3-2第3章第4节 通电导线在磁场中受到的力

AC
)Hale Waihona Puke C. 适当增大磁场D. 将磁场反向并适当改变大小
a
I
b
方向
垂直于 B、I 决定的平面
判断：左手定则 B 与 I 垂直： F = ILB
大小 F = ILBsin θ 安培力 电流间的 相互作用 应用
B 与 I 平行：F = 0 先用安培定则判断磁场方向 再用左手定则判断安培力的方向 把立体图转化为平面图进行受力分析 根据力的平衡条件解未知量 构造、原理
安培力最小，等于零。
（3）当导线方向与磁场方向 成 θ 角时， 所受安培力介于最大值和最小值之间： F安 = BILsin θ I B∥
θ
B
B⊥
12
对公式 F = BIL 的理解
1. B 垂直于 I ，匀强磁场，直导线。
2. 不垂直变垂直(分解 B，或投影 L )。
3. 弯曲导线变成直导线 ─ L是有效长度，不一定是导线实
1. 如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放
入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进 入磁场的过程中，所受的安培力大小变化是 ( A. 逐渐变大 B. 先变大后变小 C. 逐渐变小 D. 先变小后变大 B I
B
)
四、磁电式电流表
在实验室中，常用到一 种测电流强弱和方向的电学 仪器——电流表，它就是根 据磁场对电流作用的安培力 制成的。
旋转的液体
如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放
一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中放 入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N 极在下，S 极在上，
盐水就会旋转起来。
判定以下通电导线所受安培力的方向
B B B
I I
F I B B F α α
B
I B F I F α
例 2. 质量为 m，长度为 L 的导体棒 MN 垂直导轨放置且静
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，垂直于电流方向且与导轨平面成 θ 角斜向下，如 图所示，求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。
解析：画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN 受
力分析，如图所示，对导体棒 MN 由平衡条件得：
剖视图或俯视图等。
2. 确定导线所在处磁场方向，根据左手定则确定安培 力的方向。
3. 结合通电导体、受力分析、运动情况等，根据题目
要求，列出方程，解决问题。
2. 如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒 ab
悬挂在水平位置上，金属棒中通入由 a 到 b 的稳定电流 I，
这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变 为零，可采用哪些方法 ( A. 适当增大电流 I B. 将电流反向并适当改变大小 B
2. 该磁场是否匀强磁场？
该磁场并非匀强磁场
3. 该磁场有什么特点？
在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度 B 的大小是
相等的。
2. 电流表的工作原理
( 1 ) 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电 线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过 线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产 生的力矩使线圈发生转动。
B．向右运动
C．静止不动
D．无法确定
解析：此题可以采用电流元法，也可采用等效法。 解法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培定则，线
圈等效成小磁针后，左端是 S 极，右端是 N 极，异名磁极相
吸引，线圈向左运动。 解法二：电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，
根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向
置的方向有关。一般情况下的安培力大于零而小于BIL，
方向与磁场方向垂直。在安培力方向的描述中，应用动 画三维呈现，给学生以最直观的了解。
1. 知道什么是安培力，会推导安培力公式 F = BILsin θ。
2. 知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。
3. 了解磁电式电流表的工作原理。
重点：安培力的大小计算和方向的判定。 难点：用左手定则判定安培力的方向。
所确定的平面
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. 0.4 N B. 0.2 N C. 0.1 N D. 0
3. 试画出下列各图中安培力的方向。
F
F F
× F
4. 在垂直纸面向里的匀强磁场 B 中，有一个垂直磁感线 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（
1. 磁电式电流表的构造 刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋
弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
.
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
1. 电流表中磁场分布有何特点呢？
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。 所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中 心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是 零度。
安培力作用 的平衡问题
应用
磁电式电流表
1. 关于磁场对通电直导线的作用力，下列说法正确的是
( BCD ) A. 通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用 B. 通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方 向垂直 C. 通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方 向垂直
D. 通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂于由 B 和 I
M 安 nBIS
M 弹 k
表盘的刻度均匀，θ ∝ I
（3）当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随 之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转 方向，可以知道被测电流的方向。
一、通电导体运动方向的判断
例1. 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N极 附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线 圈内通入如图方向的电流后，则线圈( A．向左运动 )
M 安 nBIS M 弹 k
线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩， 其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培 力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。
（2）磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电 流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度 也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电 流的强弱。
现在我们的生活中到处都有家用电器的身影，如：洗衣 机、电风扇、电动车等。这些电器中都有电动机，通电后就 会转动工作，你知道它们的工作原理吗？这节课我们就一起
来认识下。
一、安培力
磁场对电流的作用力称为安培力， 是为了纪念安培而命名的。
麦克斯韦称赞安培的工作是“科学 上最光辉的成就之一，还把安培誉 为“电学中的牛顿”。
水平方向：Ff ＝ Fsin θ 竖直方向：FN ＝Fcos θ＋mg 安培力 F ＝ BIL， 所以 M所受的支持力 FN ＝ BILcos θ＋mg
所受摩擦力 Ff ＝ BILsin θ
答案：BILcos θ＋mg BILsin θ
解决涉及安培力的综合类问题的分析方法
1. 首先把立体图画成易于分析的平面图，如侧视图、
第三章
磁场
第四节 通电导线在磁场中受到的力
安培力是电磁学中极为重要的常见的力，安培力作为一
种常见的电磁力，主要以小知识点穿插在综合性问题之
中，特别是方向的判断。教学中应该提醒学生注意安培 力与库仑力的区别。电荷在电场中某一点受到的库仑力 是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反 。电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放
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
/edu/ppt/ppt_playVideo.action?medi aVo.resId=53fff7e2083a1dccccc96d78
通过视频回顾平行通电直导线之间的相互作用。
同向电流相互吸引
F
F
F 反向电流相互排斥
F
/edu/ppt/ppt_playVideo.action?mediaVo.resId =53fff7dc083a1dccccc96d70
André -Marie Ampè re 1775 ─ 1836
在电场中，正电荷所受电场力的方向就是电场强度的方
向。那么，在磁场中，通电导体在磁场中的受力方向是不是
磁感应强度的方向呢？
初中的学习中，我们知道通电导线在磁场 中所受安培力 F 的方向，与电流 I、磁感应 强度 B 的方向都有关。我们利用如图所示
的装置探究。
/edu/ppt/ppt _playVideo.action?mediaVo.resId =55e3bc29af508f0099b1c9c6
通过视频，让学生观察磁场对电流 的作用的特点，归纳总结安培力的 方向判断。
表示电流方垂直纸面向外 表示电流方垂直纸面向里
左运动。 答案：A
分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法
电流 元法 特殊 等效 位置 法 法 结论 法
把整段导线分为多段电流元，先用左手定 则判断每段电流元所受安培力的方向，然 后判断整段导线所受安培力的方向，从而 确定导线运动方向 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊 以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来 位置，判断其所受安培力的方向，从而确 等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的 定其运动方向 作用规律判断 两平行直线电流在相互作用过程中，无转 动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互 相排斥；不平行的两直线电流相互作用时， 有转到平行且电流方向相同的趋势