5.4 探究安培力

B N F安×B Nhomakorabeaa
B F安 N
a
mg
×
B
·
mg
F安 = tan a mg
BIL = tan a mg
例7、如图所示，金属导轨 、如图所示，金属导轨MN、PQ互相平行放在同 、 互相平行放在同 一水平面上， 其电阻不计。 直导线ab与导轨垂直放 一水平面上 ， 其电阻不计 。 直导线 与导轨垂直放 其电阻为0.40Ω， 导轨间距 置 ， 其电阻为 ， 导轨间距L=10cm。 导轨所在 。 区域处在匀强磁场中， 磁场方向竖直向下， 区域处在匀强磁场中 ， 磁场方向竖直向下 ， 磁感应 强度B=0.20T。 电源电动势 。 电源电动势E=15V， 内电阻 强度 ， 内电阻r=0.18Ω, 电阻R=1.6Ω。 电键 接通后 仍静止不动 ， 求 ab所 接通后ab仍静止不动 电阻 。 电键S接通后 仍静止不动， 所 受磨擦力的大小和方向。 受磨擦力的大小和方向。
1、请判断各图中安培力或电流或磁场方向方向 、
B × × × × × × × × B × × × × × × × × × F × × × × × I× × × × × × × ×
×
× ×
安培力垂直板面向里 B × F
不受力
· · · ·
· · · · × · · · ·
不受力
· · · ·
F
●
B
例题3: 例题3:两条平行直通电导线间相互作用 3:两条平行直通电导线间相互作用 反向电流
解：要使细线的拉力为零 则导体棒中需要通过由M→N方向 方向 则导体棒中需要通过由
F安
F安=G 时 即 BIL=mg mg
mg 0.02 × 10 I = = = 1.25(安) lB 0 .4 × 0 .4
例5：如图，MN、PQ为光滑金属导轨，ab为金属棒， ：如图， 、 为光滑金属导轨， 为金属棒， 为光滑金属导轨 为金属棒 与电源组成闭合电路，该装置在竖直平面内，为使ab 与电源组成闭合电路，该装置在竖直平面内，为使 静止，可将该装置放在匀强磁场中，已知： 静止，可将该装置放在匀强磁场中，已知：电源电动 电路中其他电阻不计)， 势E=1.5V，金属棒电阻 ，金属棒电阻R=3Ω(电路中其他电阻不计 ， 电路中其他电阻不计 金属棒的质量m=30克，长度 金属棒的质量 克 长度d=50cm，两金属轨道的 ， 宽度L=30cm，求磁感应强度的大小和方向。 宽度 ，求磁感应强度的大小和方向。
4、如图，在条形磁铁的S极附近悬挂一个环形线 、如图，在条形磁铁的 极附近悬挂一个环形线 线圈平面与水平磁铁位于同一平面内， 圈，线圈平面与水平磁铁位于同一平面内，当线 圈中通以沿图示逆时针方向电流时，从上往下看, 圈中通以沿图示逆时针方向电流时，从上往下看 线圈将( 线圈将 A ) A．顺时针方向转动，同时靠近磁铁 ．顺时针方向转动， B．顺时针方向转动，同时离开磁铁 ．顺时针方向转动， C．逆时针方向转动，同时靠近磁铁 ．逆时针方向转动， D．逆时针方向转动，同时离开磁铁 ．逆时针方向转动，
6、如图所示，两根相互平行的长直导线位于图中纸 、如图所示， 面内， 导线中通有大小相等、 方向相反的电流， 面内 ， 导线中通有大小相等 、 方向相反的电流 ， 导 所受的安培力F 的方向是（ 线a、b所受的安培力 a、Fb 的方向是（ 、 所受的安培力 ） A．Fa向左，Fb向右， ． 向左， 向右， B．Fa向左，Fb向左 ． 向左， C．两力都垂直纸面，Fa向里，Fb向外 ．两力都垂直纸面， 向里， D．两力都垂直纸面，Fa向外，Fb向里 ．两力都垂直纸面， 向外，
F F
同向电流
F F
结论：通同向电流相吸引， 结论：通同向电流相吸引，异向电流相排斥
2、判断下列通电导线在磁场中受力方向、电流方 、判断下列通电导线在磁场中受力方向、 向、磁场方向。 磁场方向。
S
N
●
F
F
1、在下图中，标出了磁场的方向、通电直 、 导线中电流I的方向，以及通电直导线所受 安培力F的方向，其中正确的是( )
3、如图，两根直导线AB、CD互相垂直， 、如图，两根直导线 、 互相垂直 互相垂直， 但相隔一小段距离，其中 是固定的 是固定的， 但相隔一小段距离，其中AB是固定的， CD能自由转动，当电流按图示箭头方向 能自由转动， 能自由转动 通过两条导线时， 导线将 导线将( 通过两条导线时，CD导线将 A.顺时针转动，同时靠近AB 顺时针转动，同时靠近 顺时针转动 B.顺时针转动，同时离开AB 顺时针转动，同时离开 顺时针转动 C.逆时针转动，同时靠近AB 逆时针转动，同时靠近 逆时针转动 D.逆时针转动，同时离开AB 逆时针转动，同时离开 逆时针转动 ) C
解：由闭合电路欧姆定律： 由闭合电路欧姆定律：
I= E 6 = r + R 1+ R
由受力分析可知： 由受力分析可知： BIL=mg 代入数据可求得： 代入数据可求得： R=0.2欧姆 欧姆
例题4 如图所示： 在磁感应强度为0.4T的匀强磁场 例题 4 ： 如图所示 ： 在磁感应强度为 的匀强磁场 用两根等长的细线悬挂一根质量为0.02kg、长度 中 ， 用两根等长的细线悬挂一根质量为 、 导体棒MN。要使细线的拉力为零 ， 求导体 为 0.4米 m导体棒 米 导体棒 。 要使细线的拉力为零， 棒中要通过电流大小和方向？ 可以忽略细线的质量； 棒中要通过电流大小和方向？（可以忽略细线的质量 g=10米/秒2。） 米秒
