磁场对电流的作用——安培力
高中物理3-1教学 探究磁场对电流的作用
3.判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动 方向的方法
(1)电流元分析法:把整段电流分成很多小段直 线电流,其中每一小段就是一个电流元。先用左手定 则判断每小段电流元受到的安培力的方向,再判断整 段电流所受安培力的方向,从而确定导体的运动方向。
(2)特殊位置分析法:根据通电导体在特殊位置所受安 培力的方向,判断其运动方向,然后推广到一般位置。
图6-1-2
(3)安培力公式适用于匀强磁场,或通电导 线所处区域的磁感应强度的大小和方向相同。
2.安培力的方向 (1)安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所 决定的平面,在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面, 从而判断安培力的方向在哪一条直线上,然后再根据左手 定则判断安培力的具体方向。 (2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向 仍垂直于电流和磁场所决定的平面,所以仍可用左手定则 来判断安培力的方向,只是磁感线不再垂直穿过手心。
向,那么,拇指所指方向即为通电直 导线在磁场中的 受力 方向。(如图6-
1-1所示)
图6-1-1
[重点诠释]
1.对安培力的认识 (1)安培力的计算方法: 当B与I垂直时,F=IlB;当B与I成θ角时,F= IlBsinθ;当B与I平行时,F=0。
(2)公式F=IlB和F=IlBsinθ中的l指的是“有效长度”, 如图6-1-2所示,弯曲导线的有效长度l等于连接两端点直 线的长度,相应的电流沿l由始端流向末端。
③在磁感应强度与电流的大小和方向不变的情况 下,改变通电导线在磁场中的 长度 ,探究通电导线 在磁场中的长度对安培力的影响。
3.结论 在匀强磁场中,通电导线与磁场方向垂直时, 安培力的大小:F= I。lB
4.判断安培力方向的方法——左手定则
11-5磁场对电流的作用
dFx
θ
Idl
所以:2 F2 y dF2 sin BIdl sin F
BIr
π
0
sin d BI 2r cos 0 BI AB
在均匀磁场中,闭合载流回路受到的合磁力为零。 11
例5:求作用在圆电流上的磁力。
解:由 I1 产生的磁场为
a
y
f
a
0 I1 I 2
2 πx
dx
I1
f
a
L
I2
0 I1 I 2
aL ln 2π a
方向:垂直电流I2平行电流I1
6
例3 求半圆形载流导线在均匀磁场中受力
解:建坐标如图 在电流线上取电流元 Idl
安培力大小为 df ( Idl ) B
方向:与横坐标夹角为(如图) 分量:
2 r
r I1
I2
电流元受力为dF=I1dlB=I1dlBsink,k是
x
沿z轴方向的单位矢量。
21
力对轴线的力矩的大小为
y
2 R I1dl
dM r sin dF
0 I1 I 2
2
sin d l ,
2
r I1
I2
力矩方向沿-j方向,其中dl=Rd(2)=2Rd。
x
由于整个线圈所受力矩方向都相同,总力矩为
0 I1 I 2 R 2 1 M dM sin d 0 I1 I 2 R 2
线圈在该力矩的作用下将发生转动,转动方 向为对着y轴看去沿顺时针方向,最后停止在与 长直电流共面的平衡位置上。 22
例4:半径0.2m,电流20A的N 圈圆形线圈放在 均匀磁场中,磁感应强度为0.08T,沿x方向,分 析其受力情况。 解:在均匀磁场中的闭合载流
磁场对通电电流的作用——安培力
即F安∝L 安
! 思考
如何运用所学表达式来表达安 培力与这两个物理量的关系呢? 培力与这两个物理量的关系呢?
等式表示
F安∝I F安∝IL F安∝L 猜想:其中常数K和什么有关呢? 猜想:其中常数K和什么有关呢?
?
