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磁场对通电导线的作用力

磁场对通电导线的作用力. 一、安培力的方向. 演示： 按照右图所示进行实验。 1 、改变导线中 电流的方向，观察受力方向是否改变。 2 、上下交互磁场的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化。 通过这两种情况的分析，我们实际上已经了解了导线受力的方向与磁场方向、电流方向的关系。你能用简洁的方法表示这个关系吗？. 安培力方向垂直于电流和磁场方向，即垂直于电流和磁场所在的平面。. B. F. B. I. I. I. B. F. B. F. B. B. F. I. α. α. I. α. 判定以下通电导线所受安培力的方向.

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磁场对通电导线的作用力

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Presentation Transcript

  1. 磁场对通电导线的作用力

  2. 一、安培力的方向 演示： 按照右图所示进行实验。 1、改变导线中 电流的方向，观察受力方向是否改变。 2、上下交互磁场的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化。 通过这两种情况的分析，我们实际上已经了解了导线受力的方向与磁场方向、电流方向的关系。你能用简洁的方法表示这个关系吗？

  3. 安培力方向垂直于电流和磁场方向，即垂直于电流和磁场所在的平面。安培力方向垂直于电流和磁场方向，即垂直于电流和磁场所在的平面。

  4. B F B I I I B F B F B B F I α α I α 判定以下通电导线所受安培力的方向

  5. 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。在什么情况下两条导线相互吸引，什么情况下相互排斥？请你运用学过的知识进行讨论并做出预测，然后用实验检验你的预测。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。在什么情况下两条导线相互吸引，什么情况下相互排斥？请你运用学过的知识进行讨论并做出预测，然后用实验检验你的预测。 电流方向相同时，将会吸引; 电流方向相反时，将会排斥。 ?

  6. I I I F F I F F 分析： 电流方向相反 电流方向相同

  7. 二、安培力的大小： （1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。 即：F=ILB 问题：在匀强磁场B中，通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线上的电流为I，导线所受安培力F应怎样求？ （2）平行时：F＝0 平行呢？ 如果既不平行也不垂直呢？

  8. 二、安培力的大小： B I 把磁感应强度B分解为两个分量： 一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ 另一分量与导线平行 B2=Bcosθ 平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定。 即F=ILB1，将B1=Bsinθ代入得： F=ILBsinθ B2 B1 θ

  9. 二、安培力的大小： （1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。 即：F=ILB （2）平行时：F＝0 （3）公式： F=I L B sinθ θ表示磁场方向与电流方向间的夹角 ☻ 在中学阶段，F=I L B sinθ仅适用于匀强磁场

  10. 例1：如图所示，直角三角形ABC组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC＝40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。 C A B I B

  11. 例2：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： （ ） B A、B＝10T B、B≥10T C、B≤10T D、不能确定

  12. 例3：如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b的稳定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法： ( ) a b I AC A、适当增大电流I B、将电流反向并适当改变大小 C、适当增大磁场 D、将磁场反向并适当改变大小

  13. 例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？例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？ B I M N

  14. 安培力作用下物体的运动问题

  15. 例1：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图所示的电流后，判断线圈如何运动？例1：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图所示的电流后，判断线圈如何运动？

  16. 1、电流元分析法

  17. 1、电流元分析法

  18. 法1、电流元分析法

  19. 2、等效分析法 环形电流可等效为小磁针，通电螺线管可等效为条形磁铁。

  20. 例2：如图所示，把一重力不计的通电导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)例2：如图所示，把一重力不计的通电导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看) N S A.顺时针方向转动，同时下降； B.顺时针方向转动，同时上升； C.逆时针方向转动，同时下降； D.逆时针方向转动，同时上升；

  21. 3、特殊位置分析法 F I N S F N S F

  22. 练习、如图所示，在条形磁铁N极附近悬挂一个圆线圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图示的方向流动时，将会出现下列哪种情况？练习、如图所示，在条形磁铁N极附近悬挂一个圆线圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图示的方向流动时，将会出现下列哪种情况？ A．线圈向磁铁平移； B．线圈远离磁铁平移； C．从上往下看，线圈 顺时针转动，同时靠近磁铁； D．从上往下看，线圈逆时 针转动，同时靠近磁铁． ( C )

