人教版物理选修3-1 3.4电导线在磁场中受到的力

F
I
B B
F
I
B
B
I
F
F
I
B
I
30 °
F
α
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。 用相关知识解释本实验结果。
同向电流
反向电流
F F F
F
思考与讨论 如图所示，当通电导线的电流垂直纸面向外，磁场 竖直向上时，导线所受的安培力水平向左，现在若 将电流方向和磁场的方向同时反向，则安培力的方 向是不是也反向？
I
I
I B
F=BIL
F=0
F=2BIR
练习1、如图所示，在倾角为30o的斜面上，放置两条宽L=0.5m 的 光滑平行金属导轨，在导轨上横放一根质量为 m=0.2kg 的金属棒 ab，电源电动势E=12V，内阻r=0.3Ω，磁场方向垂直轨道所在平 面，B=0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电 阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计） 由导线受力平衡求安培力 a 解：由导线静止平衡得:
F安 mg sin 30 解得: F安 0.5mg =1N
B
B
FN
F
R
Er b 30°
由安培力的计算公式电流求 F安 1 由 F安 =BIL 得 I A 2.5A B L 0.8 0.5 由闭合电路欧姆定律求电阻
根据闭合电路欧姆定律
E E 12 I 得：R= r 0.3 4.5 Rr I 2.5
a F
b F
线框向右移动
d
B
c
电流微元法 B F方向 F方向×
特殊位置法分析运动
B
B
F
例1 如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方，导 线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时， 有关直导线运动情况的说法中正确的是（从上往下看）（ C ） A、顺时针方向转动，同时下降 B、顺时针方向转动，同时上升 N S C、逆时针方向转动，同时下降 D、逆时针方向转动，同时上升
B B
F
I
F
I
结论：当电流方向和磁场方向同时反向时， 安培力方向不变。
3.安培力的大小
影响安培力的因素
①磁场的强弱 ②电流的大小、电流的长度 ③放置的角度
当电流与磁场方向垂直时， F 由 B= F BIL I L
当电流与磁场方向夹θ角时，
I
B
I B
F 最大
条件： I⊥B，且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大
例2、如图所示，一条劲度系数较小的金属弹簧处于自由状态， 当弹簧通以电流时，弹簧将（ A ） Ａ.纵向收缩，径向膨胀； Ｂ.纵向伸长，径向收缩； Ｃ.纵向收缩，径向伸长； B2 F1 Ｄ.纵向伸长，径向膨胀。
S N F2 I F2
B1
B1 B2
推论分析法
F1
螺线管通电后，在轴向上有收缩趋势；在径向上有扩张趋势．
F
BI (2R)
a b
I
B
F
L 0.628 R m 0.1m 2 6.28
绕有线圈的铝框
螺旋弹簧
电流表构造中最大的特点 就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁 场是均匀地辐向分布的（即沿 直径方向分布），如图所示。
这样的构造使得线框在转 动过程中，其平面始终与磁场 平行，即受到安培力的线框中 的两边始终与磁场垂直。
2.电流表的工作原理
如图所示，当电流通过线圈 时，线圈上跟轴线平行的两边在 安培力作用下，使线圈绕轴线转 动，从而使螺旋弹簧被扭动。当 安培力产生的力矩和弹簧的扭转 力矩相平衡时，线圈才停止转动。 由于安培力与电流成正比， 当线圈中流入的电流越大时，线圈 上产生的安培力越大，线圈和指针 转过的角度也越大。因此，根据指 针偏转角度的大小，可以知道被测 电流的强弱。
可以自由活动，当通以如图所示电流后，CD导线将（
A. B. 顺时针方向转动，同时靠近AB 逆时针方向转动，同时离开AB
D
）
A
C.
D.
顺时针方向转动，同时离开AB
逆时针方向转动，同时靠近AB
C
B
A
D
16、在一光滑的平面上有一根无限长通电直 导线AB，在其右侧附近有矩形线框abcd （电流逆时针流动），问线框将如何运动？
θ=NBIS/k
3.电流表的特点
（1）灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈 的导线很细，允许通过的电流很小；
（2）电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的； （3）电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反 方向转动。
思考与讨论 在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿 边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的 两极相连，然后再在玻璃器皿中放入导电液体，例 如盐水，若把玻璃器皿放在磁场中，如图所示，那 么液体会转动吗？如果转？往什么方向转？ 逆时针旋转
左手定则（left-hand rule） 伸开左手： 磁感线——穿入手心
四指——指向电流的方向
大拇指——所受安培力的方向 结论：安培力的方向既跟磁场 方向垂直F⊥B，又跟电流方向 垂直F⊥I，故安培力的方向总 是垂直于磁感线和通电导线所 在的平面，即：F安⊥BI平面
安培力方向的判断
B B B
I
I α α
13、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正
中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，
给导线通以垂直纸面向外的电流，则（
A
）
A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用
C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用
D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用
例3、如图，条形磁铁平放于水平桌面上。在它的正中央上方固
定一根直导线，导线与磁铁垂直。现给导线中通以垂直纸面
向内的电流，则（ ）
N
S
A、磁铁对桌面的压力减小
B、磁铁对桌面的压力增大
C、磁铁对桌面的压力不变 D、以上说法都有可能 变式： 1. 变大 绳子拉力_______
A
N
F F
´
S
F′ (变大，变小，变)。
线的环形线圈，通有顺时针电流I，如图所示，则下列叙
述中正确的是(
AD
)
A、环形线圈所受的磁力的合力为零
B、环形线圈所受的磁力的合力不为零
C、环形线圈有收缩的趋势
D、环形线圈有扩张的趋势
9、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的 直导线，则此导线 (
Байду номын сангаас
A
)
A、受到竖直向上的安培力 B、受到竖直向下的安培力 C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向东的安培力
实验结果分析 试画出下述两实验结果的正视图：
B F I B
I
F
2.安培力的方向 F、B、I方向关系