F安=KIL
长度、 电流大小恒定 , 三 、 长度 、 电流大小恒定, 研 究磁场对安培力的影响 实验现象: 安培力的大小与磁场 实验现象: 有关,磁场强安培力大,反之小。 有关,磁场强安培力大,反之小。
课 题:磁场对通电电流 的作用——安培力靠近没有通电的线圈, 当我的左和右手靠近没有通电的线圈, 请大家观察线圈有无移动? 请大家观察线圈有无移动
现象: 现象:线圈没有发生移动
情景二
• 当我的左和右手靠近通电的线圈,请 当我的左和右手靠近通电的线圈, 大家观察线圈有无移动? 大家观察线圈有无移动
实验结论: 实验结论:
当通电导线与磁场垂直时,磁场 对电流的作用力与导线长度和电流成 正比,即F∞IL即F=BIL(其中B为与 磁场有关的常数)
探究二: 探究二:安培力方向
只改变电流方向 受力方向 只交换磁极位置 受力方向 同时改变电流 和磁场方向 改变 不变 受力方向 改变
想一想: 想一想:
控制变量法
一 、 磁场及在磁场中的长度 恒定, 研究电流大小对安培力 恒定 , 的影响
实验准备: 实验准备:
1、用什么来测量力? 、用什么来测量力? 2、接通电路之前先记的弹簧秤的示数F0 、接通电路之前先记的弹簧秤的示数 3、接通电路时记的弹簧秤的示数F1,想 、接通电路时记的弹簧秤的示数 一想F 表示什么? 一想 1- F0表示什么?
课堂检测
下图中表示通电直导线在磁场中的受力情况 请标出电流方向或磁场力方向。 ,请标出电流方向或磁场力方向。 B B F F
高二物理磁场中的安培力知识点
⾼⼆物理磁场中的安培⼒知识点 安培⼒是⾼⼆物理教学中的⼀个重要内容,具体有哪些知识点我们需要了解?下⾯是店铺给⼤家带来的⾼⼆物理磁场中的安培⼒知识点,希望对你有帮助。
⾼⼆物理磁场中的安培⼒知识点 ⼀、安培⼒的⽅向 安培⼒——磁场对电流的作⽤⼒称为安培⼒。
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。
⼆、安培⼒⽅向的判断 1.安培⼒的⽅向总是垂直于磁场⽅向和电流⽅向所决定的平⾯,在判断安培⼒⽅向时⾸先确定磁场和电流所确定的平⾯,从⽽判断出安培⼒的⽅向在哪⼀条直线上,然后再根据左⼿定则判断出安培⼒的具体⽅向。
2.已知I、B的⽅向,可唯⼀确定F的⽅向;已知F、B的⽅向,且导线的位置确定时,可唯⼀确定I的⽅向;已知F、I的⽅向时,磁感应强度B的⽅向不能唯⼀确定。
3.由于B、I、F的⽅向关系在三维⽴体空间中,所以解决该类问题时,应具有较好的空间想像⼒.如果是在⽴体图中,还要善于把⽴体图转换成平⾯图。
三、安培⼒的⼤⼩ 实验表明:把⼀段通电直导线放在磁场⾥,当导线⽅向与磁场⽅向垂直时,导线所受到的安培⼒最⼤;当导线⽅向与磁场⽅向⼀致时,导线所受到的安培⼒等于零;当导线⽅向与磁场⽅向斜交时,所受到的安培⼒介于最⼤值和零之间。
⾼⼆物理磁场知识点 1.磁感应强度是⽤来表⽰磁场的强弱和⽅向的物理量,是⽮量,单位T),1T=1N/Am 2.安培⼒F=BIL;(注:L⊥B){B:磁感应强度(T),F:安培⼒(F),I:电流强度(A),L:导线长度(m)} 3.洛仑兹⼒f=qVB(注V⊥B);质谱仪〔见第⼆册P155〕{f:洛仑兹⼒(N),q:带电粒⼦电量(C),V:带电粒⼦速度(m/s)} 4.在重⼒忽略不计(不考虑重⼒)的情况下,带电粒⼦进⼊磁场的运动情况(掌握两种): (1)带电粒⼦沿平⾏磁场⽅向进⼊磁场:不受洛仑兹⼒的作⽤,做匀速直线运动V=V0 (2)带电粒⼦沿垂直磁场⽅向进⼊磁场:做匀速圆周运动,规律如下a)F向=f洛=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=qVB;r=mV/qB;T=2πm/qB;(b)运动周期与圆周运动的半径和线速度⽆关,洛仑兹⼒对带电粒⼦不做功(任何情况下);(c)解题关键 ⾼⼆物理学习⽅法 ⼀、及时完成学习任务,注重基础知识的掌握。
高中物理第三章磁场章末复习课达标检测含解析粤教版3_1
章末复习课【知识体系】磁场错误![答案填写]错误!BS投影面积左手定则相吸相斥qvB错误!错误!主题1磁场对电流的作用——安培力1.分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤.(1)画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况.(2)用左手定则确定各段通电导线所受安培力.(3)据初速度方向结合牛顿定律确定导体运动情况.2.注意问题.(1)公式F=BIL中L为导线的有效长度.(2)安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心.(3)安培力做功:做功的结果将电能转化成其他形式的能.【典例1】如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽L.