2、如图，ab为一条竖直放置的可自由运 、如图， 为一条竖直放置的可自由运 动的通电直导线， 动的通电直导线，在它的正右方有一个通 有逆时针方向电流的方形导线框， 有逆时针方向电流的方形导线框，则ab将 将 ( A ) A.向左平动 向左平动 B.向右平动 向右平动 C.a端向纸里，b端向纸外运动 端向纸里， 端向纸外运动 端向纸里 D.以中点为轴沿顺时针方向运动 以中点为轴沿顺时针方向运动
P a M
b
Q N
沿水平方向放在倾角为a 例6：通电直导线质量为 沿水平方向放在倾角为 ：通电直导线质量为m沿水平方向放在倾角为 的光滑斜面上，图中圆圈表示导线的横截面， 的光滑斜面上，图中圆圈表示导线的横截面，匀强 磁场的方向竖直向上， 磁感应强变为B， 磁场的方向竖直向上 ， 磁感应强变为 ， 导线在磁 场中的长度为L。 要使导线静止在斜面上， 场中的长度为 。 要使导线静止在斜面上 ， 导线中 。 的电流大小 ，方向
再 见
例题1: 例题1:画出图中第三者的方向 1:画出图中第三者的方向
由左手定则作答
× F
F
F F
【注意】安培力的方向永远与导线垂直。 注意】
例题2:画出图中通电导线棒所受安培力的方向。 例题2:画出图中通电导线棒所受安培力的方向。 2:画出图中通电导线棒所受安培力的方向
由左手定则作答。
注意: 注意:安培力的方向永远与导线垂直。
高 中 物 理 沪科版》选修3 《沪科版》选修3-1 第五章 第四节
探究安培力
安培力——磁场对电流的作用力称为安培力。 安培力 磁场对电流的作用力称为安培力。 磁场对电流的作用力称为安培力
一、安培力的方向
左手定则： 左手定则： ——伸开左手， 使拇指与四指在同一个平面内并跟四指垂 伸开左手， 伸开左手 垂直穿入手心 让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流的方向， 直 ， 让磁感线 垂直穿入 手心 ， 使四指指向电流的方向 ， 这 时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。 时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。
反向电流排斥
7、如图所示，通电直导线L1的右侧有一小段 、如图所示，通电直导线 可自由运动的导线L 中通以向里的电流， 可自由运动的导线 2，若L2中通以向里的电流， B 它将（ 它将（ ） A、从右向左看顺时针转动并远离 1 、从右向左看顺时针转动并远离L B、从右向左看逆时针转动并靠近 1 、从右向左看逆时针转动并靠近L C、因为 2与磁场平行，不受安培力作用 、因为L 与磁场平行， D、 以上说法都不对 、 两电流有趋向平行同向的趋势。 两电流有趋向平行同向的趋势。
F 即： B = IL
单位：特斯拉（ 单位：特斯拉（T）
安培力的大小
1.当电流与磁场方向垂直时，F = ILB 当电流与磁场方向垂直时， 当电流与磁场方向垂直时
2.当电流与磁场方向夹 角时，F = ILBsinθ 当电流与磁场方向夹θ角时 当电流与磁场方向夹 角时，
例题3 如图所示， 两平行光滑导轨相距0.2m， 与 例题 3 ： 如图所示 ， 两平行光滑导轨相距 ， 水平面夹角为45 金属棒MN的质量为 的质量为0.1kg，处在 水平面夹角为 0，金属棒 的质量为 ， 竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中， 竖直向上磁感应强度为 的匀强磁场中，电源电动 的匀强磁场中 势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电 处于静止状态， 势为 ，内阻为 ，为使 处于静止状态 应为多少？ 其他电阻不计) 阻R应为多少？(其他电阻不计 应为多少 其他电阻不计
5、蹄形磁铁上方放置一通有方向如图电流I 的轻 、蹄形磁铁上方放置一通有方向如图电流 质直导线ab， 运动的情况是( 质直导线 ，则ab运动的情况是 运动的情况是 A ) A.a端转向纸外，b端转向纸里，同时向下运动 端转向纸外， 端转向纸里， 端转向纸外 端转向纸里 B.a端转向纸外，b端转向纸里，同时向上运动 端转向纸外， 端转向纸里 端转向纸里， 端转向纸外 C.a端转向纸里，b端转向纸外，同时向上运动 端转向纸里， 端转向纸外 端转向纸外， 端转向纸里 D.a端转向纸里，b端转向纸外，同时向下运动 端转向纸里， 端转向纸外 端转向纸外， 端转向纸里
二、安培力的大小
【猜想与验证】影响安培力的因素 猜想与验证】 ①磁场的强弱 ②电流的大小 ③电流的长度 磁感应强度——定量描述磁场强弱和方向的物理量。 磁感应强度 定量描述磁场强弱和方向的物理量。 定量描述磁场强弱和方向的物理量 物理学规定：当通电导线与磁场方向垂直时， 物理学规定 ： 当通电导线与磁场方向垂直时 ， 通电导线所 受的安培力F 跟电流I 和导线的乘积IL的比值叫做磁感应强 受的安培力F 跟电流I 和导线的乘积IL的比值叫做磁感应强 表示。 度。用B表示。