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通电导线在磁场中受到的力


§3-4 通电导线在磁场中受到的力

安培力: 通电导线在磁场中 受到的力叫做安培力。

一、安培力的方向

1)上下交互磁场的位置,观察导 体运动(受力)方向是否变化。 2)改变导线中电流的方向,观察导 体运动(受力)方向是否改变。 3)通过这两种情况的分析,我们实际上已经了 解了通电导体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?

左手定则:
掌心-----迎磁 四指------电流方向 大拇指------安培力方向

I F B

用以判定通电导线在磁 场中受力的方向。 安培力的方向与电流方向和 磁感应强度方向都垂直。

【例1】画出图中通电导线所受力的方向。 F B F I I
B B

B

I
30°

F
B

I

F

B

I

I

【例2】画出图中通电导线所受力的方向。

B

B

×

F

B

B

F I

α

α

α

演示: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

结论: 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。

用学过的知识加以分析

二、安培力的大小

S I I

S I

S θ

N

N

N

当B⊥I时

F=ILB

当B和I夹角为 当B∥I时 θ时,F的方 F=0 向?F的大小?

B
S I N

B1

B2
θ

θ

I

通电直导线与磁场方向不垂直的情况怎样处理? 把磁感应强度B分解为两个分量: 垂直 B1=B sinθ 平行 B2=B cosθ 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

F=I L·Bsinθ

或F=BI· Lsinθ

对公式 F安=BILsinθ 的理解: ★只适用匀强磁场 ★ F安不仅与B、I、L有关,还与放置方式 有关 解决:B与I不垂直时,分解B或把L朝垂直B 方向投影 ★对公式中θ的理解:

θ指的是B与L之间的夹角!

例3:如图所示,在倾角为θ的光滑斜面
上,有一导体棒,电流为I,长为L,质 量为 m,在竖直向上的磁场中静止,则磁感 应强度B为_________.
B

× θ

B=mgtanθ/IL

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________.
mgsinθ=BIL B=mgsinθ/IL
B

× θ

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________.
B

×

mg=BIL

B=mg/IL

θ

三、磁电式电流表

1、电流表的构造 最基本的部分是 磁铁和放在磁铁两级 间的线圈。

2、电流表的工作原理:
1、当电流通过线圈时,线圈左右两边受到方向相反的安培 力,使线圈发生转动,线圈转动使螺旋弹簧被扭动,反抗线 圈转动。 2、电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就越大。所 以,从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。 3、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,它的平面都跟磁感线平行,表盘的 刻度就是均匀的了。

关于磁电式电表的下列说法中正确的是 (  ) A.指针稳定后,线圈受到螺旋弹簧的力矩与线圈受到的磁力矩方向是 ABD 相反的 B.通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转角度也越大 C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场 D.在线圈转动的范围内,线圈所受磁力矩与电流有关,而与所处位置 无关

3、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。

课堂训练
B F F N S N 桌面对磁铁的摩擦力 F S

(1)绳子拉力_______ 变大 (变大,变小,不变) (2)桌面对磁铁的支持力 _______ 变小 (3)桌面对磁铁的摩擦力 无 ________(有,无).

有 _______(有,无) 水平向右 方向_______.

练习:如图所示,金属杆ab的质量为m,长 为L,通过的电流为I,处在磁感应强度 为B的匀强磁场中,结果ab静止在水平 导轨上。若磁场方向与水平导轨成θ角, 求: (1)棒ab受到的摩擦力; (2)棒对导轨的压力。

B a θ b

如图,在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线,电流强度为I,磁感应 强度为B,求各导线所受到的安培力.

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)

质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾 角为θ=37°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,如图所示.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?

如图所示,两平行光滑导轨相距为20cm,金属 棒MN的质量为10g,电阻R=8Ω,匀强磁场的磁 感应强度B=0.8T,方向竖直向下,电源电动势E =10V,内阻r=1Ω,当电键K闭合时,MN恰好平 衡,求变阻器R1的取值为多少?设θ=45°.

如图所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一 根长为0.4m,质量为6×10-2kg的通电直导线, 电流I=1A,方向垂直纸面向外,导线用平行 于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应 强度每秒增加0.4T,方向竖直向上的磁场中, 设t=0,B=0,则需要多长时间斜面对导线的 支持力为零?(g取10m/s2)

如图所示,在蹄形磁铁的上方,放置一个可以 自由运动的通电线圈abcd,最初线圈平面与蹄 形磁铁处于同一竖直面内.则通电线圈的运动 情况是 (  ) C A.ab边转向纸外,cd边转向纸里, 同时向下运动 B.ab边转向纸外,cd边转向纸里, 同时向上运动 C.ab边转向纸里,cd边转向纸外, 同时向下运动 D.ab边转向纸里,cd边转向纸外, 同时向上运动


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