匀强磁场磁感应强度为B.金属杆长为L,质量为m,水平放在导轨上.当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止.则(1)这时B至少多大?B的方向如何?(2)若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?解析:解这类题时必须先画出截面图,只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向,从而理清各矢量方向之间的关系.(1)画出金属杆的截面图.由三角形定则得,只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小,B也最小.根据左手定则,这时B应垂直于导轨平面向上,大小满足BI1L=mg sin α,B=错误!。
(2)当B的方向改为竖直向上时,这时安培力的方向变为水平向右,要使金属杆保持静止,应使沿导轨方向的合力为零,得BI2L cos α=mg sin α,I2=错误!.答案:(1)错误!垂直于导轨平面向上(2)错误!针对训练1。
质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上,通过MN的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成θ角斜向下,如图所示.求棒MN受到的支持力和摩擦力.解析:由左手定则判断安培力的方向时,要注意安培力的方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向,垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面,棒MN受力分析如图所示。
由平衡条件有水平方向F f=F sin θ,竖直方向F N=F cos θ+mg.且F=BIL,从而得F f=BIL sin θ。
磁场中的安培力
磁场中的安培力
磁场中的安培力是物理学中一个重要的概念,它描述了电流在磁场中所受到的
力的作用。
安培力是由法国物理学家安培发现的,他的研究使得人们对电磁现象有了更深入的理解。
安培力是什么?
安培力是指电流在磁场中所受的力的大小和方向。
在一个磁场中,通过有电流
的导体会受到安培力的作用,这个力的方向和大小取决于电流的方向和磁场的方向。
如果电流方向和磁场方向相同,安培力将是吸引的;如果电流方向和磁场方向相反,安培力将是斥力的。
安培力的公式
安培力的大小可以用以下公式来计算:
\[ F = BIL \sin(\theta) \]
其中,\( F \) 是安培力的大小,\( B \) 是磁场的磁感应强度,\( I \) 是电流的
大小,\( L \) 是电流元素在磁场中的长度,\( \theta \) 是磁场和电流方向之间的
夹角。
安培力的应用
安培力在许多领域有着广泛的应用。
举例来说,在电动机中,通过控制电流和
磁场的方向,可以产生一个旋转的安培力,从而驱动电动机的运转。
在电磁铁中,安培力可以用来吸附金属物体,实现吸附和释放的功能。
此外,安培力还在发电机、变压器等电气设备中起着重要作用。
结论
磁场中的安培力是电流在磁场中受到的力的表现形式,它的大小和方向取决于
电流和磁场的相互作用。
安培力的发现和应用推动了电磁学的发展,为现代科学技术的进步做出了重要贡献。
通过深入研究安培力的原理和应用,我们可以更好地理解电磁现象的发生和而知识。
大学物理10.5磁场对载流导线作用安培定律Xiao
若d=1m, 则当
B2
dF1
dF2
B1
dF1 dF2 0 2 10 7 N / m
dl1 dl2 2 π
d
时,有 I1 I2 1A
在真空中两平行长直导线相距 1 m ,通有大小相等、 方向相同的电流,当两导线每单位长度上的吸引力 为 2 107 N m1 时,规定这时的电流为 1 A(安培).
10.5 磁场对载流导线的作用
——安培定律
南京理工大学应用物理系
10.5 磁场对载流导线的作用—安培定律
一、安培定律
描写电流元在磁场中受安培力的规律. Idl
安培定律的表述:
dF
B
一个电流元在磁场中所受磁场力为电流元 Idl 与磁感
应强度 B 的矢量积。
用矢量式表示: dF Idl B
大小:dF IdlBsin
I2 导线左端距 I1 为 a,求导线 I2 所 受到的安培力。
I 1o
x
I 2 dx x
解:建立坐标系,坐标原点选在 I1上, 分割电流元, 长度为 dx ,
a L B1
电流元受安培力大小为:dF I 2dxB 1 sin
其中
B1
0 I1 2x
,
2
南京理工大学应用物理系
10.5 磁场对载流导线的作用—安培定律
Idl
Fx dFx BI 00dy 0
L
dFy
dy x
dFx dx
Fy
dFy
BI0
dx
BIL
F
Fy
BILj
F OP
与前面的普遍结论一致.
