安培力(精华版).ppt

4、磁场对通电导线的作用力安培力实验演示：实验演示：问题一：问题一：观察演观察演示实验发现示实验发现,通电导通电导线的受力方向与磁线的受力方向与磁场方向、电流的方场方向、电流的方向向三者不但不在一三者不但不在一条直线上条直线上,而且不在而且不在一个平面内一个平面内,怎样确怎样确定它的方向呢？定它的方向呢？一、安培力的方向一、安培力的方向FIBIFBFBINSFBFIFBI安培力安培力F、磁感应强度、磁感应强度B、电流、电流I三者的方向关系三者的方向关系:F垂直于电流与磁场所在的平面垂直于电流与磁场所在的平面.而而B与与I不一定不一定垂直垂直伸开左手，使大拇指跟伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且与其余四指垂直，并且与手掌在同一平面内，让手掌在同一平面内，让磁感线磁感线从掌心进入从掌心进入，并，并使四指指向电流的方向，使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所是通电导线在磁场中所受安培力的方向。受安培力的方向。安培力的方向安培力的方向左手定则左手定则左手定则左手定则练习练习1 1：电流强度为：电流强度为I I的通电导线放置于磁感应强度为的通电导线放置于磁感应强度为B B的的匀强磁场中，导线所受安培力为匀强磁场中，导线所受安培力为F F，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是 A A匀强磁场中通电导线所受安培力匀强磁场中通电导线所受安培力F F，磁感应强度，磁感应强度B B及电及电流流I I，三者在方向上一定互相垂直，三者在方向上一定互相垂直B B若若I I、B B方向确定，则方向确定，则F F方向唯一确定方向唯一确定C C若若F F与与B B方向确定，则方向确定，则I I方向唯一确定方向唯一确定D D若若F F与与B B方向确定，则方向确定，则I I方向不唯一确定，但方向不唯一确定，但I I一定在与一定在与F F垂直的平面内垂直的平面内E E若若F F与与I I方向确定，则方向确定，则B B方向唯一确定方向唯一确定F F若若F F与与I I方向确定，则方向确定，则B B方向不唯一确定，但方向不唯一确定，但B B一定在与一定在与F F垂直的平面内垂直的平面内(BDF)BIIBIFIF【例例1 1】画出图中第三者的方向。画出图中第三者的方向。BB(1)(2)(3)(4)(5)F垂直纸面向里垂直纸面向里注注:安培力的方向总与导线垂直安培力的方向总与导线垂直,与磁感应强度垂直。与磁感应强度垂直。BFBF分析受到的安培力时分析受到的安培力时,要善于把立体图要善于把立体图,改画成易于分析受力的平面图形改画成易于分析受力的平面图形.aBbBba思考与讨论：思考与讨论：两平行通电直导线两平行通电直导线,若通以同向电流若通以同向电流,则相互吸则相互吸引；若通以反向电流引；若通以反向电流,则相互排斥则相互排斥.为什么？为什么？F12F2112两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中其中abab固定，固定，cdcd可以自由活动，当通以如可以自由活动，当通以如图所示电流后，图所示电流后，cdcd导线将（）导线将（）A.A.顺时针方向转动，同时靠近顺时针方向转动，同时靠近ababB.B.逆时针方向转动，同时离开逆时针方向转动，同时离开ababC.C.顺时针方向转动，同时离开顺时针方向转动，同时离开ababD.D.逆时针方向转动，同时靠近逆时针方向转动，同时靠近abababcdD如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流,线圈将会线圈将会()()A.A.纵向收缩纵向收缩,径向膨胀径向膨胀B.B.纵向伸长纵向伸长,径向膨胀径向膨胀C.C.纵向伸长纵向伸长,径向收缩径向收缩D.D.纵向收缩纵向收缩,径向收缩径向收缩纵向A把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它使它的下端刚好跟杯里的水银面接触的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成并使它组成如图所示的电波如图所示的电波,当开关接通后当开关接通后,将看到的现象将看到的现象 是是()()A.A.弹簧向上收缩弹簧向上收缩B.B.弹簧被拉长弹簧被拉长C.C.弹簧上下振动弹簧上下振动D.D.弹簧仍静止不动弹簧仍静止不动SC如图所示，通电直导线如图所示，通电直导线A A与贺形通电导线环与贺形通电导线环B B固固定放置在同一水平面上定放置在同一水平面上,通有如图所示的电流通有如图所示的电流时时,通电直导线受到水平向通电直导线受到水平向 的安培力作的安培力作用用.当当A A、B B中电流大小保持不变中电流大小保持不变,但同时改变方但同时改变方向时向时,通电直导线通电直导线A A所受的安培力方向水平向所受的安培力方向水平向 .AIBI右右1.当当电流与磁流与磁场方向垂直方向垂直时：二、安培力的大小二、安培力的大小B为为匀强磁场匀强磁场B I条件：条件：F=ILBF=0FIBI2.当当电流与磁流与磁场方向平行方向平行时：BB1B2.当当电流与磁流与磁场方向方向夹角角时：F=ILBsin（B为为匀强磁场）匀强磁场）（为为磁场和导线夹角）磁场和导线夹角）BFB B IBIIBIFIF【例例1 1】画出图中第三者的方向。