《磁场对通电导线的作用力 》课件

3.4磁场对通电导线的作用力第三章：磁场回顾：◆安培定则（右手螺旋定则）1．判断直线电流周围的磁场：大拇指方向---四指弯曲方向---电流方向周围磁感线的环绕方向2．判断环形电流(或通电螺线管)周围的磁场：四指弯曲方向—环形电流方向大拇指方向—(螺线管)中心磁场方向I◆各种磁场磁感线分布：1、条形磁铁2、蹄型磁铁3、直线电流磁场安培定则4、环形电流磁场5、通电螺线管安培定则安培定则磁场对电流的作用力通常称为安培力◆I∥B时：F安=0◆I⊥B时：F安最大◆I与B斜交时：0＜F安＜F安最大B为了简便起见，我们研究导线方向与磁场方向垂直时的情况.（导线垂直磁场放置）实验明：FA安培力的大小与导线放置有关,在同一磁场中:猜想：安培力的大小与什么因素有关?实验探究:在同一磁场中某处,保持导线与磁场方向垂直:安培力实验FA与I、L、B有关(1)保持导线通电部分的长度不变，改变电流I的大小.(2)保持电流不变，改变导线通电部分的长度.◆通电导线所受安培力:F∝I◆通电导线所受安培力:F∝LF∝IL发现：在同一磁场中，不管I、L如何改变，比值B总是是一个常量.但是在不同磁场中，比值B一般是不同的.B是由磁场本身决定的调换电流方向调换磁场方向实验:◆安培力F总垂直于磁感线和通电导线所在的平面①平伸左手，拇指与四指在同一平面内，拇指与四指垂直②磁感线垂直穿入手心③四指指向电流方向，这时拇指指向就是安培力的方向一、安培力的方向的判断:左手定则FFFF例1.判断安培力的方向F例题1判定以下通电导线所受安培力的方向ABCD典型例题巩固练习30°IIIBBB练习1判定以下通电导线所受安培力的方向例题2典型例题已知磁场方向与通电导线垂直，请画出图中第三个物理量的方向。××××××××××××××××I练习2巩固练习已知磁场方向与通电导线垂直，请画出图中第三个物理量的方向。例题3学会从立体图演变成平面图。典型例题I练习3画出图中通电导线棒所受安培力的方向。巩固练习ABA的磁场BABB的磁场AFABFAB安培定则左手定则例2.分析同向电流为什么会相互吸引？两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势.例3二、磁场对电流的作用力——安培力1、安培力的大小①计算公式：F=BIL②适用条件：1)在匀强磁场中:●B与I垂直时：F=BIL●B与I平行时：F=0●B与I成一夹角时：θ越大，F越大。导体与磁场成θ角时：F＝BILsinθF=ILBsinθ2)在非匀强磁场中,公式:F=BIL适用于很短的一段通电导线。例4.如图所示，金属杆ab质量为m，长为L，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，结果ab静止且紧压于水平导轨上。若磁场方向与导轨平面成θ角，求(1)棒ab受到的摩擦力(2)棒对导轨的压力解：画其截面图，如图所示，θ由受力平衡可得：沿水平方向：F1=f---①沿竖直方向：F2+N=Mg---②即:BILsinθ=f---③BILcosθ+N=mg---④解得摩擦力f=BILsinθ导轨对棒的支持力N=mg-BILcosθ由牛三压力为:mg-BILcosθ如下图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬在水平位置上，已知金属棒长为L=0.5m,质量m=0.01kg,B=0.4T,欲使悬线的张力为零，求金属棒中的电流的大小与方向？（g=10m/s2)典型例题例题5：电流由a流向b课外作业解：欲使悬线张力为零，由题意分析知，安培力应与重力平衡，金属棒受力如图F=mg----(1)方向向上，由安培力公式得:F=BIL---(2)由(1)(2)得：由左手定则知，电流由a流向b课外作业例5.如图所示，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和框宽均为L，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。电键闭合后，在磁场力作用下铜棒被平抛出去，下落h后落在水平面上，水平位移为s。求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q。解析：闭合电键后的极短时间内，铜棒受安培力向右的冲量FΔt=mv0而被平抛出去，其中F=BIL，而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量Q=IΔt，由平抛规律可算铜棒离开导线框时的初速度:最终可得:例6.如图所示，质量为m＝50g的铜棒长L＝10cm，用长度也是L的两根轻软导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝1/3T，通电后棒向外偏转的最大角度θ＝37°，求此棒中电流的大小为多少？