南京理工大学应用物理系
10.5 磁场对载流导线的作用—安培定律
磁场(二)安培力
磁场(二)磁场对电流的作用一、安培力-------通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力.1.说明:磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用,磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力.2.安培力的计算公式:F=BILsinθ(θ是I与B的夹角);通电导线与磁场方向垂直时,即θ=900,此时安培力有最大值;通电导线与磁场方向平行时,即θ=00,此时安培力有最小值,F=0N;00<B<900时,安培力F介于0和最大值之间.3.安培力公式的适用条件:①公式F=BIL一般适用于匀强磁场中I⊥B的情况②非匀强磁场中极短的导体近似适用(如对电流元)③公式F=BIL中L为导线的有效长度,即导线两端点所连直线的长度,相应的电流方向沿L由始端流向末端.如图所示,甲中:/l ,乙中:L/=d(直径)=2R(半圆环且半径为R)【例1】如图所示,在光滑的水平桌面上,有两根弯成直角相同金属棒,它们的一端均可绕固定转轴O自由转动,另一端 b互相接触,组成一个正方形线框,正方形边长为 L,匀强磁场的方向垂直桌面向下,磁感强度为 B.当线框中通以图示方向的电流时,两金属棒b点的相互作用力为f此时线框中的电流为多少?I=2f/BL二、左手定则1.用左手定则判定安培力方向的方法:伸开左手,使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,并使四指指向电流方向,这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直,大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.2.安培力F的方向既与磁场方向垂直,又与通电导线垂直,即F跟BI所在的面垂直.但B与I的方向不一定垂直.3.安培力F、磁感应强度B、电流1三者的关系①已知I,B的方向,可惟一确定F的方向;②已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可惟一确定I的方向;③已知F,1的方向时,磁感应强度B的方向不能惟一确定.4.由于B,I,F的方向关系常是在三维的立体空间,所以求解本部分问题时,应具有较好的空间想象力,要善于把立体图画变成易于分析的平面图,即画成俯视图,剖视图,侧视图等.【例2】质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的平行导轨上,导轨宽度为d,杆ab与导轨间的摩擦因数为μ.有电流时aB恰好在导轨上静止,如图所示,如图10—19所示是沿ba方向观察时的四个平面图,标出了四种不同的匀强磁场方向,其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是(AB)【例3】在同一平面内有两根平行的通电导线a与b,关于它们相互作用力方向的判断.正确的是()A.通以同向电流时,互相吸引 B.通以同向电流时,互相排斥C.通以反向电流时,互相吸引 D.通以反向电流时,互相排斥【例4】如图所示,一条形磁铁放在水平桌面上在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线,当导线通以如图所示方向电流时()A.磁铁对桌面的压力减小,且受到向左的摩擦力作用B.磁铁对桌面的压力减小,且受到向右的摩擦力作用C.磁铁对桌面的压力增大,且受到向左的摩擦力作用D.磁铁对桌面的压力增大,且受到向右的摩擦力作用二、安培力的的综合应用1、安培力作用下物体的运动方向的判断(1)电流元法:即把整段电流等效为多段直线电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判断整段电流所受合力方向,最后确定运动方向.(2)特殊位置法:把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向,从而确定运动方向.(3)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的环形电流来分析.(4)转换研究对象法:因为电流之间,电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律,这样,定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,再确定磁体所受电流作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向.【例5】.如图在条形磁铁N极处悬挂一个线圈,当线圈中通有逆时针方向的电流时,线圈将向哪个方向偏转?右偏转。
高三物理磁场的描述及安培定则、安培力 知识精讲 通用版
高三物理磁场的描述及安培定则、安培力知识精讲通用版【本讲主要内容】磁场的描述及安培定则、安培力磁场、磁感线、安培定则、磁感应强度、磁场对电流的作用——安培力【知识掌握】【知识点精析】1. 磁场:是存在于磁体、电流(运动电荷)周围的特殊物质,其基本性质是对放入其中的磁极和运动电荷(电流)有力的作用。
磁场的方向规定为:在磁场中的任一点,小磁针北极受力的方向,亦即小磁针静止时北极所指的方向,就是那一点的磁场方向。
例1. 磁场中任意一点的磁场方向为小磁针在该点()A. 北极受磁场力的方向B. 南极受磁场力的方向C. 静止时小磁针北极的指向D. 受磁场力的方向解析:磁场的方向是人为规定的,我们必须尊重这一规定;还要注意,受磁场力的方向和小磁针北极指向的不同,静止以后的指向才和受力方向一致。
故AC选项正确。
2. 磁感线:磁感线是为了直观形象的描述磁场而人为地画出的一族有方向的曲线(在磁场中并不真的存在)。
磁感线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同;磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强,反之越弱。
此外,磁感线还有以下两个性质:(1)磁感线是闭合曲线,不中断。
(2)任何两条磁感线都不相交,不相切。