画出图中第三者的方向。BB(1)(2)(3)(4)(5)F垂直纸面向里垂直纸面向里BacbI 如图所示，直角三角形如图所示，直角三角形abcabc组成的导线框内通组成的导线框内通有电流有电流I I1A1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场，并处在方向竖直向下的匀强磁场B B2T2T中，中，AC=40cmAC=40cm，求三角形框架各边，求三角形框架各边所受的安培力。所受的安培力。导线导线abc为垂直折线为垂直折线,其中电流为其中电流为I，ab=bc=L,导线拓在的平面与匀强磁场垂直导线拓在的平面与匀强磁场垂直,匀强磁场的匀强磁场的磁感应强度为磁感应强度为B,求导线求导线abc所受安培力的大小所受安培力的大小和方向和方向.abc【例例例例3 3 3 3】如如图图所所示示，两两平平行行光光滑滑导导轨轨相相距距0.2m0.2m，与与水水平平面面夹夹角角为为45450 0，金金属属棒棒MNMN的的质质量量为为0.1kg0.1kg，处处在在竖竖直直向向上上磁磁感感应应强强度度为为1T1T的的匀匀强强磁磁场场中中，电电源源电电动动势势为为6V6V，内内阻阻为为11，为为使使MNMN处处于于静静止止状状态态，则则电电阻阻R R应为多少？应为多少？(其他电阻不计其他电阻不计)【答案答案】R=0.2如图所示，在倾角为如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为水平放置一根长为L L、质量为、质量为m m的通电直导线，电的通电直导线，电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止在斜面上，流方向垂直纸面向里，欲使导线静止在斜面上，外加磁场，磁感应强度的大小和方向可以是外加磁场，磁感应强度的大小和方向可以是()A.B=mgsin/IL，方向垂直斜面向下，方向垂直斜面向下B.B=mgtan/IL，方向竖直向下，方向竖直向下C.B=mg/IL，方向水平向左，方向水平向左D.B=mgcos/IL，方向水平向左，方向水平向左IBC安培力安培力F垂直于垂直于B和和I所决定的平面所决定的平面用左手定则判定。B为为匀强磁场匀强磁场.方向方向:大小：大小：小结：小结：F=BIL B垂直导线方向垂直导线方向F=0B平行导线方向平行导线方向F=BILsin B和和I成一夹角成一夹角水平放置的两个平行金属轨道相距水平放置的两个平行金属轨道相距0.2m0.2m上面有上面有一质量为一质量为0.04kg0.04kg的均匀金属棒的均匀金属棒abab，电源电动势，电源电动势为为V V，内阻为，内阻为0.50.5，滑动变阻器调到，滑动变阻器调到2.52.5时，时，要在金属棒所在位置施加一个垂直与要在金属棒所在位置施加一个垂直与abab的匀强的匀强磁场，才能使金属棒磁场，才能使金属棒abab对轨道的压力恰好为零，对轨道的压力恰好为零，求匀强磁场的大小和方向求匀强磁场的大小和方向ab若保持磁感应强度若保持磁感应强度B B的大小不变，方向顺时的大小不变，方向顺时针转针转3737，此时，此时abab仍然静止，则轨道对仍然静止，则轨道对abab的支持力和摩擦力为多大？的支持力和摩擦力为多大？如图所示，在磁感应强度为如图所示，在磁感应强度为1T1T的匀强磁场中，的匀强磁场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为有两根相同的弹簧，下面挂一条长为0.5m0.5m，质，质量为量为0.1kg0.1kg的金属棒的金属棒MNMN，此时弹簧伸长，此时弹簧伸长10cm10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流的大小和方向如何？方向如何？MNIB2A2A，方向从，方向从M M到到N N2 2、如如图图所所示示，条条形形磁磁铁铁放放在在水水平平桌桌面面上上，在在其其正正中中央央的的上上方方固固定定一一根根直直导导线线MNMN，导导线线与与磁磁场场垂垂直直，给导线通以由给导线通以由N N向向M M的电流，则的电流，则()()A.A.磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用B.B.磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用C.C.磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用D.D.磁铁对桌面的压力增大，不受桌面摩擦力作用磁铁对桌面的压力增大，不受桌面摩擦力作用NS导线导线将如何运动？将如何运动？如图所示，蹄形磁体用悬线悬于如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O O点，在磁点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是况将是()()A A静止不动静止不动B B向纸外平动向纸外平动C CN N极向纸外，极向纸外，S S极向纸内转动极向纸内转动D DN N极向纸内，极向纸内，S S极向纸外转动极向纸外转动C磁电式电流表磁电式电流表1 1、磁电式电流表的构造、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。