(公开课)通电导线在磁场中受到的力.ppt
知识回顾,如何描述磁场的强弱和方向？,3.4 通电导线在磁场中受到的力,一、安培力(Ampere force),1、概念：通电导线在磁场中受到的力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。,实验表明：通电导线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线在磁场中的受力方向呢？,实验结果分析,试画出下述两实验结果的正视图：,F、B、I方向关系,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;让磁感应线从掌心进入,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,2.安培力的方向,再次提醒：一定要使用左手！,左手定则（left-hand rule）,结论：安培力的方向既跟磁场方向垂直FB，又跟电流方向垂直FI，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：,磁感线穿入手心,四指指向电流的方向,大拇指所受安培力的方向,30,I,I,I,B,B,B,安培力方向的判断,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,请使用刚学过的知识解释本实验结果。,同向电流相互吸引。,反向电流相互排斥。,结论:,同向电流,反向电流,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？,结论：当电流方向和磁场方向同时反向时，安培力方向不变。,3.安培力的大小,IB，且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大,（3）实验表明，当导线方向与磁场方向一致时(即IB)，电流所受的安培力最小，等于零；,当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和最小值之间：,（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，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积成正比。,（2）公式：F=BIL,条件：,F安=BILsin,B,B,在实验室中，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。,二、磁电式电流表,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,电流表构造中最大的特点就是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。,这样的构造使得线框在转动过程中，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。,1.电流表的构造,2.电流表的工作原理,如图所示，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。,由于安培力与电流成正比，当线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。,由左手定则可知，当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。所以，根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。,2.电流表的工作原理,=NBIS/k,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）电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；,（3）电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。,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，如图所示，那么液体会转动吗？如果转？往什么方向转？,逆时针旋转,课堂练习,1、关于磁感应强度，下列说法正确的是（）A、由B=F/IL可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线中电流I的减小而增大B、由B=F/IL可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线所受的磁场力F的增大而增大C、通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度不一定为零D、放置在磁场中1m长的通电导线，通过1A的电流，受到的安培力为1N，则该处的磁感应强度就是1T,C,ABD,2、下列说法中正确的是（）A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零,课堂练习,BCD,3、一根长为0.2 m的电流为2 A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、0.2NC、0.1N D、0,4、试画出下列各图中安培力的方向：,课堂练习,5、试画出下列各图中通电导体棒ab所受安培力的方向：,课堂练习,6、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,AD,课堂练习,A,7、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,课堂练习,B,8、把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在水平方向的匀强磁场中，匀强磁场的方向与铝盘平面垂直，盘的下边浸在水银糟内，将转轴和水银用导线直接连在电源的两极上，如图所示，则下列说法正确的是（）A、由于磁场对电流的作用，铝盘将顺时针转动B、由于磁场对电流的作用，铝盘将逆时针转动C、将电源两极对调，铝盘的转动方向不会改变D、将电流及磁场方向同时改 变，铝盘的转动方向改变,课堂练习,D,9、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB固定，CD可自由活动，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ABB、逆时针方向转动，同时离开ABC、顺时针方向转动，同时离开ABD、逆时针方向转动，同时靠近AB,课堂练习,10、试讨论下列各图中通电导体棒ab在不计重力的情况下，将如何运动？,结论:俯视图可知,逆时针转动,同时向下运动。,课堂练习,11、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏度的是（注：电表的灵敏度可以表示为/I=NBS/k）（）A、增加线圈的匝数；B、增强磁极间的磁感应强度；C、减小线圈的电阻；D、换用不易扭转的弹簧,AB,课堂练习,A,课堂练习,12、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（）A磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用,B,课堂练习,13、如图所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝.线罔的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸而.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、磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为(m1-m2)g/NILB、磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg/2NILC、磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为(m1-m2)g/NILD、磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为mg/2NIL,14、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1，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计),课堂练习,安培力的方向,F=BIL,F=BIL中的L为有效长度,思考与讨论,试指出下述各图中的安培力的大小。,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的磁场,C的磁场,B的磁场,D的磁场,