例2. 关于磁感线的叙述正确的是()A. 磁感线始于磁铁N极,终止于S极B. 磁感线是由铁屑规则地排列而成的曲线C. 磁感线上某点切线方向即该点磁场方向D. 磁感线是为描述磁场引入的假想的线,实际上并不存在于磁场中答案:CD3. 电流的磁场、安培定则(1)磁现象的电本质:磁铁和电流的磁场一样,都是由电荷的运动产生的。
(2)安培定则:电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系可以用安培定则(也叫右手螺旋定则)来判定:①直线电流:用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。
②环形电流:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向是环形导线中心轴线上磁感线的方向。
磁场对电流的作用原理
磁场对电流的作用原理
磁场对电流的作用是基于安培力和洛伦兹力的相互作用。
安培力是指在磁场中通过导体中的电流所受到的力。
当电流通过导体时,会在其周围产生一个磁场。
如果将这个导体放入外部磁场中,由于磁场的存在,导体中的电荷将受到磁场施加的力。
根据安培力定律,安培力的大小与电流强度、磁场的大小和电流与磁场之间的夹角有关。
根据这个定律,我们可以通过控制电流的大小和方向来控制磁场对导体的作用力。
洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力。
当电流通过导体时,在磁场中运动的电荷将受到洛伦兹力的作用。
洛伦兹力的大小与电荷的速度、电荷的电量、磁场的大小以及速度与磁场之间的夹角有关。
根据洛伦兹力定律,当电流通过导体时,导体中的电荷将受到磁场施加的力。
这个力会使导体在磁场中受到偏转或受到推动。
这就是磁场对电流的作用原理。
磁场对电流的作用原理是基于安培力和洛伦兹力的相互作用。
通过调整电流的大小和方向,我们可以控制磁场对导体的作用力,从而实现对电流的控制和操纵。
这个原理在电路的设计和磁悬浮等领域有着广泛的应用。
磁场对通电导线的作用—安培力
B B
B
I F
I
I
B
B
F
I
α
α
B F
I
BI
30 F °
B
F
I α
7.当电流与磁场方向夹角为θ时, F = ILBsinθ
B1
B2
8、安培力的大小
(1)在匀强磁场中,在通电直导线与磁场方向垂直的情况 下,导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长 度L三者的乘积。
即: F=ILB
(2)平行时: F=0
4.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。
例3.长度为20cm的通电直导线放在匀强磁场中,电 流的强度为1A,受到磁场作用力的大小为2N,则
磁感应强度B:( B )
A、B=10T C、B≤10T
B、B≥10T D、不能确定
N f
θ
X
F
θ
θ
G
精确实验表明:通电导线与磁场方向垂直时,磁场对通 电导线作用力的大小与导线长度和电流大小都成正比,即
F IL 比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关,用符
号B表示(关于它的意义,下节将进一步介绍)则磁场对通
电导线作用力的公式为:
F ILB
4.公式:
高中物理选修3-1-磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用力知识元安培力知识讲解1.安培力是磁场对电流的作用力,是一种性质力,其作用点可等效在导体的几何中心.2.安培力的大小(1)计算公式:F=BIL sinθ(2)对公式的理公式F=BIL sinθ可理解为F=B(sinθ)IL,此时B sinθ为B沿垂直I方向上的分量,也可理解为F=BI(L sinθ),此时L sinθ为L沿垂直B的方向上的投影长度,也叫“有效长度”,公式中的θ是B和I方向间的夹角.注意:①导线是弯曲的,此时公式F=BIL sinθ中的L并不是导线的总长度,而应是弯曲导线的“有效长度”.它等于连接导线两端点直线的长度(如图所示),相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端.②安培力公式一般用于匀强磁场.在非匀强磁场中很短的导体也可使用,此时B的大小和方向与导体所在处的B的大小和方向相同.若在非匀强磁场中,导体较长,可将导体分成若干小段,求出各段受到的磁场力,然后求合力.3.左手定则①用于判断通电直导线在磁场中的的受力方向②用于判断带电粒子在磁场中的的受力方向方法:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心,并使四指指向电流的方向,大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向(书上定义),我在这里想说一点,是不是左手定则只可以判断受力方向,我的答案是非也,在判断力的方向时,是知二求一(知道电流方向与磁场方向求力的方向),所以也可以知道力与电流求磁场,或是知道力与磁场求电流。
4.安培力的方向在解决有关磁场对电流的作用的问题时,能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键,在判定安培力的方向时要注意以下两点:(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直,也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面.因此,在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面,从而判断出安培力的方向在哪一条直线上,然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向.(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直电流和磁场所决定的平面,所以仍可用左手定则来判断安培力的方向,只是磁感线不再垂直穿过手心.的方向被唯一确定;但若已知B(或I)、F 注意:若已知B、I方向,则由左手定则得F安的方向,由于B只要穿过手心即可,则I(或B)的方向不唯一、安简单概括磁场对电流的作用应用步骤:1.选择研究对象以及研究过程;2.在某瞬时对物体进行受力分析并应用牛顿第二定律;3.带入安培力公式和电学公式进行公式整理;4.求解,必要时对结果进行验证或讨论。
3.2_磁场对通电导线的作用力——安培力 (1)
请同学们思考:紧挨
着的相同的蹄形磁体排放
在一起的目的是什么?
