磁场对通电导线的作用力上课用课件

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,高中物理课件,,磁场对通电导线的作用,---,安培力,,,,,,,第二节,,安培力,：,磁场对电流,(,通电导线,),的作用,,,力称为安培力，是为了纪念法,,,国物理学家安培而命名的通电导线在磁场中要受到力的作用,通电导体在磁场中受的安培力大小与哪些因素有关呢,？,安培力的方向是怎样的？,,受安培力最大,受安培力为零,受安培力介于零和最大值,说明：安培力与放置情况有关,,大量实验证明：安培力还与,①导线的长度,L,②,电流的大小,I,,,,实验：,三块相同的磁铁并排放置，可认为,磁极间的磁场是均匀的将一根直导线悬挂在磁铁的两极间，有电流通过时导线将,摆动一个角度，,通过这个角度可以比较导线所受安培力的大小1,）,L,不变，改变,I,,（,2,）,I,不变，改变,L,实验发现：,②,在同一磁场中，,电流一定时，通电导线越长，导线所受安培力越大精确的实验表明，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的,长度,L,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,,。

用公式表示为,：,F=BIL,,B,是比例系数,①,在同一磁场中，,通电导线,长度一定时，电流越大，导线所受安培力越大；,二、 磁感应强度,,1,、 讨论,比值,,的情况,,：,,对于不同的磁场，比例关系都成立，,,但在不同的磁场中，比例系数,B,不一样2,、定义：,比值,,叫,磁感应强度3,、定义式,：,,,4,、物理意义：,反映磁场的强弱,,5,、磁感应强度,B,由磁场本身决定，与,F,和,IL,无关，不成正反比关系,,6,、单位：,,在国际单位制中，,,磁感应强度的单位是,特斯拉,，简称,特,，国际符号是,T,,1T,的物理意义：,7,、,B,的一般大小：,,常见的地磁场磁感应强度约是,3×10,－,5,T,～,7×10,－,5,T,，永磁铁,磁极附近,的磁感应强度约是,10,－,3,T,～,1T,8,、方向：,,磁场的方向即为该点的磁感应强度的方向,磁场的方向： 小磁针静止时,N,极所指的方向,,,,沿磁感线的切线方向,,,,磁感应强度,B,是矢量，有大小有方向,,,二.安培力的大小计算,1.当电流与磁场方向垂直时:,F =,B,IL,,I,B,,,I,,×,B,,F =,B,IL直接使用求解,适用于匀强磁场,2.当电流与磁场方向平行时:,,,,F = 0 即：,安培力为零,B,θ,I,3.当电流与磁场方向不垂直时:,I,B,θ,B,2,B,1,把磁感应强度,B,分解为两个分量：,一个分量与导线垂直 B,1,=Bsin,θ,另一分量与导线平行 B,2,=Bcos,θ,平行于导线的分量,B,2,不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由,B,1,决定,B,θ,I,3.当电流与磁场方向不垂直时:,I,B,θ,B,2,B,1,即F=ILB,1,将B,1,=Bsin,θ,代入得,F=ILBsin,θ,二.安培力的大小计算,F =,B,IL,,电流与磁场方向夹角为θ时：,F = ILBsinθ,(θ为B与L的夹角),,适用于匀强磁场,除此之外还要注意计算时L应为有效长度（举例）,L,F=B,I,L,F=BIL,中的,L,为,有效长度,，当导线弯曲时，,L,是导线两端点的连线长度,,,闭合通电线圈安培力为零,L,L,L,B,B,,,,I,,F,B,B,1,、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,磁感线垂直从掌心穿过,,,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,三.安培力的方向,安培力方向的判断,—,左手定则,（,1,）伸开左手，使大拇指与四指,垂直,，并且在,同一个平面,内；,,（,2,）让,磁感线,从掌心进入,，并使,四指,指向,电流的方向,；,,（,3,）,大拇指,所指的方向就是通电导线在磁场场中所受,安培力的方向,。

