人教版高中物理选修3_1第三章磁场第4节磁场对通电导线的作用力（40张ppt）PPT文档（定稿）

变式如图所示在匀强磁场中有下列各种形状通电导线，电流为，磁感应强度为，求各导线所受安培力图答案典例个可以自由运动线圈和个固定线圈互相绝缘垂直放置，且两个线圈圆心重合，当两线圈通以如图所示电流时，从左向右看，则线圈将不动顺时针转动逆时针转动向纸面内平动图解析法利用结论法环形电流之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得转动方向应是从左向右看线圈顺时针转动法二等效分析法把线圈等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流中心，通电后，小磁针极应指向该点环形电流磁场方向，由安培定则知产生磁场方向在其中心竖直向上，而等效成小磁针后转动前，极应指向纸里，因此应由向纸里转为向上，所以从左向右看，线圈顺时针转动法三直以绕轴转动铝框，铝框转轴上装有两个螺旋弹簧和个指针，线圈两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧通过线圈电流甲乙图蹄形磁铁和铁芯间磁场是均匀分布，如图乙所示，不管通电线圈转到什么角度，它平面都跟磁感线平行若通电线圈匝数为，则线圈所受磁场力矩为，由于为定值，所以与电流成正比设，则另方面，当线圈转动时，弹簧会产生个反方向力矩，当和平衡时，线圈就停在偏角上，固定指针也相应地转过同样偏角，指到刻度盘上刻度，而弹簧产生力矩与偏转角度成正比，即，所以当和平衡时其中，为常量所以测量时，指针偏转角度与电流大小成正比，可以用指针偏转角度来指示电流大小，这种电流计刻度是均匀，这种利用永久磁铁来使通电线圈偏转仪表叫做磁电式电表四判断安培力作用下导线运动电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力方向，从而判断出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向特殊位置法把电流或磁铁转到个便于分析特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向等效法环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管通电螺线管也可以等效成很多匝环形电流来分析利用结论法两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同趋势利用这些结论分析，可事半功倍典例如图所示，金属直杆两端接有导线，悬挂于线圈上方，与线圈轴线均处于竖直平面内，为使垂直于纸面向外运动，可以图将端接在电源正极，端接在电源负极将端接在电源正极，端接在电源负极将端接在电源正极，端接在电源负极将端接在交流电源端，端接在交流电源另端解析本题主要考查两个方面知识电流磁场和左手定则要求直杆垂直于纸面向外运动，把直杆所在处磁场方向和直杆中电流画出来，得正确若使两端或两端电势相对于另端或电势高低做同步变化，线圈磁场与电流方向关系跟上述两种情况样，故也正确答案借题发挥安培定则左手定则往往同时应用应特别注意，安培定则是判断电流磁场方向，又称右手螺旋定则，而左手定则是用左手判断电流受力情况变式画出图中各磁场对通电导线安培力方向解析无论是否垂直，安培力总是垂直于与决定平面，且满足左手定则答案如图所示典例如图所示，导线为垂直折线，其中电流为，导线所在平面与匀强磁场垂直，匀强磁场磁感应强度为求导线所受安培力大小和方向图解析法法二借题发挥导体有效长度为导线两端点连线长度闭合导线有效长度为零，安培力也为零答案方向沿角平分线向上垂直于斜向上变式如图所示在匀强磁场中有下列各种形状通电导线，电流为，磁感应强度为，求各导线所受安培力图答案典例个可以自由运动线圈和个固定线圈互相绝缘垂直放置，且两个线圈圆心重合，当两线圈通以如图所示电流时，从左向右看，则线圈将不动顺时针转动逆时针转动向纸面内平动图解析法利用结论法环形电流之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得转动方向应是从左向右看线圈顺时针转动法二等效分析法把线圈等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流中心，通电后，小磁针极应指向该点环形电流磁场方向，由安培定则知产生磁场方向在其中心竖直向上，而等效成小磁针后转动前，极应指向纸里，因此应由向纸里转为向上，所以从左向右看，线圈顺时针转动法三直强磁场中受力运动判断不管是电流还是磁体，对通电导线作用都是通过磁场来实现，因此必须要清楚导线所在位置磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线受力情况或将要发生运动变式如图所示，均匀绕制螺线管水平放置，在其正中心上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线与螺线管垂直，导线中电流方向垂直于纸面向里，电键闭合后，受到通电螺线管磁场作用力方向是水平向左水平向右竖直向下竖直向上图解析由安培定则判定通电螺线管上方磁场方向水平向右，再由左手定则判定通电直导线所受安培力方向是竖直向下，对答案典例如图所示，在与水平方向夹角为光滑金属导轨间有电源，在相距平行导轨上放质量为金属棒，通以从，电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止求匀强磁场磁感应强度大小棒对导轨压力大小图解析此类问题是关于安培力综合问题，处理此问题仍需沿用力学思路和方法，只不过多考虑个安培力而已画出导体棒受力分析图，般先画出侧视图，再利用共点力平衡条件求解此问题金属棒中电流方向由，它所受安培力水平向右，它还受竖直向下重力，垂直于斜面向上支持力，三力合力为零，由此可以求出安培力，从而求出磁感应强度再求出对导轨压力棒静止，受力情况如图所示，沿斜面方向受力平衡，则对导轨压力大小为答案借题发挥有些同学在处理此类问题时常常感到比较困