吉林省长春五中高中物理 第三章 第4节《通电导线在磁场中受到的力》课件(选修3-1)

4.直导线 AB 与圆线圈的平面垂直且隔有一小段 距离，直导线固定，线圈可以自由运动。当通 过如图 3－4－8 所示的电流时(同时通电)，从 左向右看，线圈将 A.顺时针转动，同时靠近直导线 AB B.顺时针转动，同时离开直导线 AB C.逆时针转动，同时靠近直导线 AB D.不动 ( ) 图 3－4－8
图 3－4－3
(3)若磁场和电流成 θ 角时， 如图 3－4－4 所示 。 可以将磁感应强度 B 正交分解 成 B⊥＝Bsin θ 和 B∥＝Bcos θ， B∥对电 而 图 3－4－4
流是没有作用的。F＝ILB⊥＝ILBsin θ，即 F＝ILBsin θ。
[特别提醒] (1)公式 F＝ILBsin θ 中 θ 是 B 和 I 方向的夹角，不能 盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析。 (2)公式中的 L 可以理解为垂直于磁场方向的“有效长 度”。
3.关于电流表以下说法错误的是
(
)
A.指针稳定后，游丝形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培 力的转动效果方向是相反的 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，线圈所受安培力大小与电流大小有 关，而与所处位置无关
解析：游丝形变产生的阻力力矩与安培力引起的动力力矩平 衡时，线圈停止转动，故从转动角度来看二者方向相反。电 流表内磁场是均匀辐射磁场，在线圈转动的范围内，不管线 圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处 的磁场大小相等方向不同，所以安培力与电流大小有关而与 所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越 大，正确的选项为 A、B、D，C 错。
1.画出下图中通电导体棒所受的安培力的方向。
图 3－4－2
解析：题中 A、B、C 给出的立体图，如果直接把 ab 棒受到 的力画在立体图上则较为抽象。为了直观，一般都画成平面 图。对 A、B、C 中的各图从外向内看的正视平面图如下图所 示(此时导体 a、b 是一个横截面图)。
答案：见解析
[自学教材] (1) 垂直 于磁场 B 放置、长为 L 的通电导线，当通过的电流为 I 时，所受安培力为 F＝
[重点诠释] 1.通电平行直线电流间的作用情况 (1)两平行电流间同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。 (2)两非平行直线电流有转到互相平行且电流方向相同的 趋势。 2.对安培力方向的理解 (1)安培力方向的特点： F⊥B，F⊥I，即 F 垂直于 B、I 决定的平面。
(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 流与磁场所决定的平面，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。 (3)注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关 系：安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电 场的方向平行。
图 3－4－10
解析：ab 段所受的安培力大小 Fab＝ILB，方向向右，bc 段 所受的安培力大小 Fbc＝ILB，方向向上，所以该导线所受安培力 为这二力的合力，F＝ 2ILB，方向沿∠abc 的平分线斜向上。
答案： 2ILB 方向沿∠abc 的平分线斜向上
[例 2]
用两根细线把两个完全相同的圆形导
根据乙图列式如下： F2＋Ff2－mgsinθ＝0，FN－mgcosθ＝0， Ff2＝μFN，F2＝BImind。 解上述方程得：Imin＝0.14 A。 因此电流范围是 0.14～0.46 A。
[答案]
0.14～0.46 A
本例题中当杆静止不动且恰好不受摩擦力时，通过杆的电 流为多少？
解析：当杆所受摩擦力为零时，由受力平衡条件得： BId＝mgsinθ mgsinθ 则 I＝ Bd ＝0.3 A。
[答案] A
[例 3] 质量为 m＝0.02 kg 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＝0.2 m，杆 ab 与导轨间的动 摩擦因数 μ＝0.4，磁感应强度 B＝2 T 的匀 强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图 3 －4－12 所示。现调节滑动变阻器的触头， 图 3－4－12
[自学教材] 1.安培力 通电导线在 磁场 中受到的力称 为安培力。 2.决定安培力方向的因素 磁场方向和 电流 方向。 图3－4－1
3.左手定则
如图3－4－1所示，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。
解析：先用安培定则判断出 AB 导线右侧的磁场向里，因此， 环形电流内侧受力向下、外侧受力向上，从左向右看应逆时 针方向转动，当转到与 AB 共面时，AB 与环左侧吸引，与环 右侧排斥，由于左侧离 AB 较近，则引力大于斥力，所以环 靠近导线 AB，故选项 C 正确。
答案： C
[例 1] 如图 3－4－9 所示，长度为 10 cm 的一段直导线 AB，与磁场方向垂直地放置在磁 感应强度 B＝3×10－2 T 的匀强磁场中。今在导 线中通以 10 A 的电流，方向自 B 向 A，导线以 固定点 O 为转动轴(设 OA＝3OB)，由图中位置 按顺时针方向转过 60° 角时，求： (1)导线受到的磁场力的大小和方向； 图 3－4－9
