1、4通電導線在磁場中受到的力,知識自學,自我檢測,一、安培力的方向 閱讀教材第91頁“安培力的方向”部分,了解安培力的方向與哪些因素有關,知道左手定則的內(nèi)容。 1.安培力 通電導線在磁場中受的力稱為安培力。 2.影響安培力方向的因素 安培力的方向與磁場方向、電流方向有關。 3.左手定則 用左手定則判斷安培力的方向:伸開左手,使拇指與其余四指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感線從掌心進入,并使四指指向 電流的方向,這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。,知識自學,自我檢測,二、安培力的大小 閱讀教材第92頁“安培力的大小”部分,知道安培力大小與導線放置方向有關,知道導線與磁場

2、垂直時的計算公式。 如圖甲、乙所示,導線電流為I,長度為L,磁場的磁感應強度為B,則: 1.如圖甲,通電導線與磁場方向垂直,此時安培力F=BIL。 2.如圖乙,通電導線與磁場方向平行,此時安培力F=0。,知識自學,自我檢測,三、磁電式電流表 閱讀教材第93頁“磁電式電流表”部分,知道基本組成和原理。 1.寫出圖中磁電式電流表各部件的名稱。 永磁鐵,極靴,軟鐵,螺旋彈簧,線圈,指針。 2.原理:安培力與電流的關系。 3.特點 兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,使線圈平面都與磁場方向平行,從而使刻度盤刻度均勻。,知識自學,自我檢測,1.正誤判斷。 (1)安培力的方

3、向一定與電流方向垂直。 () 解析:根據(jù)左手定則可判定,安培力的方向一定與電流方向垂直。 答案: (2)通電導線只要放在磁場中就會受到安培力。 () 解析:當磁感應強度方向與電流平行時,安培力為零。 答案: (3)只有通電導線與磁場垂直時,導線才受到安培力的作用。 () 解析:通電導線與磁場平行時不受安培力,有夾角時受安培力,垂直時安培力最大。 答案:,知識自學,自我檢測,(4)兩根通電導線在同一勻強磁場中,若導線長度相同,電流大小相等,則所受安培力大小相等,方向相同。 () 解析:安培力的大小、方向與導線在磁場中的放置位置有關。 答案: (5)通以10 A電流的直導線,長為0.1 m,處在磁

4、感應強度為0.1 T的勻強磁場中,所受安培力可能為0.02 N。() 解析:當導線與磁場垂直放置時,所受安培力最大為F=BIL=0.1 N;當導線與磁場平行放置時,所受安培力最小為0,即0F0.1 N,所以可能F=0.02 N。 答案:,知識自學,自我檢測,2.在磁場中的同一位置放置一條短直導線,導線的方向和磁場的方向垂直,若給導線通入不同的電流,導線所受的磁場力也會不同,如圖是表示導線所受的力F與通過導線的電流I關系的圖象,其中正確的是() 解析:當電流方向與磁場方向垂直時,導線所受的安培力F=BIL,由于磁感應強度B和導線長度L不變,因此F與I的關系圖象為過原點的直線,B正確。 答案:B,

5、探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,安培力的方向 如圖所示的實驗裝置,通電導線懸掛放置在蹄形磁鐵之間,改變磁極方向或電流方向,觀察導線擺動的方向。思考并探究下面的問題: (1)上下交換磁極的位置以改變磁場方向,導線受力的方向是否改變? (2)改變導線中電流的方向,導線受力的方向是否改變? (3)仔細分析實驗結果,說明安培力的方向與磁場方向、電流方向有怎樣的關系?,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,要點提示:(1)受力的方向改變;(2)受力的方向改變;(3)安培力的方向與磁場方向、電流方向的關系滿足左手定則。如圖所示。,探究一,探究二,探

6、究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,1.安培力的方向特點:不管電流方向與磁場方向是否垂直,安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面,即總有FI和FB,即F垂直于B、I決定的平面。 2.電流I、磁場B和安培力F三個方向的關系:(1)已知I、B的方向,可唯一確定F的方向;(2)已知F、B的方向,且導線的位置確定時,可唯一確定I的方向;(3)已知F、I的方向時,磁感應強度B的方向不能唯一確定。 3.安培力方向的判斷:在判斷安培力方向時首先確定磁場和電流所確定的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上,然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測

7、,問題探究,名師精講,典例剖析,在具體判斷安培力的方向時,首先要建立立體空間模型,可借助手頭的鉛筆或其他文具擺放一下電流或磁場的方向,直觀地建立三者間的方向關系,這對正確地判斷安培力的方向很有幫助。另外不要受到電場對電荷作用力的干擾而出現(xiàn)錯誤判斷。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,【例題1】(多選)如圖所示,F是磁場對通電直導線的作用力,其中正確的示意圖是(),解析:由左手定則可判斷,選項B中安培力的方向向左,選項C中安培力的方向向下;選項A、D中安培力的方向如題圖所示,選項A、D是正確的。 答案:AD,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例

8、剖析,左手定則應用的兩個要點 (1)安培力的方向既垂直于電流的方向,又垂直于磁場的方向,所以應用左手定則時,必須使大拇指指向與四指指向和磁場方向均垂直。 (2)由于電流方向和磁場方向不一定垂直,所以磁場方向不一定垂直穿入手掌,可能與四指方向成某一夾角。但四指一定要指向電流方向。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,安培力的大小 從前面的學習中我們已經(jīng)知道,垂直于磁場B放置長為L的一段導線,當通過的電流為I時,它受到的安培力F=BIL,這時導線受到的安培力最大,導線與磁場平行時所受的安培力為0,試討論下面兩種情況下安培力的大小。 (1)當磁感應強度B的方向與導線方向成