难，原因是空间观念不强，对磁场方向电流方向安培力方向关系分辨不清，这时可由立体图画出正视图侧视图或俯视图，则三者之间关系就目了然了例如本题画出侧视图，不但磁感应强度电流安培力三者方向关系确定了，安培力重力支持力关系也清楚了变式如图所示，在倾角为光滑斜面上，放置根长为，质量为，通过电流为导线，若使导线静止，应该在斜面上施加匀强磁场大小和方向为，方向垂直于斜面向下，方向垂直于斜面向上，方向竖直向下，方向水平向右图解析根据电流方向和所给定磁场方向关系，可以确定通电导线所受安培力分别如图所示又因为导线还受重力和支持力，根据力平衡知，只有两种情况是可能，其中中，则，中，答案安培力大小如图所示，段导线位于磁感应强度大小为匀强磁场中，且与磁场方向垂直于纸面向里垂直线段和长度均为，且流经导线电流为，方向如图中箭头所示导线段所受到磁场作用力合力图方向沿纸面向上，大小为方向沿纸面向上，大小为方向沿纸面向下，大小为方向沿纸面向下，大小为解析导线段有效长度为线段，由几何知识知，故线段所受磁场力合力大小，导线有效长度电流方向为，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故项正确答案判断通电导体在磁场中运动直导线与圆线圈平面垂直且隔有小段距离，直导线固定，线圈可以自由运动当通有如图所示电流时同时通电，从左向右看，线圈将顺时针转动，同时靠近直导线顺时针转动，同时离开直导线逆时针转动，同时靠近直导线不动图解析先用安培定则判断出导线右侧磁场方向向里，因此，线圈内侧受力向下，外侧受力向上，从左向右看应逆时针方向转动在转动过程中，与线圈左侧吸引，与线圈右侧排斥，由于线圈左侧离较近，则引力大于斥力，所以线圈靠近导线故选项正确答案以绕轴转动铝框，铝框转轴上装有两个螺旋弹簧和个指针，线圈两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧通过线圈电流甲乙图蹄形磁铁和铁芯间磁场是均匀分布，如图乙所示，不管通电线圈转到什么角度，它平面都跟磁感线平行若通电线圈匝数为，则线圈所受磁场力矩为，由于为定值，所以与电流成正比设，则另方面，当线圈转动时，弹簧会产生个反方向力矩，当和平衡时，线圈就停在偏角上，固定指针也相应地转过同样偏角，指到刻度盘上刻度，而弹簧产生力矩与偏转角度成正比，即，所以当和平衡时其中，为常量所以测量时，指针偏转角度与电流大小成正比，可以用指针偏转角度来指示电流大小，这种电流计刻度是均匀，这种利用永久磁铁来使通电线圈偏转仪表叫做磁电式电表四判断安培力作用下导线运通电导线在磁场中受到力目标观察安培力方向与哪些因素有关实验，记录实验现象并得出相关结论知道安培力方向与电流磁感应强度方向都垂直，会用左手定则判断安培力方向推导匀强磁场中安培力表达式，计算匀强磁场中安培力大小知道磁电式电流表基本构造以及运用它测量电流大小和方向基本原理安培力方向安培力通电导线在中受力决定安培力方向因素方向方向左手定则如图所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且拇指与手掌在同平面内让磁感线从进入并使四指指向，这时拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力方向磁场磁场电流掌心电流方向图安培力特点与电流方向磁感应强度方向都即安培力于和决定平面二安培力大小同通电导线，按不同方式放在同磁场中，受力情况不同，如图所示垂直垂直图如图甲，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力最大，如图乙，通电导线与磁场方向平行，此时安培力最小，如图丙，通电导线与磁场方向成角，可以把磁感应强度分解为与导线垂直分量⊥和与导线平行分量，如图丁所示则有⊥，，其中不产生安培力，导线受安培力只是⊥产生，因此又得到，这是般情况下安培力表达式三磁电式电流表原理通电线圈在磁场中受到而偏转线圈偏转角度越大，被测电流就根据线圈，可以知道被测电流方向构造线圈螺旋弹簧指针极靴安培力越大偏转方向磁铁特点两极间极靴极化靴中间铁质圆柱，使极靴与圆柱间磁场都沿方向，保持线圈转动时，安培力大小不受磁场影响，电流所受安培力方向总与线圈平面垂直使线圈平面都与磁场方向，使表盘刻度均匀，如图所示优点灵敏度高，可以测出电流缺点线圈导线很细，允许通过电流很弱半径平行很弱图温馨提示与电场不同，在导体长度和电流定时，电流方向变化安培力大小和方向都可能变化，在学习本节时要注意与电场力加以区别安培力方向判定判断安培力方向方法左手定则判定安培力方向应注意问题安培力方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力方向总是垂直于磁场和电流所决定平面所以判断时要首先确定磁场与电流所确定平面，从而判断出安培力方向在哪条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力具体方向当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力方向仍垂直电流与磁场所决定平面，所以仍用左手定则来判断安培力方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心安培力大小与静电力大小不同电荷在电场中点受到静电力是定，方向与该点电场方向要么相同，要么相反电流在磁场中处受到磁场力，与电流在磁场中放置方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受安培力最小，等于零电流方向与磁场方向垂直时，电流受安培力最大，等于般情况下安培力大于零，小于，安培力方向均与磁场方向垂直特别提醒⊥，⊥，但与不定垂直若已知方向，方向唯确定，若已知或方向，或方向不唯二安培力大小计算公式中指是导线在磁场中且垂直于磁场方向“有效长度”即导线在磁场中在垂直于磁场方向投影长度弯曲导线有效长度，等于连接两端点直线长度如图相应电流沿由始端流向末端图电荷在电场中所受电场力与电流在磁场中所受安培力比较电荷在电场中定会受到电场力作用，