左手定则：伸开左手,使拇指与其 余四个手指垂直,并且都与手掌在 同一平面内;让磁感应线从掌心进 入,并使四指指向电流的方向，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
再次提醒：一定要使用左手！
2. 桌面对磁铁的支持力 变小 __________。 水平向右 。 3. 桌面对磁铁的摩擦力_______( 有，无 ) ，方向 _____________ 有
N
F
S
例4、如图，柔软导线长0.628m，弯曲的放在光滑水平 面上，两端点固定在相距很近的a、b两点，匀强磁场 的方向竖直向下，磁感应强度B为2T，当导线中通以图 示方向的电流I=5A时，导线中的张力 1N 。
知识回顾
如何描述磁场的强弱和方向？
F B IL
( B L)
一、安培力(Ampere force)
1、概念：通电导线在磁场中受到的力称 为安培力，是为了纪念安培而命名的。 在电场中，电场强度的方向就是正电荷 所受电场力的方向。 在磁场中，磁感应强度的方向是不是通 电导线在磁场中的受力方向呢？ 实验表明：通电导线在磁场中受力方向与电流方向 和磁场方向有关。
由题意知开始安培力向下，B垂直纸面向里： 改变电流方向后，安培力向上： m1 gl (m2 g m0 g +NBIL)l m gl (m g m g mg NBIL)l
1 2 0
2 NBIL mg
B
mg 2 NIL
15、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB固定，CD
二、磁电式电流表 电流表，它就是根据 磁场对电流作用的安 培力制成的。 1.电流表的构造
刻度表
蹄形磁铁
指 针
铁芯
在一个很强的蹄形磁铁的两极间， 有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外 面套有一个可以绕轴转动的铝框， 铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装 有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈 的两端分别接在这两个螺旋弹簧上， 被测电流经过这两个弹簧流入线圈。
B1 B cos B2 B sin
B1与电流平行， B2与电流垂直。
I

B1 B cos
B
B2 B sin
故 F B2 IL BIL sin
I与 B 斜交 0﹤F ﹤ Fm
说明：若非匀强磁场，则L应足够小，B应是导线所在位 置的磁感应强度 。 L是有效长度，弯曲导线等效长度为两端点连接直线长 度，任意形状的闭合导线等效长度为零，通电后所受安 培力矢量和一定为零。
11、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB
固定，CD可自由活动，当通以如图所示电流后，CD导 线将（
D
）
A、顺时针方向转动，同时靠近AB B、逆时针方向转动，同时离开AB C、顺时针方向转动，同时离开AB D、逆时针方向转动，同时靠近AB
12、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏度的是（注： 电表的灵敏度可以表示为θ /I=NBS/k）（ AB ） A、增加线圈的匝数； B、增强磁极间的磁感应强度； C、减小线圈的电阻； D、换用不易扭转的弹簧
得：R E 6 r 1 0.2 I 5
E Rr
2、安培力的确定
3、闭合电路欧姆定律的应用
作业 阅读课文91——93页
1、课本P 94 问题与练习 1、 2、 3、 4
2、阅读80学习方略78——82页， 并完成相关练习
8、在垂直纸面向里的匀强磁场 B中，有一个垂直磁感
10、把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在水平方向的 匀强磁场中，匀强磁场的方向与铝盘平面垂直，盘的 下边浸在水银糟内，将转轴和水银用导线直接连在电 源的两极上，如图所示，则下列说法正确的是（ B ） A、由于磁场对电流的作用，铝盘将顺时针转动 B、由于磁场对电流的作用，铝盘将逆时针转动 C、将电源两极对调，铝盘的转动方向不会改变 D、将电流及磁场方向同时改 变，铝盘的转动方向改变
由导线受力平衡求安培力 解：由导线静止平衡得:
F安 mg tan 45
FN
N
B
解得: F安 mg =1N 由安培力的计算公式电流求 G F安 1 θ 由 F安 =BIL 得 I A 5A B L 1 0.2 由闭合电路欧姆定律求电阻 1、导线受力平衡
F安
根据闭合电路欧姆定律 I
14、如图所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的右臂下面挂 有一个矩形线圈，宽为L，共N匝.线罔的 下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸而. 当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平 左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码， 天平平衡.当电流反向(大小不变)时，右边 再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡. 由此可知( B ) A、磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为(m1-m2)g/NIL B、磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg/2NIL C、磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为(m1-m2)g/NIL D、磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为mg/2NIL
课堂练习 1、下列说法中正确的是（ ABD） A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一
定为零
B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受
到的安培力一定为零
C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该
处磁感应强度为零
D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零
2、一根长为0.2 m的电流为2 A的通电导线，放在磁感应 强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是 （ ） BCD A、0.4N B、0.2N C、0.1N D 、0
0 F安 BIL 0.5 2 0.2N 0.2N
3、试画出下列各图中安培力的方向：
F
× F
F F
5、试画出下列各图中通电导体棒ab所受安培力的方向：
6、试讨论下列各图中通电导体棒ab在不计重力的情况 下，将如何运动？
结论:俯视图可知,逆时针转动,同时向下运动。
7、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为 45° ，金属棒 MN 的质量为 0.1kg ，处在竖直向上磁感应强度 为1T的匀强磁场中，电源电动势为 6V，内阻为1Ω ，为使MN 处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)