1、2.4 通电导线在磁场中受到的力,第1课时 通电导线在磁场中受到的力,一、安培力 1.安培力：_在磁场中受的力。 2.决定安培力方向的因素(1)_方向。(2)_方向。,通电导线,电流,磁感应强度,3.左手定则：如图1所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指_，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从_进入，并使四指指向_的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受_的方向。,4.安培力方向的特点：与电流方向、磁感应强度的方向都_，即安培力F垂直于_所决定的平面。 5.安培力的大小：当磁感应强度与通电导线之间的夹角为时安培力的大小F_。(1)当通电导线与磁感线垂直时，所受的安培力最大，F_。(2
2、)当通电导线与磁感线平行时，所受安培力F_。,图1,垂直,电流,掌心,安培力,B和I,垂直,BILsin ,ILB,0,思考判断(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同。( )(2)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直。 ( )(3)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直。 ( )(4)不通电的导线在磁场中一定不受安培力。 ( )(5)通电的导线在磁场中一定受安培力。 ( )(6)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大。 ( ),二、磁电式电流表 1.构造：_、线圈、螺旋弹簧、极靴等。 2.原理：通电线圈在磁场中受到_而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就
3、_，根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向。 3.优缺点：优点是灵敏度高，可以测出_的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。,磁铁,安培力,越大,很弱,利用左手定则判断安培力的方向,1.左手定则的应用当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直。应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直。,要点归纳,2.安培定则与左手定则的区别,3.电流间的作用力(1)直线电流之间作用规律：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。原因分析：如图2甲所示，根据安培定则可知电流I1的磁场在I2处的方向垂直纸面向里，再应用左手定则可以判断出
4、I2受到的安培力方向向左，同理可以得出电流I1受力方向向右，所以两同向电流相互吸引。同样可得出两反向电流相互排斥。,图2,(2)环形电流之间 两平行的环形电流，若电流绕向相同(如图乙所示电流)，则相互吸引，若方向相反则相互排斥。 通电螺线管可以看作很多平行的同向环形电流，所以各匝之间相互吸引。,例1 如图3所示，一导体棒ab静止在U形铁芯的两臂之间。电键闭合后导体棒受到的安培力方向( )图3A.向上 B.向下 C.向左 D.向右,精典示例,解析 根据图中的电流方向，由安培定则知U形铁芯下端为N极，上端为S极，ab中的电流方向由ab，由左手定则可知导体棒受到的安培力方向向右，选项D正确。,答案
5、D,针对训练1 画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。,解析 无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则。 答案 如图所示,安培力的大小计算,(3)若磁场和电流成角时：如图4所示。可以将磁感应强度B正交分解成BBsin 和BBcos ，而B对电流是没有作用的。FILBILBsin ，即FILBsin 。,1.对公式FILBsin 的理解(1)当B与I垂直时，90，F最大，FILB；(2)当B与I平行时，90，F0。,要点归纳,图4,2.公式FILB中L指的是“有效长度”弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度；相应的电流沿L由始端流向末端特别提醒 (1)公
6、式FILBsin 中的是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析。(2)公式FILBsin 中的Lsin 也可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”。(3)安培力公式适用于电流处于匀强磁场中。,例2 如图5所示，长度为10 cm的一段直导线AB，与磁场方向垂直地放置在磁感应强度B3102 T的匀强磁场中。今在导线中通以10 A的电流，方向自B向A，导线以固定点O为转动轴(设OA3OB)，由图中位置按顺时针方向转过60角时，求：图5,精典示例,(1)导线受到的磁场力的大小和方向； (2)如果在AB的竖直面上，导线AB从图中位置以O点为转动轴，由纸面向外转30角时，情况
7、又如何？ 思路探究 解答本题可按以下思路分析： (1)用左手定则判断安培力方向。 (2)用安培力公式FILBsin 求解。 (3)明确问题中B与I的夹角。,解析 (1)导线所受磁场力的大小FBILsin 3102100.1cos 60 N1.5102 N，方向垂直于纸面向外。 (2)导线所受磁场力的大小FBILsin 3102100.1sin 90 N3102 N，力的方向与导线垂直，且与原AB方向成120指向纸外。 答案 (1)1.5102 N，方向垂直于纸面向外 (2)3102 N，方向与导线垂直，且与原AB方向成120指向纸外,针对训练2 长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，
8、电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是( )解析 A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故FBILcos ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，B错误；C图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，C错误；D图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，D错误。答案 A,解决安培力作用下的平衡问题与一般物体平衡方法类似，只是多画出一个安培力。一般解题步骤为： (1)明确研究对象。 (2)把立体图画成平面图。 (3)受力分析，然后根据平衡条件F合0列方程。,安培力作用下导体的平衡,要点归纳,图6,精典示例,解析 当滑动变
9、阻器R接入电路的阻值较大时，I较小，安培力F较小，金属棒在重力沿斜面的分力mgsin 作用下有沿斜面下滑的趋势，导轨对金属棒的摩擦力沿斜面向上，如图所示。金属棒刚好不下滑时有ILBmgcos mgsin 0,当滑动变阻器R接入电路的阻值较小时，I较大，安培力F较大，会使金属棒产生沿斜面上滑的趋势，此时导轨对金属棒的摩擦力沿斜面向下，如图所示。金属棒刚好不上滑时有,在涉及杆或棒的受力分析时应注意 (1)必须先将立体图转换为平面图，然后对物体进行受力分析，要注意安培力方向的确定，最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程。 (2)注意静摩擦力可以有不同的方向，因而求解结果是一个范围。,针对训练3 (
10、多选)如图7所示，在倾角为的光滑斜面上，放置一根长为L，质量为m，通电电流为I的导线，若使导线静止，应该在斜面上施加匀强磁场B的大小和方向为( ),图7,解析 根据电流方向和所给定磁场方向的关系，可以确定通电导线所受安培力，又因为导线所受重力G和支持力FN，受力分析如图所示。,答案 AC,答案 A图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里。(图略),1.(安培力的方向)如图所示，其中A、B图已知电流方向及其所受安培力的方向，试判断并在图中标出磁场方向。C、D图已知磁场方向及安培力的方向，试判断电流方向并在图中标出。,2.(安培力的大小)如图所示在匀
11、强磁场中有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，求各导线所受的安培力的大小。,3.(磁电式仪表)如图8甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则当线圈处在图乙所示位置时，下列说法正确的是( )图8,A.该磁场是匀强磁场 B.该线圈的磁通量为BL2 C.a导线受到的安培力方向向下 D.b导线受到的安培力大小为ILB 解析 该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，A错误；线圈此时的位置与磁感线平行，故磁通量为零，B错误；a导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力方向向上，C错误；导线b与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为ILB，D正确。 答案 D,4.(安培力作用下的物体平衡)如图9所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽为L。有大小为B的匀强磁场，方向垂直导轨面，金属杆长为L，质量为m，水平放在导轨上。当回路中通过电流时，金属杆正好能静止。求电流的大小为多大？ 磁感应强度的方向如何？图9,