分析:铜棒向外偏转过程中，导线的拉力不做功，F做功为：◆电流表是测定电流强弱和方向的电学仪器．一.磁电式电流表的构造:a、磁性很强的蹄形磁铁b、圆柱形铁芯c、套在铁芯上可绕轴转动的铝框d、绕在铝框上的线圈e、铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针．三、电流表的结构最基本的是磁铁和线圈。◆铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动.1.线圈的导线处于蹄形磁铁和圆柱铁芯间均匀辐向分布的磁场中.［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？电流表中磁铁与铁芯之间磁场是均匀辐向分布的.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.◆该磁场并非匀强磁场,但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.三、电流表的结构设导线所处位置磁感应强度大小为B，线框长为L、宽为d、匝数为n，当线圈中通有电流I时，安培力对转轴产生力矩：M=F·d，其中安培力的大小为：F=nBIL，故安培力的力矩大小为：M1=nBILd，·当线圈发生转动，不论通电线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，如图所示，安培力的力矩不变．当线圈转过θ角（指针偏角也为θ）时，两弹簧产生阻碍线圈转动的扭转力矩M2，又材料性质知道，扭转力矩M2=Kθ，根据力矩平衡M1=M2，得出：M1=nBIS三、电流表的结构通电线圈在磁场中受到的力矩—磁力矩俯视图结论:当线框平面与磁场平行时，磁力矩最大(M=nBIs)；当线框平面与磁场垂直时，磁力矩最小。其中对同一个电流表来说:K.n.B.L.d是一定的，因此I．I=Kθ/nBLd所以通过偏角θ的值可以反映电流I值的大小，且电流刻度是均匀的．当θ取最大值时，通过电流表的电流最大，称为满偏电流Ig，所以使用电流表时应注意不要超过满偏电流Ig．θ∝I：在表头刻度盘上标出电流值就可以测量电流了。三、电流表的结构例7.要想提高磁电式电流表的灵敏度，可采取的办法有（）A．增加线圈匝数B．增加永久磁铁的磁感应强度C．换用弹性较强的扭转弹簧，增大反抗力D．增大线圈的面积解析：当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈发生转动的力矩平衡时，线圈停止转动，（即：Kθ=nBIS）可得：θ=nBIS/K,可见，电流表的灵敏度将随着线圈匝数n，线圈的面积S及磁感应强度B的增大而提高，随着螺旋弹簧扭转系数K的增大而降低，故选项A、B、D正确。：A、B、D在电流表中通入相同的电流时，线圈的偏转角越大，灵敏度越高，所以，不能认为给线圈中通较大电流时也会提高电流表的灵敏度，同时也表明灵敏度越高的电流表，越容易被烧坏，在使用时我们要注意这点。强化训练练习1：NS导线将如何运动？强化训练强化训练练习2：如图，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根直导线MN，导线与磁场垂直，给导线通以由N向M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.磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用C.磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用D.磁铁对桌面的压力增大，不受桌面摩擦力作用强化训练如下图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，通入导线的电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力。强化训练练习3：强化训练长度为20cm的通电直导线放在匀强磁场中，电流的强度为1A，受到磁场作用力的大小为2N，则磁感应强度B为（）A、B＝10TB、B≥10TC、B≤10TD、不能确定B强化训练强化训练练习4：如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为0.5m，质量为0.1kg的金属棒MN，此时弹簧伸长10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方向如何？强化训练练习5：强化训练练习6：如图，在倾角为30o的斜面上，放置两条宽L＝0.5m的光滑平行导轨，在导轨上横放一根质量为m＝0.2kg的金属棒ab，电源电动势E＝12V，内阻r＝0.3Ω，磁场方向垂直轨道所在平面，已知B＝0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻R应为多大？强化训练