不同情况下的安培力的大小。 (1)当磁场方向与电流方向垂直时，F＝ILB； (2)当磁场方向与电流方向平行时，F＝0； (3)当磁场方向与电流方向成任意夹角时，0≤F≤ILB； (4)当磁场方向与电流方向成 θ 角时，F＝BILsin θ。
如图 3－4－10 所示，导线 abc 为垂直折线，其中电流为 I， ab＝bc＝L，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感 应强度为 B，求导线 abc 所受安培力的大小和方向。
结论法 流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相
互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研 究对象 法 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，
确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合 力及运动方向
[特别提醒] (1)判断通电线圈等在磁场中的转动情况，要寻找具有对称关系 的电流元。 (2)利用特殊位置法要注意所选的通电导体所在特殊位置的磁 场方向。
2.把长 L＝0.15 m 的导体棒置于磁感应强度 B＝1.0×10
－2
T 的匀
强磁场中，使导体棒和磁场方向垂直，如图 3－4－5 所示， 若导体棒中的电流 I＝2.0 A， 方向向左， 则导体棒受到的安培 力大小 F＝ 填“上”或“下”) N， 安培力的方向为竖直向 。 (选
图 3－4－5
解析： 由安培力公式得： F＝BIL＝1.0×10－2×2.0×0.15 N ＝3×10－3 N，由左手定则可判定，安培力方向竖直向下。
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。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针 的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被 测电流的方向。
5.优缺点 优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很 细，允许通过的电流很弱。如果希望它测量较大的电流值，就要根 据上一章的方法扩大其量程。
－
2
×10×0.1×sin30° ＝ N
3×10－2×10×0.1×0.5 N＝1.5×10－2 N，它作用在导线上，方向 垂直于纸面向外。 (2)F＝BILsinθ＝3×10－2×10×0.1×sin90° N＝3×10－2 N， 力的方向与导线垂直，且与原 OA 方向成 120° 角指向纸外。
[答案] 见解析
答案： 3×10－3
下
1.原理 安培力与电流的关系。 2.构造 磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴。如图 3 －4－6 所示。 3.特点 图 3－4－6
两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都 沿半径方向，使线圈平面都与磁场方向平行，从而使表盘刻度均匀。
4.工作原理 如图 3－4－7 所示是线圈在磁场中受力的 示意图。当电流通过线圈时，导线受到安培力 的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的 安培力的方向相反， 于是架在轴上的线圈就要 转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗 线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋 图 3－4－7
(4)安培定则和左手定则的区别： ①安培定则确定的是电流方向和由电流产生的磁场方向之间 的关系。 ②左手定则确定的是磁场方向、电流方向和电流所受磁场的 作用力(安培力)的方向之间的关系。
[特别提醒] (1)安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面， 但 磁场方向和电流方向不一定垂直。 (2)若已知 B、I 方向，F 方向唯一确定，但若已知 B(或 I)、 F 方向，I(或 B)方向不唯一。 (3)判断电流的磁场方向用安培定则， 确定通电导体在磁场中 的受力方向用左手定则。
(2)如果在 AB 的竖直面上，OA 从图中位置以 O 点为转动轴， 由纸面向外转 30° 角时，情况又如何？
[思路点拨]
解答本题可按以下思路分析：
(1)用左手定则判断安培力方向。 (2)用安培力公式 F＝ILBsin θ 求解。 (3)明确问题中 B 与 I 的夹角 θ。
[解析]
(1)F ＝ BILsinθ ＝ 3×10
知识点一 理解教材新知 知识点二 知识点三 考向一第 三 章第4 Nhomakorabea节
把握热点考向
考向二 考向三
应用创新演练
1.磁场对通电导线的作用力称为安培力，安培力的方 向由左手定则判定。 2.安培力的大小为：F＝ILB，当磁感应强度与导线 方向成 θ 角时，F＝ILBsinθ。 3.磁电式电流表的工作原理利用了安培力与电流的关 系，所测电流越大时，电流表指针偏转角度越大，根 据指针偏转的方向可知电流的方向。
线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图 3－4－ 11 所示，当两导线环中通入方向相同的电流 I1、I2 时，则有 A.两导线环相互吸引 B.两导线环相互排斥 C.两导线环无相互作用力 D.两导线环先吸引后排斥 图 3－4－11 ( )