保持导线中的电流不变,改变排放的磁铁的个数, 猜想导线受到的力会怎样变化呢? 如果通电导线于磁场方向平行时,导线的受力情 况又会呢?请同学们猜想!
实验表明:
(1)当通电导线与磁场方向平行时,导线不受力;
(2)当通电导线与磁场方向垂直时,磁场对通电导
2.当电流和磁场平行时
F=0
3.当电流和磁场夹角θ时
F=ILB sinθ 可以将磁感应强度 B 正 交分解成 B⊥ = Bsin θ 和 B∥=Bcos θ,而B∥对电 流是没有作用的.
F=B⊥IL=BILsin θ,即 F=BILsin θ.
设下图中磁感应强度为B,电流强度I,导线长度 L,求安培力大小
例、如图所示,蹄形磁铁固定,通电直导线AB可自由 运动,当导线中通以图示方向的电流时,俯视导体, 导体AB将(AB的重力不计) A、逆时针转动,同时向下运动 N S B、顺时针转动,同时向下运动 C、顺时针转动,同时向上运动 D、逆时针转动,同时向上运动
向里
I F N
F
S
N
F
S
向外
A、逆时针转动,同时向下运动
练习3 、如图所示,在倾角为30o的斜面上,放置两条宽 L=0.5m的光滑平行导轨,将电源、滑动变阻器用导线连 接在导轨上,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/s 2 ,其它 电阻不计)
I
B B I I B
I
θ
θ
B
安培力
卓越优优学科教师辅导讲义1.安培力——磁场对电流的作用力(1)安培力的大小当B、I、L两两相互垂直时,F=BIL;当B与I平行时F=0;当B与I成θ角时,则F=BIL sinθ。
注意:①适用于任何磁场;但只有匀强磁场才能直接相乘②L应为有效长度,即图中两端点连线的长度(如图8-2-1所示),相应的电流方向沿L 由始端流向末端。
因为任意形状的闭合线圈,其有效长度为零,所以通电以后在匀强磁场中,受到的安培力的矢量和为零。
(2)安培力的方向用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿过手心,并使四指指向电流方向,那么,大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受的安培力的方向,安培力的方向与B和I所决定的平面垂直。
2.磁电式电表的原理(1)电流表的构造主要包括:蹄形磁铁、圆柱形铁芯、线圈、螺旋弹簧和指针。
蹄形磁铁和铁芯之间的磁场是均匀的辐向分布的,如图8-2-2所示。
无论通电导线处于什么位置,线圈平面均与磁感线平行。
给线圈通电,线圈在安培力的力矩的作用下发生转动,螺旋弹簧变形,产生一个阻碍线圈转动的力矩,当二者平衡时,线圈停止转动。
电流越大,线圈和指针的偏转角度也就越大,所以根据线圈偏转的角度就可以判断通过电流的大小。
线圈的电流方向改变时,安培力的方向也就随着改变,指针偏转的方向也就改变,所以根据指针的偏转方向,就可以判断被测电流的方向。
(2)磁电式仪表的优点是灵敏度高,可以测出很弱的电流;缺点是绕制线圈的导线很细,允许通过的电流很小。
重点难点例析一、定性判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向1.电流元分析法:把整段电流等分为很多段直线电流元,先用左手定则判断出小段电流元受到的安培力的方向,再判断整段电流所受的安培力的合力方向,从而确定导体的运动方向。
2.特殊位置分析法:把通电导线转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向,从而确定运动方向。
磁场对电流的作用规律
磁场对电流的作用规律在我们的日常生活和现代科技中,磁场对电流的作用无处不在。