  23. 4、利用结论法 （1）两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 同向相吸 异向相斥 [设问】若两电流不互相平行，情况将怎样？

  24. 自由 ˙ ˙ ˙ F ˙ ˙ ˙ × × × 固定 × × × F （ 2）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。

  25. 例3、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_______例3、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AB B.逆时针方向转动，同时离开AB C.顺时针方向转动，同时离开AB D.逆时针方向转动，同时靠近AB D

  26. 4、利用结论法： （1）、两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 （2）、两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势。

  27. 安培力作用下物体的平衡问题

  28. 例1、质量为0.5㎏的金属杆在相距1m的水平轨道上与轨道垂直放置金属杆上通以I=4A的恒定电流，如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面，金属杆与轨道间动摩擦因数为0.2，求匀强磁场的磁感应强度B的大小。例1、质量为0.5㎏的金属杆在相距1m的水平轨道上与轨道垂直放置金属杆上通以I=4A的恒定电流，如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面，金属杆与轨道间动摩擦因数为0.2，求匀强磁场的磁感应强度B的大小。

  29. 例2、在倾斜角为a的光滑斜面上,置一通有电流I,长为L,质量为m的导体棒，如图所示,在竖直向上的磁场中静止，则磁感应强度B为_______.例2、在倾斜角为a的光滑斜面上,置一通有电流I,长为L,质量为m的导体棒，如图所示,在竖直向上的磁场中静止，则磁感应强度B为_______.

  30. 变化1：欲使它静止在斜面上,且对斜面无压 力, 外加磁场的磁感应强度B的值为_________, 方向________. mg=BIL B=mg/IL 变化2：欲使它静止在斜面上, 外加磁场的磁感应强度B的最小值为________,方向________. mgsina=BIL B=mgsina/IL 变化3：要使棒静止在斜面上，画出所加磁场磁感应强度方向的可能情况？

  31. 练习、 如图所示，用细线悬挂在匀强磁场中一段通电导线，悬线与竖直方向成30°角，若该导线通过的电流为0.2A，导线长度为0.1m。导线质量为0.02kg。求（1）导线受到的安培力为多大？（2）匀强磁场的磁感应强度？ θ I B m

  32. 例3、质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=370的平行放置的导轨上，导轨的宽度d=0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4，磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图，现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？例3、质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=370的平行放置的导轨上，导轨的宽度d=0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4，磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图，现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？ 0.14A ≤ I ≤ 0.46A

  33. 加 速 类 问 题

  34. 例4、如图所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在垂直导轨平面向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源，电路中有一阻值为R的电阻，其余电阻不计，将质量为m，长度为L的导体棒由静止释放，求导体棒在释放时的瞬时加速度的大小。例4、如图所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在垂直导轨平面向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源，电路中有一阻值为R的电阻，其余电阻不计，将质量为m，长度为L的导体棒由静止释放，求导体棒在释放时的瞬时加速度的大小。

  35. 例5、电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年，澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹的速度约为2km/s），若轨道宽2m，长为100m，通以恒定电流10A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大？磁场力的最大功率为多大？（不计轨道摩擦）例5、电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年，澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹的速度约为2km/s），若轨道宽2m，长为100m，通以恒定电流10A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大？磁场力的最大功率为多大？（不计轨道摩擦） 55T,1.1×107 W

  36. 磁电式电流表

  37. 磁电式电流表的构造：

  38. nBLd q = I k 力矩平衡。

  39. nBLd q = I k 1、电表的指针转过的角度： 2、磁电式仪表的特点 （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。 （4）满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特性。

  40. 磁电式电流表的特点 1、表盘的刻度均匀，θ∝I。 2、灵敏度高，但过载能力差。 3、满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特性。

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