第八章 磁 场 第2课时 磁场对电流的作用力

答案
A
方法提炼 判断通电导体在安培力作用下的运动方向: 判断通电导体在安培力作用下的运动方向: 清楚导线所在位置的磁场分布情况, 清楚导线所在位置的磁场分布情况,然后结合 左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的 运动.往往采用以下几种方法: 运动.往往采用以下几种方法: 电流 元法 把整段导线分为多段直电流元,先用 把整段导线分为多段直电流元, 左手定则判断每段电流元受力的方 向,然后判断整段导线所受合力的方 向,从而确定导线运动方向 环形电流可等效成小磁针, 环形电流可等效成小磁针,通电螺线 管可以等效成条形磁铁或多个环形 电流, 电流,反过来等效也成立
图2
交流与思考:磁电式电流表有什么优缺点 交流与思考:磁电式电流表有什么优缺点? 提示:优点是灵敏度高 能测出很弱的电流 提示 优点是灵敏度高,能测出很弱的电流 缺点 优点是灵敏度高 能测出很弱的电流.缺点 是线圈的导线很细,允许通过的电流很弱 是线圈的导线很细 允许通过的电流很弱. 允许通过的电流很弱
题型2 题型2 例2
安培力与力学知识的综合应用
如图6所示, =30° 如图6所示, 在倾角θ=30°
的斜面上,固定一金属框, 的斜面上,固定一金属框,宽L m,接入电动势 接入电动势E =0.25 m,接入电动势E=12 V, 内阻不计的电源, 内阻不计的电源,垂直框面放 有一根质量m=0.2 kg的金属 kg的金属 有一根质量m 棒ab,它与框架的动摩擦因数μ= ab, 图6
特别提示 不论导线与磁感线的夹角如何, 不论导线与磁感线的夹角如何,安培力的方向都 可以用左手定则判定. 可以用左手定则判定.只不过当导线与磁感线不 垂直时,磁感线应斜穿过手心, 垂直时,磁感线应斜穿过手心,但四指一定指向 电流方向,拇指一定要垂直于磁场方向和电流方 电流方向, 向决定的平面. 向决定的平面.
等效法.将环形电流等效成一条形磁铁, 解法二 等效法.将环形电流等效成一条形磁铁, 如下图所示,据异名磁极相吸引知, 如下图所示,据异名磁极相吸引知,线圈将向左运 动,选A.也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流, A.也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流, 也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流 根据结论“同向电流相吸引,异向电流相排斥” 根据结论“同向电流相吸引,异向电流相排斥”. 也可判断出线圈向左运动,选A. 也可判断出线圈向左运动,
题型探究
题型1 题型1 通电导体在安培力作用下运动方向的判断 如图4所示, 【例1】 如图4所示, 把轻质导线圈用绝缘细线悬 挂在磁铁N极附近, 挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心 且垂直线圈平面. 且垂直线圈平面.当线圈内通以如图方向的电流 后,线圈的运动情况是 A.线圈向左运动 A.线圈向左运动 B.线圈向右运动 B.线圈向右运动 C.从上往下看顺时针转动 C.从上往下看顺时针转动 D.从上往下看逆时针转动 D.从上往下看逆时针转动 图4 （ ）
二、磁电式电流表 如图2所示 蹄形磁铁和圆柱形铁芯间的磁场是 如图2所示,蹄形磁铁和圆柱形铁芯间的磁场是 均匀辐向磁场,不管通电线圈在磁场中转到什么 均匀辐向磁场 不管通电线圈在磁场中转到什么 位置,线圈平面都跟磁场平行 线圈中电流越大 位置 线圈平面都跟磁场平行,线圈中电流越大 线圈平面都跟磁场平行 线圈中电流越大, 偏转角也越大,θ与 成正比 因通电线圈中的电流 偏转角也越大 与I成正比.因通电线圈中的电流 方向改变时,指针（或线圈） 方向改变时 指针（或线圈）偏转的方向随之改 指针 ,故根据电流表指针偏转方向可判定电路中的 变,故根据电流表指针偏转方向可判定电路中的 电流方向. 电流方向
0.8 × 12 × 0.25 = Ω=4.8 Ω 3 3 0.2 ×10 × (0.5 × ) 6 2
（2）当变阻器R取值较小时,I较大,安培力F较大, 当变阻器R取值较小时, 较大,安培力F较大, 会使金属棒产生沿框面上滑趋势.因此, 会使金属棒产生沿框面上滑趋势.因此,框架对棒 的摩擦力F 沿框面向下,如右图所示. 的摩擦力F2沿框面向下,如右图所示.金属棒刚好 不上滑时满足平衡条件. 不上滑时满足平衡条件. B E R 得R= L- mgcos mgsin L-μmgcosθ-mgsinθ=0
BEL mg (sin θ cos θ ) = Ω=1.6 Ω 0.8 × 12 × 0.25 3 3 0.2 ×10 × (0.5 + × ) 6 2 所以滑动变阻器R Ω≤R 所以滑动变阻器R的取值范围为1.6 Ω≤R≤4.8 Ω.
热点二
安培力的大小和做功情况
1.应用公式F BIL时需要注意 1.应用公式F=BIL时需要注意 应用公式 （1）B与L垂直. 垂直. （2）L是有效长度,如图3曲线ACB 是有效长度,如图3曲线ACB 中如果通电电流为I,则其受水平向 中如果通电电流为I 左的安培力F BIL. 左的安培力F =BIL. （3）B并非一定是匀强磁场,但一定 并非一定是匀强磁场, 是导线所在处的磁感应强度. 是导线所在处的磁感应强度. 图3
解答本题可用两种思考方法: 思路点拨 解答本题可用两种思考方法:（1）把 环形电流看成小磁针; 环形电流看成小磁针;（2）把环形电流看作很多 直线电流组成的,分析每小段直线电流的受力. 直线电流组成的,分析每小段直线电流的受力. 解析 解法一 电流元法. 电流元法.首先
将圆形线圈分成很多小段,每一 将圆形线圈分成很多小段, 段可看做一直线电流,取其中上、 段可看做一直线电流,取其中上、 下两小段分析, 下两小段分析,其截面图和受安培力情况如右图所 示.根据对称性可知,线圈所受安培力的合力水平 根据对称性可知, 向左,故线圈向左运动.只有选项A正确. 向左,故线圈向左运动.只有选项A正确.
