高中物理 選修3-1 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力

重慶市石柱中學(xué)校姚國均安培力

第1課時(shí)2023/12/121知識(shí)回顧如何描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱？2023/12/122安培力的方向1、定義：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱為安培力，是為了紀(jì)念安培而命名的。

實(shí)驗(yàn)表明：通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力方向與電流方向和磁場(chǎng)方向有關(guān)。思考

安培力的方向可能與哪些因素有關(guān)呢？2023/12/123實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析試畫出下述兩實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正視圖：BBIFIF2023/12/124F、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(chǎng)方向垂直，即垂直于電流和磁場(chǎng)所在的平面左手定則：伸開左手,使拇指與其余四個(gè)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(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向遵循左手定則BIF再次提醒：一定要使用左手！2023/12/125FIBFIBααBBIFαBI30°FFIIIBBB安培力方向的判斷2023/12/126問題：如圖所示，兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會(huì)通過磁場(chǎng)發(fā)生相互作用請(qǐng)使用剛學(xué)過的知識(shí)解釋本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。結(jié)論:2023/12/127（1）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下，導(dǎo)線所受安培力F等于磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)：BθI安培力的大小2023/12/128IB把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：一個(gè)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(duì)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(chǎng)方向不垂直的情況安培力的大小2023/12/129公式：F=NBILsinθθ表示磁場(chǎng)方向與電流方向間的夾角,N為線圈匝數(shù)或?qū)w棒的根數(shù)。注：在中學(xué)階段，此公式僅適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)問題1:若B與I不垂直時(shí)，F(xiàn)安與B和I方向關(guān)系可以概括為哪句話？這時(shí)左手定則對(duì)磁感應(yīng)線有何要求？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。問題2：F、B、I一定兩兩垂直嗎？安培力的大小2023/12/1210重慶市石柱中學(xué)校姚國均安培力

第2課時(shí)2023/12/1211試畫出下列各圖中通電導(dǎo)體棒ab所受安培力的方向：知識(shí)回顧2023/12/1212LF=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。2023/12/1213安培力作用下導(dǎo)體的平衡1、根據(jù)平衡條件做好受力分析，畫出受力示意圖，一般畫平面圖，2、必要時(shí)結(jié)合閉合電路歐姆定律等進(jìn)行分析解答。2023/12/1214例1：如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)兩根細(xì)線被拉緊，現(xiàn)要想使兩根細(xì)線對(duì)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(chǎng)（D）將磁場(chǎng)反向并適當(dāng)改變大小ACabI2023/12/1215自由固定FF

˙××××××˙˙˙˙˙兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì)例2：2023/12/1216如圖所示，蹄形磁體用懸線懸于O點(diǎn)，在磁鐵的正下方有一水平放置的長直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時(shí)，蹄形磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況將是()GGLX鞏固練習(xí)A．靜止不動(dòng)B．向紙外平動(dòng)C．N極向紙外，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)D．N極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)C2023/12/1217磁場(chǎng)中某處的磁感線如圖所示()A.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等,Ba>BbB.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)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)2023/12/1218如圖所示，向一根松弛的導(dǎo)體線圈中通以電流,線圈將會(huì)()A.縱向收縮,徑向膨脹B.縱向伸長,徑向膨脹C.縱向伸長,徑向收縮D.縱向收縮,徑向收縮縱向AGGLX鞏固練習(xí)2023/12/121912、如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則（）A．磁鐵對(duì)桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用B．磁鐵對(duì)桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用C．磁鐵對(duì)桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用D．磁鐵對(duì)桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用

A課堂練習(xí)2023/12/12201、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(gè)整體可以轉(zhuǎn)動(dòng)。.磁電式電流表2023/12/1221電流表構(gòu)造中最大的特點(diǎn)就是在蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)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(dòng)過程中，其平面始終與磁場(chǎng)平行，即受到安培力的線框中的兩邊始終與磁場(chǎng)垂直。2023/12/12222、電流表的工作原理如圖所示，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，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(dòng)，從而使螺旋彈簧被扭動(dòng)。當(dāng)安培力產(chǎn)生的力矩和彈簧的扭轉(zhuǎn)力矩相平衡時(shí)，線圈才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。θ2023/12/1223由于安培力與電流成正比，當(dāng)線圈中流入的電流越大時(shí)，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(cè)電流的強(qiáng)弱。由左手定則可知，當(dāng)流入線圈中的電流方向改變時(shí)，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(cè)電