（软铁制成）。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。.问题电流表中磁场分布有何特点呢？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是电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布均匀辐向分布的的.所谓所谓均匀辐向分布均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长，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线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.在以铁芯为中心的圆圈上，在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度各点的磁感应强度B B的的大小是相等大小是相等的的.该磁场该磁场并非匀强磁场并非匀强磁场问题问题该磁场是否匀强磁场？该磁场是否匀强磁场？问题问题该磁场的特点？该磁场的特点？2 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理 1 1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停的力矩相平衡时，线圈停止转动。止转动。2 2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而、磁场对电流的作用力与电流成正比，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。的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。3 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的、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，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，可以知道被测电流所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。的方向。表盘的刻度均匀，表盘的刻度均匀，II【说明说明说明说明】由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧因而安培力的力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角度成正比，所以磁电式电表的扭矩与指针转过的角度成正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。的表盘刻度是均匀的。三、磁电式电流表的特点三、磁电式电流表的特点1、表盘的刻度均匀，、表盘的刻度均匀，I。2、灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。、灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。3、满偏电流、满偏电流Ig，内阻，内阻Rg反映了电流表的最反映了电流表的最主要特性。主要特性。怎样提高怎样提高磁电式电流表的磁电式电流表的灵敏度？灵敏度？3 3、在在倾倾角角为为3030o o的的斜斜面面上上，放放置置两两条条宽宽L L0.5m0.5m的的光光滑滑平平行行导导轨轨，将将电电源源、滑滑动动变变阻阻器器用用导导线线连连接接在在导导轨轨上上，在在导导轨轨上上横横放放一一根根质质量量为为m m0.2kg0.2kg的的金金属属棒棒abab，电电源源电电动动势势E E12V12V，内内阻阻r r0.30.3，磁磁场场方方向向垂垂直直轨轨道道所所在在平平面面，B B0.8T0.8T。欲欲使使棒棒abab在在轨轨道道上上保保持持静静止止，滑滑动动变变阻阻器器的使用电阻的使用电阻R R应为多大？（应为多大？（g g取取10m/s10m/s2 2，其它电阻不计），其它电阻不计）BE rRa30bBGFNF【例例题】如如图所所示示，两两平平行行光光滑滑导轨相相距距0.2m，与与水水平平面面夹角角为450，金金属属棒棒MN的的质量量为0.1kg，处在在竖直直向向上上磁磁感感应强度度为1T的的匀匀强磁磁场中中，电源源电动势为6V，内内阻阻为1，为使使MN处于于静静止止状状态，则电阻阻R应为多多少少？(其他其他电阻不阻不计)R=0.2根据磁场对电流会产生作用力的原理根据磁场对电流会产生作用力的原理,人们研人们研制出一种新型的发射炮弹的装置制出一种新型的发射炮弹的装置电磁炮电磁炮,其原理如图所示其原理如图所示,把待发射的炮弹把待发射的炮弹(导体导体)放置放置在强磁场中的两平行导轨上在强磁场中的两平行导轨上,给导轨通以大电给导轨通以大电流流,使炮弹作为一个载流导体在磁场力的作用使炮弹作为一个载流导体在磁场力的作用下沿导轨加速运动下沿导轨加速运动,并以某一速度发射出去并以某一速度发射出去.如如果想提高这种电磁炮的发射速度果想提高这种电磁炮的发射速度,理论上可以理论上可以怎么办？怎么办？