由安培定则知, 解析 由安培定则知,通电直导线 在线圈处产生的磁场垂直于纸面向 外.为了判定通电线圈在这一磁场 内的受力方向, 内的受力方向,不妨将它分成足够 多的等份来处理,这样每一小段便 多的等份来处理, 可看做是一小段通电直导线. 可看做是一小段通电直导线.结合 左手定则可判定出各段受力皆背离圆心,如右图所 左手定则可判定出各段受力皆背离圆心, 示.但由于直线电流的磁场不均匀,靠近直导线的 但由于直线电流的磁场不均匀, 部分磁场较强, 部分磁场较强,因而线圈靠近直导线的部分受力较 大.考虑对称性特点,将各段受力合成时,合力方向 考虑对称性特点,将各段受力合成时, 一定竖直向下,这样线圈必定靠近直导线, 一定竖直向下,这样线圈必定靠近直导线,并仍处 于竖直平面内. 于竖直平面内. 答案 A
2.安培力做功的实质: 2.安培力做功的实质:能量的转化 安培力做功的实质 （1）安培力做正功:是将电源的能量转 安培力做正功: 化为导线的动能或其他形式的能. 化为导线的动能或其他形式的能. （2）安培力做负功:是将其他形式的能 安培力做负功: 转化为电能, 转化为电能,储存或再转化为其他形式的 能.
热点聚焦
热点一 安培力的方向特点 1.与电场力比较 与电场力比较 磁场和电场有很多相似之处,但是 安培力比库仑 磁场和电场有很多相似之处 但是,安培力比库仑 但是 力复杂得多.点电荷在电场中受力方向和电场方 力复杂得多 点电荷在电场中受力方向和电场方 向不是相同就是相反;而电流元在磁场中受力的 向不是相同就是相反 而电流元在磁场中受力的 方向与磁场的方向不在同一条直线上,而且还不 方向与磁场的方向不在同一条直线上 而且还不 在同一个平面内,安培力的方向与磁场方向和电 在同一个平面内 安培力的方向与磁场方向和电 流方向决定的平面垂直. 流方向决定的平面垂直
思维导图
解析
（1）当变阻器R取值较 当变阻器R
大时, 较小,安培力F较小, 大时,I 较小,安培力F较小,在 金属棒重力分力mgsin 金属棒重力分力mgsin θ作 mg 用下,使棒有沿框架下滑趋势, 用下,使棒有沿框架下滑趋势, 框架对棒的摩擦力F 沿框面向上,如右图所示. 框架对棒的摩擦力F1沿框面向上,如右图所示.金 属棒刚好不下滑时满足平衡条件. 属棒刚好不下滑时满足平衡条件. E L+ mgcos mgsin B L+μmgcosθ-mgsinθ=0 R BEL 得R= mg (sin θ cos θ )
3 , 6 整个装置放在磁感应强度B T,垂直框面向 整个装置放在磁感应强度B =0.8 T,垂直框面场中.当调节滑动变阻器R的阻值在 什么范围内时,可使金属棒静止在框架上? 什么范围内时,可使金属棒静止在框架上?框架 与棒的电阻不计, 与棒的电阻不计,g取10 m/s2.
第2课时 磁场对电流的作用力 考点自清
一、安培力的大小和方向
1.安培力的大小 安培力的大小 如图1所示 所示） （1）F = BILsinθ（如图 所示）. ） （2）磁场和电流垂直时 F = BIL . ）磁场和电流垂直时:F （3）磁场和电流平行时 F = ）磁场和电流平行时:F =0. 图1
2.安培力的方向 安培力的方向 伸开左手,使拇指与其余 （1）用左手定则判定:伸开左手 使拇指与其余 用左手定则判定 伸开左手 四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内 让 四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内.让 并且都与手掌在同一个平面内 磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向 , 磁感线从掌心进入 并使四指指向 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 . （2）安培力的方向特点:F⊥B,F⊥I,即F垂直于 安培力的方向特点 F F 即 决定的平面. B和I 决定的平面 名师点拨 安培力的方向垂直于磁感应强度B和电流I 安培力的方向垂直于磁感应强度B和电流I所决 定的平面,但磁感应强度与电流不一定垂直. 定的平面,但磁感应强度与电流不一定垂直.
2.方向确定 方向确定 是安培力F （1）通电导线I放在磁场B之中,是安培力F产生 通电导线I放在磁场B之中 是安培力 的原因,所以F的方向由I 的原因 所以F的方向由I、B决定. 所以 决定 （2）安培力F的方向总与磁场B方向和通电导线 安培力F的方向总与磁场B 电流I的方向所决定的平面垂直 但磁场的方向 电流I的方向所决定的平面垂直,但磁场的方向 与电流的方向不一定垂直,可以成任意夹角 与电流的方向不一定垂直 可以成任意夹角. 可以成任意夹角 （3）由磁场B的方向和电流I的方向确定安培力 由磁场B的方向和电流I 但由F 方向确定， F的方向是惟一的,但由F和B（或I）方向确定， 的方向是惟一的 但由 I（或B）的方向不惟一. 的方向不惟一