掌法,指法,结论,安培力,F,的方向既垂直于磁场,B,方向，又垂直于电流方向，,安培力,垂直于电流与磁场所在平面！,,,,B,I,(1),,,B,,,,I,(2),F,F,,,,,B,,I,F,,B,I,F,,I,B,（,3,）,（,4,）,×,×,×,×,×,×,×,×,×,,I,B,F,,I,B,（,6,）,（,5,）,I,,×,B,F,垂直向外,垂直向里,F,B,,,I,B,F,,I,B,I,,,,I,F,,,,,,,,,,,,,,,,,,F,I,B,B,B,α,α,B,B,,I,F,α,,判定以下通电导线所受安培力的方向,,B,,,×,B,F,b,B,a,,.,F,,F=BIL,.,B,F,B,,.,,F=BIL,×,,b,B,a,,×,B,F,B,B,B,B,,×,B,F,,,前一节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,B,,,C,D,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,的磁场,,F,安,A,对,B,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C,的磁场,,F,安,C,对,D,,F,安,B,对,A,,F,安,D,对,C,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B,的磁场,D,的磁场,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,区别,安培定则,与,左手定则,,,自由,固定,,F,F,,,,,,,,,,,,˙,×,×,×,×,×,×,˙,,˙,˙,˙,˙,,结论：,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，并边转动边靠近。

思考：,如果放在磁场中不是一段通电导线，而是一个通电的矩形线圈，受安培力的情况如何,？,,课本实验讲解,,思考：,如果放在磁场中不是一段通电导线，而是一个通电的矩形线圈,abcd,，会发生什么现象,？,,四. 电流表的原理,,四.电流表的原理,,,（,1,）磁场对电流的安培力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱2,）当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向表盘的刻度均匀，,θ,∝I五、,电动机原理,,2,、电动机基本构造：定子和转子3,、功率有大有小；,,分直流电动机和交流电动机,,4,、应用：,,看插图,直流电动机示意图,6,、磁通量,定义：,在磁感应强度为,B,的匀强磁场当中，有一个与磁场方向,垂直,的平面,S,，,B,和,S,的乘积叫做穿过这个面积的磁通量,Φ,，简称磁通,公式,:,Φ,＝,BS,单位：韦伯 简称韦　符号：,Wb 1Wb=1T,·,m,2,适用条件：匀强磁场并且,B,与,S,垂直,磁通量,理解：,①,由,Φ,＝,BS,，当面积一定时，,B,越大，穿过该面积的磁通量越大，所以可以理解为磁通量在数值上等于穿过这个面的磁感线条数。

即穿过某面的磁感线条数越多，磁通量越大②,B,与,S,垂直时，,Φ,＝,BS,；当,B,与,S,不垂直时，需作出垂直于磁场方向的投影平面,S’,，此时 ，,θ,为平面（倾斜）与垂直磁感线方向的平面的夹角， 即为,S,在垂直于,B,方向的投影，即磁感线穿过的有效面积③当,B,与,S,平行时，没有磁感线穿过面积,S,，磁通量为零,,,d,θ,b,c,a,B,总结：,1.B,是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度,2.公式只适用于S⊥B，若S与B不垂直，则S为垂直与磁场方向的投影面积,当磁场B⊥S垂直,磁通量最大Φ=BS,当,B∥S,时,,,磁通量最小,Φ=0,当磁场,B,与面积,S,不垂直,, Φ