从电动机驱动的各种设备到电磁感应的广泛应用,理解磁场对电流的作用规律对于我们认识和利用电磁现象至关重要。
首先,让我们来了解一下什么是磁场。
磁场是一种看不见、摸不着的物质,但它却具有实实在在的力量。
可以想象磁场就像是一条条无形的线,从磁体的北极出发,环绕着经过空间,最终回到磁体的南极。
当有电流通过导线时,就会在导线周围产生磁场。
那么,磁场是如何对电流产生作用的呢?这就要提到一个重要的物理定律——安培力定律。
安培力定律指出,当电流在磁场中时,会受到一种力的作用,这个力被称为安培力。
安培力的大小与电流的大小、导线在磁场中的长度、磁场的强度以及电流方向与磁场方向的夹角有关。
具体来说,安培力的大小可以用公式 F =BILsinθ 来表示。
其中,F 表示安培力,B 表示磁场的磁感应强度,I 是电流强度,L 是导线在磁场中的有效长度,θ 则是电流方向与磁场方向的夹角。
从这个公式可以看出,如果电流方向与磁场方向平行,也就是夹角θ为 0 度或 180度时,sinθ等于 0,安培力也为 0。
只有当电流方向与磁场方向有一定夹角时,才会产生安培力。
为了更直观地理解磁场对电流的作用,我们可以想象一个简单的实验。
假设有一根直导线水平放置在一个竖直方向的磁场中,当导线中有电流通过时,如果电流方向从左向右,并且磁场方向是从上向下,根据左手定则,我们可以判断出导线会受到一个向上的安培力。
左手定则是判断安培力方向的一个简单方法。
伸出左手,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电流的方向,那么大拇指所指的方向就是安培力的方向。
磁场对电流的作用在实际生活中有许多重要的应用。
最常见的就是电动机。
电动机的工作原理就是利用磁场对电流的作用,使通电的线圈在磁场中转动。
在电动机中,通常会有一个固定的磁场(可以由永磁体或者电磁铁产生),然后通过电刷给线圈通电。
由于磁场对线圈中的电流产生安培力,使得线圈不断地转动,从而将电能转化为机械能。
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I
F b、转化为平面关系
I
B
F
3、左手定则——安培力方向的判断(重点2)
安培力的方向与磁场方向有关 面内
(2.1)保持电流大小、方向不变,改变磁场方向 三者仍相互垂直,不在同一平
a、建立立体关系 F
T′
I
B b、转化为平面关系 F
F安
mg
I
B
3、左手定则——安培力方向的判断(重点 安培力的方向与电流流向有关 2)
磁场对电流的作用——安培力
十七中备课组
发言人:边秀丽
指导教师:朱彦文
一、教材分析:
1、本节在教材中的地位和作用
(1) 重要性 导体的运 动及其实 际应用 (2) 中心地位 ①“磁场对电流的作用”是磁场这种物质存在的重 要依据。 ②是分析导体在磁场中运动的前提。 作用 磁场性质
一、教材分析:
(3)知识的逻辑关系 磁场对电流 的作用 探究 磁场结构、性质 推演 安培力的规律
I
B
F
B I
F
I
F
B
思考:若从左向右观察上述实 验,如何确定三者间的立体关系?
I
立体图: 目的:培养学生从不同 角度观察、建立三维立 F 体关系的能力
平面图:
B
I B
F
(3)左手定则
④练习: 标出安培力的方向: 标出电流的流向:
目的:通过空间描述的 不同变式,使学生熟悉 左手定则的使用
思考:若电流流向与磁场方向不垂 直,如何确定三者间的立体关系?
五、第一课时教学
2、安培力的大小(重点1)
难点:安培力大小 的空间特点
教学策略(1)学生阅读教材、回答问题 ①若B⊥IL,则导体受到的安培力的大小? ②若B⊥IL,则导体受到的安培力的大小?请 学生自己推导。 ③为什么推导过程中要分解磁感应强度B?分 解电流I可以吗?
