1.1磁场对通电导线的作用力(共51张PPT)

(共51张PPT)
1、怎样用安培定则判定直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向？
2、描述磁场强弱的物理量是哪个？如何计算？
复习回顾
3、磁场和通电导线的平面图画法？
垂直于纸面向里的磁场
垂直于纸面向外的磁场
垂直于纸面向里的电流
垂直于纸面向外的电流
竖直向下的磁场
竖直向上的磁场
第一章 安培力与洛伦兹力
1、磁场对通电导线的作用力
CONTENTS
01
安培力的方向
02
安培力的大小
03
磁电式电流表
04
目标
随 堂 训 练
一、安培力的方向
1、安培力定义：通电导线在磁场中受到的力称为安培力。
安培是历史上最早通过实验发现磁场对通电导线有力的作用的科学家，他是电动力学的创始人，被誉为是“电学中的牛顿”，在电磁学上面有杰出的贡献。
安德烈·玛丽·安培
实验探究
观察思考：安培力方向与什么因素有关？
演示实验(控制变量法):
(1)、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。
与电流方向和磁场方向有关
(2)、改变磁场的方向，观察受力方向是否变化。
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
向下
垂直于纸面向里
水平
向左
F
结论：安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直,即安培力垂直与磁场与电流所在的平面上
F
F
F
如何判断安培力的方向？
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。
注意：F⊥B，F⊥I，即F 垂直于B、I决定的平面．
但B、I不一定垂直（电流是自己摆放的）
B
I
F
√
√
√
×
画出图中安培力的方向
F
F
F
F
B//I时F=0
F
θ
B
θ
B
θ
B
θ
B
F
θ
B
F
θ
B
安培定则 左手定则
用途 判断电流产生的 磁场方向 判断电流在磁场中的
受力方向
因果关系 电流是因 磁场是果 电流和磁场都是因
安培力是果
安培定则与左手定则对比理解
安培定则和左手定则的比较
安培定则 左手定则
应用 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向
内容 具体 情况 直流电流 环形电流或通电螺旋管 电流在磁场中
条件 拇指指向电流的方向 四指指向电流的环绕方向 磁感线穿手心，四指指向电流方向
结果 四肢弯曲是方向表示磁感线方向 拇指指向轴线上磁感线的方向
拇指指向电流受到的安培力反向
回忆: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
同向电流相互吸引。
反向电流相互排斥。
F
F
F
同向电流
F
反向电流
研究平行通电直导线之间的相互作用
（1）平行同向环形电流间作用是
（2）平行反向环形电流间作用是
相互吸引
相互排斥
(3)直线电流与环形电流间的作用
直线电流与环形电流共面时，
看较近的两平行电流同向相互
吸引，反向相互排斥。
思考：如图所示，通电直导线AB固定，CD可以自由移动，请你判断通电后CD的运动情况
两相交直导线间的相互作用：有转到同向的趋势。
A
B
D
C
×
×
×
×
×
·
·
·
·
·
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
F
F
例6、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（　）
A.顺时针方向转动，同时靠近ab
B.逆时针方向转动，同时离开ab
C.顺时针方向转动，同时离开ab
D.逆时针方向转动，同时靠近ab
a
b
c
d
D
例3. 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
A
例5、如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方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，蹄形磁铁的运动情况将是( )
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外，S极向纸内转动
D．N极向纸内，S极向纸外转动
C
1、当电流与磁场方向垂直时（I⊥B ）
2、当电流与磁场方向平行时（I // B ）
F = BIL
F = 0
3、当电流与磁场方向成特定角度时呢？
F = BILsinθ
B
I
θ
二、安培力的大小
F==BILsinθ
θ=0时
平行：F＝0
θ=90时
垂直：F＝BIL
对安培力公式的理解
L
L
L
L
（1）导线l所处的磁场应为匀强磁场
（2）F不仅与B、I、l有关，还与放置方向有关
（3）对导线长度的理解：对于弯曲的导线来说公式F=IlB中的l为导线垂直磁场方向的有效长度，即弯曲导线的有效长度l等于连接两端点的直线长度，相应电流由始端流向末端
(4)任一闭合通电导线的有效长度为 0，即所受安培力为 0
『判一判』
(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同。(　　)
(2)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直。(　　)
(3)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直。(　　)
(4)不通电的导线在磁场中一定不受安培力。(　　)
(5)通电的导线在磁场中一定受安培力。(　　)
(6)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安 培力越大。(　　)
× 　
√　
√　
√　
× 　
× 　
0
0.02 N
水平向右
0.02 N
垂直导线斜向左上方
I
B
I
B
30°
I
B
例1. 将长度为 20 cm、通有 0.1 A 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 1 T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。
例2. 如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中，所受的安培力大小变化是 ( )
A. 逐渐变大
B. 先变大后变小
C. 逐渐变小
D. 先变小后变大
B
I
B
B
a
C
B
I
例3：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， ，求三角形框架各边所受的安培力。
A
例4：如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)
θ
N
B
G
N
F安
【答案】R=0.2Ω
B
θ
例5：质量为m，长度为L的导体棒MN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，方向与导轨平面成θ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．
I
B
G
N
F安
f
θ
M
在电学实验中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的。
三、磁电式电流表
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
.
