挂有一个矩形线圈,宽为L,共N匝,线圈的下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面.当线圈中通有电流I(方向如图)时,在天平左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码,天平平衡。当电流反向(大小不变)时,右边再加上质量为m的砝码后,天平重新平衡.由此可知( )
A、B方向垂直纸面向里,
大小为(m1-m2)g/NI L
B、B的方向垂直纸面向里,
大小为mg/2NI L
C、B的方向垂直纸面向外,
大小为(m1-m2)g/NI L
D、B的方向垂直纸面向外,
大小为mg/2NI L
6、如图所示,质量为m的细杆ab置于倾角为θ的导轨上,ab处于磁场中,ab与导轨间动摩擦因数为μ,有电流时,ab恰好静止在导轨上,则从b端的侧视图看,其中杆 ab与导轨间摩擦力可能为“0”的是( )
θ
a
θ
b
甲
θ
A
θ
B
θ
C
θ
D
乙
如图所示,在倾角为30o的斜面上,放置两条宽L=0.5m的光滑平行导轨,将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上,在导轨上横放一根质量为m=0.2kg的金属棒ab,电源电动势E=12V,内阻r=0.3Ω,磁场方向垂直轨道所在平面,B=0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止,滑动变阻器的使用电阻R应为多大?(g取10m/s2,其它电阻不计)
B
E
r
R
a
30°
b
B
G
FN
F
复习温故
磁通量Φ(Wb)
Φ=B·S⊥
φ=BS
φ=BS cosθ
【典型例题】下列各种说法中,正确的是( )
A.磁通量很大,而磁感应强度可能很小;
B.磁感应强度越大,磁通量也越大;
C.磁通量小,一定是磁感应强度小;
D.磁感应强度很大,而磁通量可能为零。
【答案】 A D
1、将长度为20cm、通有0.1A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,已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。
0
0.02N
水平向右
0.02N
垂直导线斜向左上方
N
S
F
(1)绳子拉力_______
(变大,变小,不变)
(2)桌面对磁铁的支持力_______
(3)桌面对磁铁的摩擦力______(有,无).
变大
变小
无
N
S
F
桌面对磁铁的摩擦力
_______(有,无)
方向_ ______.
有
水平向右
F
B