三中通電導(dǎo)線在磁場中受力

第3章第4節(jié)

通電導(dǎo)線在磁場中受到的力一、知識回顧如何描述磁場強弱？安培力(Ampereforce)的方向1、定義：磁場對電流的作用力稱為安培力，是為了紀(jì)念安培而命名的。

實驗表明：通電導(dǎo)體在磁場中受力方向與電流方向和磁場方向有關(guān)。思考與討論

在電場中，電場強度的方向就是正電荷所受電場力的方向。那么，在磁場中，磁感應(yīng)強度的方向是不是通電導(dǎo)體在磁場中的受力方向呢？實驗結(jié)果分析試畫出下述兩實驗結(jié)果的正視圖：BBIFIFF、B、I方向關(guān)系BIF示意圖安培力方向既與電流方向垂直又與磁場方向垂直，即垂直于電流和磁場所在的平面左手定則：伸開左手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感應(yīng)線從掌心進(jìn)入,并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向遵循左手定則BIF示意圖再次提醒：一定要使用左手！IBFFIBFIBIBF二、安培力方向的判斷FIBFIBααBBIFαBI30°FFIIIBBB二、安培力方向的判斷問題：如圖所示，兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會通過磁場發(fā)生相互作用請使用剛學(xué)過的知識解釋本實驗結(jié)果。同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。結(jié)論:FFF同向電流F反向電流（1）在勻強磁場中，在通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直的情況下，導(dǎo)線所受安培力F等于磁感應(yīng)強度B、電流I和導(dǎo)線的長度L三者的乘積。問題:如果既不平行也不垂直呢？即：（2）平行時：BθI三、安培力的大小IB把磁感應(yīng)強度B分解為兩個分量：一個分量與導(dǎo)線垂直B1=Bsinθ另一分量與導(dǎo)線平行B2=Bcosθ平行于導(dǎo)線的分量B2不對通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B1決定即F=ILB1F=ILBsinθθB2B1將B1=Bsinθ代入得通電直導(dǎo)線與磁場方向不垂直的情況三、安培力的大小公式：F=ILBsinθθ表示磁場方向與電流方向間的夾角

注：在中學(xué)階段，此公式僅適用于勻強磁場問題1:若B與I不垂直時，F(xiàn)安與B和I方向關(guān)系可以概括為哪句話？這時左手定則對磁感應(yīng)線有何要求？三、安培力的大小結(jié)論：F一定與B垂直，一定與I垂直。但B與I不一定垂直?！鶈栴}2：F、B、I一定兩兩垂直嗎？LF=BILF=BIL中的L為有效長度LLL思考與討論試指出下述各圖中的安培力的大小。贏在課堂73頁例題：如圖所示，在勻強磁場中用兩根柔軟的細(xì)線將金屬棒ab懸掛在水平位置上，金屬棒中通入由a到b的穩(wěn)定電流I，這時兩根細(xì)線被拉緊，現(xiàn)要想使兩根細(xì)線對金屬棒拉力變?yōu)榱悖刹捎媚男┓椒ǎ?)（A）適當(dāng)增大電流I（B）將電流反向并適當(dāng)改變大?。–）適當(dāng)增大磁場（D）將磁場反向并適當(dāng)改變大小ACabI00.02N水平向右0.02N垂直導(dǎo)線，斜向左上方將長度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一勻強磁場中，電流與磁場的方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強度為1T。試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向IBIB30°IBGGLX鞏固練習(xí)