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）。
越大
越大
该磁场并非匀强磁场
（2） 该磁场是否匀强磁场？
（3） 该磁场有什么特点？
（1）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均匀辐向分布的。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。
在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度 B 的大小是相等的。
( 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动。
2. 电流表的工作原理
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。
表盘的刻度均匀，θ ∝ I
（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。
3、磁电式电流表的特点
(1)表盘的刻度均匀，θ∝I.
(2)灵敏度高，但过载能力差.
(3)满偏电流Ig和内阻Rg反映了电流表的最主要特性.
4. 优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。
5. 灵敏度
可以通过增加线圈的匝数、增大磁铁的磁感应强度、增大线圈的面积等方法提高灵敏度。
1.如图两条导线相互垂直，但相隔一段距离。其中导线AB固定，导线CD能自由活动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，导线CD将从纸外向纸内看（ ）
A. 顺时针方向转动同时靠近导线AB
B. 逆时针方向转动同时离开导线AB
C. 顺时针方向转动同时离开导线AB
D. 逆时针方向转动同时靠近导线AB
D
四、典例分析
2.通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图所示。
下列哪种情况将会发生（ ）
A．L2绕轴O按顺时针方向转动
B．L2绕轴O按逆时针方向转动
C．因L2不受磁场力的作用，故L2不动
D．因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动
B
3. 通电的等腰梯形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行。下列关于通电直导线MN的磁场对线框作用的（ ）
A. 线框所受安培力的合力为零
B. 线框有两条边所受的安培力方向相同
C. 线框有两条边所受的安培力大小相同
D. 线框在安培力作用下一定有向左的运动趋势
C
4.如图，在薄金属圆筒表面上通以环绕圆筒、分布均匀的恒定电流时，由于受磁场力的作用，该圆筒的形变趋势为（ ）
A. 沿轴线上下压缩，同时沿半径向内收缩
B. 沿轴线上下拉伸，同时沿半径向内收缩
C. 沿轴线上下压缩，同时沿半径向外膨胀
D. 沿轴线上下拉伸，同时沿半径向外膨胀
C
5.（多选）如图所示，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中的电流强度分别为I和2I，此时a受到的磁场力大小为F，当在a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后，a受到的磁场力大小变为2F，则此时b受到的磁场力大小为（ ）
A. 3F B. 4F
C. 5F D. 6F
AC
6.如图所示，固定直导线c垂直于纸面，可动导线ab通以如图所示方向的电流，用弹簧测力计图中只画了弹簧悬挂在导线c的上方，当导线c中通以垂直于纸面向外的电流时，以下判断正确的是（ ）
A. 导线a端转向纸外，同时测力计读数增大
B. 导线a端转向纸外，同时测力计读数减小
C. 导线b端转向纸外，同时测力计读数减小
D. 导线b端转向纸外，同时测力计读数增大
A
7.把一根柔软的螺旋弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好与杯里的水银面相接触，并组成如图所示电路图，当开关S接通后，将看到的现象是（ ）
A. 弹簧向上收缩
B. 弹簧上下跳动
C. 弹簧被拉长
D. 弹簧仍静止不动
B
8.如图所示，两个完全相同、互相垂直的导体圆环P、Q中间用绝缘细线连接，悬挂在天花板下，当P、Q中同时通有图示方向电流之后的一小段时间内，关于两线圈的转动方向从上向下看以及细线中张力的变化，下列说法中正确的是（ ）
A. P，Q都逆时针转动，细线张力不变
B. P，Q都顺时针转动，细线张力减小
C. P逆时针转动，Q顺时针转动，细线张力增加
D. P顺时针转动，Q逆时针转动，细线张力减小
D
9.（多选）用细绳悬挂一矩形导线框，导线框通有逆时针方向的电流。在导线框的正下方、垂直于导线框平面有一直导线PQ。原PQ中无电流，现直导线中通以由P流向Q的电流，在短时间内（ ）
A. 从上往下观察导线框顺时针转动
B. 从上往下观察导线框向右平移
C. 细绳受力会变得比导线框重力大
D. 导线框中心的磁感应强度变大
ACD