(共28张PPT)
第三章
磁
场
第
四
节
通电导线在磁场
中受到的力
复习巩固
历史上最早发现电流的磁效应的人物是谁呢？
思考与讨论
反过来思考：磁针对通电导线有无力的作用？
奥斯特：通电导线对磁针有力的作用
作用力与反作用力。磁场对通电导线也有力的作用——安培力。
新课引入
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。
问题探究
安培力的方向与哪些因素有关？
问题探究
实验记录与分析
1.实验装置简化图
实验次数
磁场方向
电流方向
安培力的方向
1
向下
垂直于纸面向外
2
垂直于纸面向里
3
向上
4
垂直于纸面向外
2.实验结果记录表
问题探究
N
电流的方向：垂直于纸面向外
记录1
实验1
问题探究
N
电流的方向：垂直于纸面向里
记录2
实验2
问题探究
电流的方向：垂直于纸面向里
记录3
实验3
问题探究
S
电流的方向：垂直于纸面向外
记录4
实验4
问题探究
实验次数
磁场方向
电流方向
安培力的方向
1
向下
垂直于纸面向外
2
垂直于纸面向里
3
向上
4
垂直于纸面向外
水平向右
水平向左
水平向右
水平向左
实验结果
问题探究
演示1：磁场方向：向下
电流方向：向外
受力方向：向右
演示2：磁场方向：向下
电流方向：向内
受力方向：向左
演示3：磁场方向：向上
电流方向：向内
受力方向：向右
演示4：磁场方向：向上
电流方向：向外
受力方向：向左
结果分析
左手定则：伸开左手，大拇指跟其余四指垂直，并且跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手
心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向就是直导线所受安培力的方向。
问题探究
F
I
B
F
I
B
B
I
30°
F
F
I
I
I
B
B
B
例1.判断安培力的方向
F=0
F=0
典例精析
例2.画出图中通电导线棒所受安培力的方向。
F
F
F
平面图－－侧视图
典例精析
思考：平行通电导线间是相互吸引还是相互排斥？
问题探究
1.同向电流相互吸引
2.反向电流相互排斥。
结论:
F
F
F
同向电流
F
反向电流
试利用左手定则分析他们之间的作用力
问题探究
二、安培力的大小
N
S
I
F＝ILB
当B∥I时
F＝0
当B和I夹角为θ时，F的方向？F的大小
当B⊥I时
N
S
I
N
S
I
θ
问题探究
把磁感应强度B分解为两个分量：
平行于导线的分量B2不对导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定
F=I
L·Bsinθ
通电直导线与磁场方向不垂直的情况怎样处理？
N
S
I
垂直
B1=B
sinθ
平行
B2=B
cosθ
I
B
θ
B2
B1
θ
问题探究
安培力大小公式：
F=ILBsinθ
θ表示磁场方向与电流方向间的夹角
注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场
问题1:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可怎样概括？
说明：
结论：F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直。
问题2：F、B、I一定两两垂直吗？
问题探究
例3.如右图所示的各图中，磁场的磁感应强度大小相同，导线两端点距离均相等，导线中电流均相等，则各图中有关导线所受的安培力的大小的判断正确的是( )
A．d图最大 B．b图最大
C．一样大
D．无法判断
答案： C
典例分析
例4．如图1所示，垂直折线abc中通入I的电流。ab=bc=L，折线所在平面与匀强磁感强度B垂直.abc受安培力等效于ac（通有a→c的电流I）所受安培力，即F1=______，方向同样由等效电流ac判定为在纸面内垂直于ac斜向上，同理可以推知：
如图2所示，半圆形通电导线受安培力F2=
______如图3所示，闭合的通电导线框受安培力F3=______
图1
图3
图2
BIL
2BIL
0
计算安培力的大小时，L是指导线在垂直磁场方向上的有效长度
典例分析
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）。
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
.
三、磁电式电流表
问题探究
［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？
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.
该磁场并非匀强磁场
［问题］该磁场是否匀强磁场？
［问题］该磁场的特点？
问题探究
2、电流表的工作原理
问题探究
2、磁场对电流的作用力与电流成正比，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。
表盘的刻度均匀，θ∝I
问题探究
0
0.02N
水平向右
0.02N
垂直导线，斜向左上方
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
I
B
I
B
30°
I
B
课堂练习
2.如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b的稳定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法：
(
)
（A）适当增大电流I
（B）将电流反向并适当改变大小
（C）适当增大磁场
（D）将磁场反向并适当改变大小
AC
a
b
I
课堂练习
如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中放入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，盐水就会旋转起来．
(1)
猜想一下，盐水转动的方向．
(2)
探究盐水旋转的原因．
思考
问题探究
答案：
(1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时针旋转．
(2)盐水中形成了由圆形电极指向柱形电极的如图所示的电流，由于磁场方向向上，故盐水逆时针旋转．
问题探究(共27张PPT)
第三章
磁
场
第
四
节
通电导线在磁场
中受到的力
一、安培力的方向
1．安培力：通电导线在__________中受的力
2．决定安培力方向的因素：
(1)
_________方向；(2)
_________方向．
3．左手定则：如右图所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且拇指与手掌在同一平面内．让磁感线从_______进入并使四指指向____________，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．
磁场
磁场
电流
掌心
电流的方向
课前预习
4．安培力的特点
与电流方向、磁感应强度的方向都________，即安培力F________于B和I决定的平面．
二、安培力的大小
1．当长为L的导线，垂直于磁场B放置，通过的电流为I时，F＝_________，此时电流受力最大．
2．当磁感应强度B的方向与通电导线_______时，导线受力为零．
垂直
垂直
ILB
平行
课前预习
3．当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时，F＝___________.其中Bsin
θ是B垂直于电流方向的分量．
三、磁电式电流表
1．基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的__________
2．工作原理：如右图所示，磁场的方向总沿着_________均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是________的，保证B的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈平面_______
ILBsinθ
线圈．
径向
相等
垂直
课前预习
当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就_____，螺旋弹簧的形变也就
_______
，I与指针偏角θ成正比，表盘刻度
________(选填“均匀”、“不均匀”)．所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小．
3．优、缺点：优点是_________高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱.