自由固定FF

˙××××××˙˙˙˙˙

解析：兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢例題兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中ab固定，cd可以自由活動，當(dāng)通以如圖所示電流后，cd導(dǎo)線將（）A.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近abB.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開abC.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開abD.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近ababcd磁場中某處的磁感線如圖所示()A.a、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等,Ba>BbB.a、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等,Ba<BbC.同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處大D.同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處小abBGGLX鞏固練習(xí)答案：(1)通過左手定則判定，鹽水從上向下看逆時針旋轉(zhuǎn)．(2)鹽水中形成了由圓形電極指向柱形電極的如圖所示的電流，由于磁場方向向上，故鹽水逆時針旋轉(zhuǎn)．1、磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。鐵芯、線圈和指針是一個整體可以轉(zhuǎn)動。.四、磁電式電流表閱讀書上93頁。3分鐘電流表構(gòu)造中最大的特點就是在蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻向分布的（即沿直徑方向分布），如圖所示。這樣的構(gòu)造使得線框在轉(zhuǎn)動過程中，其平面始終與磁場平行，即受到安培力的線框中的兩邊始終與磁場垂直。電流表的構(gòu)造電流表的工作原理如圖所示，當(dāng)電流通過線圈時，線圈上跟軸線平行的兩邊在安培力作用下，使線圈繞軸線轉(zhuǎn)動，從而使螺旋彈簧被扭動。當(dāng)安培力產(chǎn)生的力矩和彈簧的扭轉(zhuǎn)力矩相平衡時，線圈才停止轉(zhuǎn)動。θ由于安培力與電流成正比，當(dāng)線圈中流入的電流越大時，線圈上產(chǎn)生的安培力越大，線圈和指針轉(zhuǎn)過的角度也越大。因此，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測電流的強弱。由左手定則可知，當(dāng)流入線圈中的電流方向改變時，線圈上產(chǎn)生的安培力的方向也改變，從而使線圈和指針偏轉(zhuǎn)的方向也改變。所以，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測電流的方向。電流表的工作原理θ=NBIS/k電流表的特點1、靈敏度高，可以測量很弱的電流，但是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很小；2、電流和安培力成正比，所以電流表的刻度是均勻的；3、電流方向改變，安培力方向也改變，線圈朝相反方向轉(zhuǎn)動。關(guān)于磁場對通電直導(dǎo)線的作用力,下列說法正確的是()A.通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用B.通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟磁場方向垂直C.通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流方向垂直D.通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面BCD如圖所示，導(dǎo)線abc為垂直折線,其中電流為I,ab=bc=L,導(dǎo)線拓在的平面與勻強磁場垂直,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,求導(dǎo)線abc所受安培力的大小和方向.abcABD2、下列說法中正確的是（）A、電荷處在電場強度為零的地方，受到的電場力一定為零B、一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強度為零的地方，受到的安培力一定為零C、一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力的作用，則該處磁感應(yīng)強度為零D、電荷在某處不受電場力的作用，則該處電場為零課堂練習(xí)BCD

3、一根長為0.2m的電流為2A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強度為0.5T的勻強磁場中，受到的安培力大小可能是（）A、0.4N B、0.2N C、0.1N D、0×4、試畫出下列各圖中安培力的方向：課堂練習(xí)5、試畫出下列各圖中通電導(dǎo)體棒ab所受安培力的方向：課堂練習(xí)D

9、兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中AB固定，CD可自由活動，當(dāng)通以如圖所示電流后，CD導(dǎo)線將（）A、順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近AB B、逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開ABC、順時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開AB D、逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近AB課堂練習(xí)

11、下列措施可以提高電流表線圈的靈敏度的是（注：電表的靈敏度可以表示為θ/I=NBS/k）（）

A、增加線圈的匝數(shù)；

B、增強磁極間的磁感應(yīng)強度；

C、減小線圈的電阻；

D、換用不易扭轉(zhuǎn)的彈簧AB課堂練習(xí)14、如圖所示，兩平行光滑導(dǎo)軌相距0.2m，與水平面夾角為45°，金屬棒MN的質(zhì)量為0.1kg，處在豎直向上磁感應(yīng)強度為1T的勻強磁場中，電源電動勢為6V，內(nèi)阻為1Ω，為使MN處于靜止?fàn)顟B(tài)，則電阻R應(yīng)為多少？(其他電阻不計)θNBGFNF安課堂練習(xí)練習(xí)如圖，在傾角為30o的斜面上，放置兩條寬L＝0.5m的光滑平行導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上橫放一根質(zhì)量為m＝0.2kg的金屬棒ab，電源電動勢E＝12V，內(nèi)阻r＝0.3Ω，磁場方向垂直軌道所在平面，

B＝0.8T。欲使棒ab在軌道上保持靜止，滑動變阻器的使用電阻R應(yīng)為多大？解：對導(dǎo)體棒受力分析可得：mgsin30°=BIL解得：

有閉合電路的歐姆定律可得：

代入數(shù)據(jù)解得：R=47.7Ω答：滑動變阻器的使用電阻R應(yīng)為47.7Ω練習(xí)：如圖所示，在勻強磁場中用兩根柔軟的細(xì)線將金屬棒ab懸在水平位置上，已知金屬棒長為L=0.5m,質(zhì)量m=0.01kg,B=0.4T,欲使懸線的張力為零，求金屬棒中的電流的大小與方向？（g=10m/s2)如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L＝0.40m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ＝37°，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強度B＝0.5T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場．金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E＝4.5V、內(nèi)阻r＝0.50Ω的直流電源．現(xiàn)把一個質(zhì)量m＝0.040kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止．導(dǎo)體棒