磁场对通电导线的作用力(上课用).ppt

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,如,图所示，环形导线周围有三只小磁针,a,、,b,、,c,，闭合开关,S,后，三只小磁针,N,极的偏转方向是（,）,A,、全向里,B,、全向外,C,、,a,向里，,b,、,c,向外,D,、,a,、,c,向外，,b,向里,D,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,导线的长度,L,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：,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,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,310,5,T,710,5,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,I,3,.,当电流与磁场方向不垂直时,:,I,B,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,另一分量与导线平行,B,2,=,Bcos,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,I,3,.,当电流与磁场方向不垂直时,:,I,B,B,2,B,1,即,F=ILB,1,将,B,1,=,Bsin,代入得,F=,ILBsin,二,.,安培力的大小计算,F=,B,IL,电流与磁场方向夹角为,时：,F=ILBsin,(,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=B,I,L,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,I2),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,B,B,I,F,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,AF,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，,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,，简称磁通,公式,:,BS,单位：韦伯 简称韦符号：,Wb,1Wb=1Tm,2,适用条件：匀强磁场并且,B,与,S,垂直,磁通量,理解：,由,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。,B,与,S,垂直时，,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,，,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当,B,与,S,平行时，没有磁感线穿过面积,S,，磁通量为零,d,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,SB,，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,=BS,当,BS,时,磁通量最小,=0,当磁场,B,与面积,S,不垂直,2,3,B,、,1,2,=,3,C,、,1,2,3,D,、,1,2,=,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,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,F,N,mg,mg,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,I,mg,B,方向垂直斜面向上,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,1,，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,=0.2,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,0.3,，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,课堂小结,1,、安培力的方向,左手定则,2,、安培力的大小,通电导线与磁场方向,垂直,时,：,F=,_,通电导线与磁场方向,平行,时,：,F=,_,通电导线与磁场,夹角为,时,：,F=,_,通电导线在磁场中受到的力,