越大
越大
均匀
灵敏度
课前预习
新课教学
一、安培力
1、定义：磁场对电流的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。
实验表明：通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。
思考与讨论
在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？
新课教学
实验结果分析
试画出下述两实验结果的正视图：
B
B
I
F
I
F
新课教学
2、左手定则
实验结论：安培力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电流方向垂直F⊥I，故安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面，即：F安⊥BI平面
伸开左手：
磁感线——垂直穿入手心
四指——指向电流的方向
大拇指——所受安培力的方向
新课教学
思考与讨论
如图所示，当通电导线的电流垂直纸面向外，磁场竖直向上时，导线所受的安培力水平向左，现在若将电流方向和磁场的方向同时反向，则安培力的方向是不是也反向？
B
I
F
B
I
F
结论：当电流方向和磁场方向同时反向时，安培力方向不变。
新课教学
例1.请根据图中给出的条件，运用左手定则，求出各图中第三个物理量的方向．
解题思路
明确两个已知量的方向
左手定则
判断第三个量的方向
甲：F垂直于纸面向里 乙：F垂直于纸面向里
丙：I由左向右 丁：F垂直于I斜向右下方
新课教学
1.如图，直导线通入垂直纸面向里的电流，在下列匀强磁场中，能静止在光滑斜面上的是( )
解析：通电直导线若能静止在光滑的斜面上，其受到的安培力方向应在如图所示范围内,由左手定则判断可知,只有A正确．
答案：A.
新课教学
思考与讨论
前面，我们曾提到两条互相平行的通电直导线，当通以同向电流时互相吸引，而通以反向电流时会互相排斥，试用刚学的知识解释。
A
B
C
D
A的磁场
F安A对B
C的磁场
F安C对D
F安B对A
F安D对C
B的磁场
D的磁场
新课教学
电流之间通过磁场产生的相互作用力
新课教学
二、安培力的大小
（1）I⊥B时，电流所受的安培力最大,F=BIL
（2）I∥B时，电流所受的安培力最小，F=0
（3）当导线方向与磁场方向成θ时，安培力介于最大值和最小值之间：F安=BILsinθ
1、大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，与导线长度成正比，与电流I成正比，即与I和L的乘积成正比。
2、公式：F=BILsinθ
B
I
θ
B⊥
B∥
）
新课教学
对公式F=BIL的理解
（1）B垂直于I,匀强磁场，直导线
（2）不垂直变垂直(分解B，或投影L)
（3）弯曲导线变成直导线，L是有效长度，不一定是导线实际长度
若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。
新课教学
例2.
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( )
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
新课教学
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
思路引导
1.分段分析：0°—90°、90°—180°
2.每一段由电流和磁场方向的夹角判断力的大小
3.每一段由电流与磁场的方向再结合左手定则判断力的方向
答案：D
新课教学
1、电流表的构造
在一个很强的蹄形磁铁的两极间，有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。
蹄形磁铁
铁芯
绕有线圈的铝框
螺旋弹簧
指针
刻度表
三、磁电式电流表
新课教学
1.在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。
2.线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。
新课教学
2、电流表的工作原理
当电流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止转动。
θ
新课教学
(1)线圈中流入的电流越大，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。
(2)流入线圈中的电流方向改变时，线圈上产生的安培力的方向也改变，从而使线圈和指针偏转的方向也改变。根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。
θ=NBIS/k
2、电流表的工作原理
新课教学
电流表的构造和工作原理
3、电流表的特点
(1)灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；
(2)电流表的刻度是均匀的；
(3)电流方向改变，安培力方向也变，线圈朝相反方向转动。
新课教学
思考与讨论
在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后再在玻璃器皿中放入导电液体，例如盐水，若把玻璃器皿放在磁场中，那么液体会转动吗？如果转,电流方向改变时，旋转方向会发生改变吗？
实验视频
新课教学
BCD
1、一根长为0.2m的电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5
T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是（
）
A、0.4N
B、0.2N
C、0.1N
D、0
2、试画出下列各图中安培力的方向：
课堂练习
3、在垂直纸面向里的匀强磁场B中，有一个垂直磁感线的环形线圈，通有顺时针电流I，如图所示，则下列叙述中正确的是
A、环形线圈所受的磁力的合力为零
B、环形线圈所受的磁力的合力不为零
C、环形线圈有收缩的趋势
D、环形线圈有扩张的趋势
答案：AD
课堂练习
4、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线
(
)
A、受到竖直向上的安培力
B、受到竖直向下的安培力
C、受到由南向北的安培力
D、受到由西向东的安培力
答案：A
课堂练习