9、角時。 (2)導線ABC為垂直折線,其中電流為I,AB=BC=L,導線所在的平面與勻強磁場垂直,導線ABC所受安培力的大小和方向。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,要點提示:(1)當磁感應強度B的方向與導線方向成角時,可以把它分解成與導線垂直的分量B和與導線平行的分量B,B=Bsin ,B=Bcos 。其中B不產(chǎn)生安培力,導線受到的安培力只由B產(chǎn)生,所以一般情況下的安培力的表達式為F=BILsin ,為磁感應強度方向與導線方向的夾角。 (2)AB段所受的安培力大小FAB=BIL,方向向右,BC段所受的安培力大小FBC=BIL,方向向上,所以該導線所受安培力為這兩

10、個力的合力,如圖所示, ,方向沿ABC的平分線向上。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,F=ILBsin 的理解與應用 1.公式F=ILBsin 中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應強度,不必考慮導線自身產(chǎn)生的磁場對外加磁場的影響。 2.公式F=ILBsin 中L指的是導線在磁場中的“有效長度”,彎曲導線的有效長度L,等于連接兩端點直線的長度(如圖所示);相應的電流沿L由始端流向末端。,3.公式F=ILBsin 中是B和I方向的夾角,當=90時sin =1,公式變?yōu)镕=ILB。 4.F=ILBsin 的適用條件:導線所處的磁場應為勻強磁場;在非勻強磁場中,公

11、式僅適用于很短的通電導線。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,電荷在電場中一定會受到靜電力作用。但是電流在磁場中不一定受安培力作用。當電流方向與磁場方向平行時,電流不受安培力作用。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,【例題2】由導線組成的直角三角形框架放在勻強磁場中(如圖所示),若導線框中通以如圖方向的電流時,導線框?qū)?) A.沿與ab邊垂直的方向加速運動 B.仍然靜止 C.以c為軸轉(zhuǎn)動 D.以b為軸轉(zhuǎn)動 解析:ab和bc兩段電流可等效為長度等于ac,方向由a到c的一段電流,由左手定則以及安培力公式可知ab和bc兩段電流所受安培力的合

12、力方向和ac受到的安培力方向相反,大小相等,線框整體合力為0,仍然靜止,故選B。 答案:B,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,磁電式電流表 磁電式電流表中磁場分布如圖所示,結合安培力的大小決定因素,思考磁場這樣分布的原因是什么? 要點提示:電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻向分布的,不管線圈處于什么位置,線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度,該磁場并非勻強磁場,但在以鐵芯為中心的圓周上,各點的磁感應強度B的大小是相等的。這樣的磁場,可使線圈轉(zhuǎn)動時,它的兩個邊所經(jīng)過位置的磁場強弱都相同,使線圈轉(zhuǎn)過的角度與電流成正比,從而能夠使得表盤的刻度均勻。,探究一,探究二,探究

13、三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,1.磁電式電流表的工作原理 通電線圈在磁場中受到安培力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大,被測電流就越大;線圈偏轉(zhuǎn)的方向不同,被測電流的方向不同。 2.磁電式電流表的磁場特點 兩磁極間裝有極靴,極靴中間的鐵質(zhì)圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,保持線圈轉(zhuǎn)動時,安培力的大小不受磁場影響,電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直。使線圈平面都與磁場方向平行,使表盤刻度均勻。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,3.磁電式電流表的靈敏度與哪些因素有關系? (1)電流表的靈敏度:是指在通入相同電流的情況下,指針偏轉(zhuǎn)角度的大小,偏角

14、越大,靈敏度越高。 (2)提高靈敏度的方法:如果要提高磁電式電流表的靈敏度,就要使在相同電流下導線所受的安培力增大,可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應強度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實現(xiàn)。,探究一,探究二,探究三,當堂檢測,問題探究,名師精講,典例剖析,【例題3】(多選)以下說法正確的是() A.指針穩(wěn)定后,線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的 B.通電線圈中的電流越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大 C.在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),各處的磁場都是勻強磁場 D.在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi),線圈所受安培力與電流有關,而與所處位置無關 解析:當阻礙線圈轉(zhuǎn)動的螺旋彈簧的阻力力矩與安培力引起

15、的動力力矩平衡時,線圈停止轉(zhuǎn)動,故從轉(zhuǎn)動角度來看二力方向相反。磁電式電流表內(nèi)磁場是均勻輻射磁場,不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度,它的平面都跟磁感線平行,線圈所在各處的磁場大小相等、方向不同,所以安培力與電流大小有關而與所處位置無關,電流越大,安培力越大,指針轉(zhuǎn)過的角度越大,正確的選項為A、B、D。 答案:ABD,探究三,當堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,1. 畫出下列各圖中磁場對通電導線的安培力的方向。,解析:無論B、I是否垂直,安培力總是垂直于B與I決定的平面,且滿足左手定則。,探究三,當堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,答案:如圖所示,探究三,當堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,2. 如圖所示,在勻強磁場中有下列各種形狀的通電導線,電流為I,磁感應強度為B,求各導線所受的安培力的大小。,答案:A.ILBcos B.ILBC.2BIRD.0,探究三,當堂檢測,探究一,探究二,1,2,3,3. 如圖所示的天平可用來測量磁場的磁感應強度。天平的右臂下面掛一個矩形線圈,寬為L,共N匝,線圈的下部懸在勻強磁場中,磁場方向垂直于紙面。