磁通量的变化,磁通量变化Δ,Ф,,＝,Ф,2,－,Ф,1,是某两个时刻穿过某个平面S的磁通量之差，即Δ,Ф,取决于末状态的磁通量,Ф,2,与初状态磁通量,Ф,1,的代数差,磁通量的变化一般有三种形式,,1,、,B,不变，有效面积,S,变化,,2,、,B,变化，,S,不变,,3,、,B,和,S,同时变化,2.如图所示,框架面积为S,框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直,则穿过平面的磁通量为___,若使框架绕OO,’,转过60度角则穿过线框平面的磁通量为________,若从初始位置转过90度角,则穿过线框平面的磁通量为_____,若从初始位置转过180度角,则穿过线框平面的磁通量的变化量为_______,,O,O,’,BS,0.5BS,0,-2BS,课堂训练,课堂训练,3.如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂 直，则穿过两环的磁通量φ,a,和φ,b,大小关系为( ),,A.均向上，φ,a,＞φ,b,,,B. 均向下，φ,a,＜φ,b,,,C. 均向上，φ,a,＝φ,b,,,D.均向下，无法比较,A,如图所示,,,一矩形线框,,,从,.abcd,位置移动到,,a′b′c′d′,位置的过程中,,,关于穿过线框的磁通量情况下列叙述正确的是,(,线框平行于纸面移动,)( ),,A.,一直增加,,B.,一直减少,,C.,先增加后减少,,D.,先增加,,,再减少直到零,,,然后再增加,,,然后再减少,,,a,d,c,b,a′,b′,d′,c′,D,如图所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积S,1,＞S,2,= S,3,，且,“,3,”,线圈在磁铁的正中间。

设各线圈中的磁通量依次为,Ф,1,、,Ф,2,、,Ф,3,则它们的大小关系是( ),,A、,Ф,1,>,Ф,2,>,Ф,3,,,B、,Ф,1,>,Ф,2,=,Ф,3,,,C、,Ф,1,<,Ф,2,<,Ф,3,,,D、,Ф,1,<,Ф,2,=,Ф,3,C,I,a,b,,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= 0.5 m,,质量,m = 0.01kg,B = 0.4 T,,欲使悬线的张力为零，求金属棒中的电流的大小与方向？（,g = 10 m/s,2,),电流由,a,流向,b,【,例,2】,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,,mg,F,I,a,b,【,例,】,在倾斜角为,θ,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,_________.,,F,,×,B,θ,F,N,mg,mg,θ,F,N,F,引申,1,：,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,________.,引申,2,：,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,的最小值为,_________,,方向,________.,mg,F,N,F,θ,,,θ,I,mg,,B,方向垂直斜面向上,,,θ,I,F,B,水平向左,,B,G,F,N,F,【,例题,】,如图所示，两平行光滑导轨相距,0.2,m,，与水平面夹角为,45,°,，金属棒,MN,的质量为,0.1,kg,，处在竖直向上磁感应强度为,1,T,的匀强磁场中，电源电动势为,6V,，内阻为,1Ω,，为使,MN,处于静止状态，则电阻,R,应为多少？,(,其他电阻不计,),【,答案,】,R,=0.2Ω,B,,A,C,B,I,,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,，∠,A=30,度，求三角形框架各边所受的安培力？,【,例,1】,【,例,3】,如图所示，在倾角为,30,o,的斜面上，放置两条宽,L,＝,0.5m,的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，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，,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？（,g,取,10m/s,2,，其它电阻不计）,,,B,E,r,R,a,30°,b,,B,G,F,N,F,反馈练习,5,、将长度为,20cm,，通有,0.1A,电流的直导线放入 匀强磁场中，电流与磁场方向如图，已知磁感应强度为,1T,，试求出下列各图中导线所受的安培力的大小和方向I,B,,I,B,,,,,,,,,,,,,,,,,,30°,I,B,0,0.02N,,水平向右,0.02N,,垂直导线，,,斜向左上方,如图所示导体框中电流为,I,，导体框垂直于磁场放置，磁场磁感应强度为,B,，,AB,与,CD,相距为,d,，则在图甲、乙两种情况下，导体棒,MN,和,MON,受到的安培力为多少？,,(,图乙中,MN,连线垂直于框架,AB,、,CD,),反馈练习,。