(2)练习
B IL IL
B
B I IL
IL
B
IL
B
IL
θ
B
五、第一课时教学
3、左手定则——安培力方向的判断(重点2)
3、左手定则——安培力方向的判断(重点2)
(1)回忆上一节课的探究实验
导体不受安培力的情况; 导体受到的安培力的情况;
T
mg T′
F安
mg
3、左手定则——安培力方向的判断(重点2)
a、建立立体关系
B 三者相互垂直,不在同 一平面内
三者仍相互垂直,不在同一平 (2.2)保持电流大小、磁场方向不变,改变电流流 面内 向
a、建立立体关系
I
B
T′
F
F安 mg
b、转化为平面关系
B I
F
(2.3)以上三图比较
B
F
I
B
I I
F B B F
I
F
B
I
和电流 流向有关
(3)左手定则
①内容,请学生阅读教材: ②结合教材中的示意图,指导学生使用左手定则的 目的:强化左手定则 要点和动作程序 让磁感线穿过手心,以磁感线方 怎样用 向为轴;转动手掌,使四指指向电 流方向;大拇指所指方向就是电流 受到的安培力的方向。 ③结合上述三个实验图进行体会
一、教材分析: 2、教材的结构
安培力大小
①研究讨论安 培力的特点
(重点)
教材分为两部分
安培力方向
②了解磁电式电流表和电动机的 结构及其工作原理
一、教材分析:
若B⊥IL,则安培 3、第一部分;安培力的特点及规律教学分析 力F多大? 理论 复习:磁 提出 研究问题: 推演 B⊥IL时, 感应强度B 磁场对电 安培力的 的定义 流的作用 公式F=BIL
二、学情分析: 1、学生已有的知识和经验 (1) 学生能够用磁感线定性地描述磁 场,熟悉几种常见的磁场的分布特点;能 够用右手螺旋定则判断通电导体周围的磁 场方向;知道磁场对电流有力的作用。 (2)能够定量描述磁场的强弱。知道 当B⊥IL时,磁场对电流的作用力最大; 当时B∥IL时,磁场对电流的作用力最小, 为零。
4、我的理解:
(1)对“组织学生进行实验探究活动”的处理 教材目的是在学生学习了安培力的基础上,强 化用比值定义法来探究磁感应强度的学习过程。对 于这部分内容,我认为有两种处理方法:
方法一、按照教材要求,组织学生进行探究活
动 方法二、在学生学习安培力的基础上,结合教材 要求来回答教材中提出的问题,同样可达到教学目 的的要求
小结:
大小:
B⊥IL:F=ILB B//IL:F=0
F=ILBsinθ
安培力
方向:F总垂直于B、IL决定的 平面 判断方法——左手定则
Thank you very much !
(2)立体图向平面图的转化
(3)左、右手应用过程中的区别
五、第一课时教学 目的:激活学生
1、复习引入
原有知识,为理 论推演做准备
(1)B=?
(2)若已知空间某位置的磁 场的性质B和通电导体的性 质IL,能否求出在 B⊥IL条 件下的磁场对导体的作用力 F?
IL F B
课题:磁场对电流的作用——安培力
二、学情分析:
2、学生可能遇到的困难: (1)如果通电导线与磁场方向不垂直,对 安培力大小、方向是否有影响? (2)如何确定磁感应强度、电流流向和安培 力三者间的空间关系? (3)如何将三维立体图转化为二维平面图? (4)左手、右手分别在什么时候用?怎么 用?
三、教学重点和难点
1、重点:
安培力大小和方向的判断 2、难点; (1)安培力大小和方向的空间描述
F=ILBsinθ(大小的空间特点)
左手定则:方向的空间特点
学生活动:研究平行通电导线相互作用的现象
一、教材分析: 第二部分:
在复习安培力大小和方向的基础上,重点研究 通电线圈在匀强磁场中磁力矩问题,通过实物模型 和原理图研究学习磁电式电流表的结构和工作原理, 学习讨论电动机的结构及其工作原理,了解它们的 应用。
4、我的理解: 目的:解决安培力大小、 方向的空间问题;立体 (2)课时安排 图与平面图的转换 本节可分3课时 (1)安培力的大小和方向 1课时 (2)安培力大小和方向的判断习题课 1课时 (3)磁流式电表工作原理和电动机 1课时
目的:强化对安培力大小、 方向的空间问题的认识;立 体图与平面图的转换;左手、 右手使用的区别 目的:应用安培力解决实际 问题
策略: (1 )使用三维模型,使形 目的:扩展学生的思维, 象问题直观化
培养学生综合运用知识 ( 2)理论分析,分解B。 解决问题的能力
使不垂直问题变为垂直问题 总结:安培力始终垂直于相互作用的磁场和通电导体 决定的平面
比较
B
I
B I
B I
F
F
F
F
总结:安培力用线段的形式表示,则磁 场方向和电流流向中必有一个用 或 表示。