磁場對通電導(dǎo)體的作用力

1、PAGE 第 PAGE 10頁 共 NUMPAGES 10頁磁場對通電導(dǎo)體的作用力 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1掌握左手定那么，理解電流的方向以及磁場對電流的作用力方向三者之間的關(guān)系。2掌握安培力的計算，能夠理解一些安培力作用的現(xiàn)象和應(yīng)用，能夠熟練地計算通電直導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場中受到的安培力。3知道磁電式電表的根本構(gòu)造以及運(yùn)用它測量電流大小和方向的根本原理?！疽c(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、對安培力的理解要點(diǎn)詮釋：1安培力是磁場對電流的作用力，是一種性質(zhì)力，其作用點(diǎn)可等效在導(dǎo)體的幾何中心 2安培力的方向 在解決有關(guān)磁場對電流的作用的問題時，能否正確判斷安培力的方向是解決問題的關(guān)鍵，在判定安培力的方向時要注意以下三點(diǎn)： 1安培

2、力的方向總是既與磁場方向垂直，又與電流方向垂直，也就是說安培力的方向總是垂直于磁場和電流所決定的平面因此，在判斷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)左手定那么判斷出安培力的具體方向 2當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直電流和磁場所決定的平面，所以仍可用左手定那么來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心 3注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與場的方向的關(guān)系安培力的方向與磁場的方向垂直，而電場力的方向與電場的方向平行現(xiàn)把安培力和電場力做如下比擬： 內(nèi)容 力工程電場力安培力研究對象點(diǎn)電荷電流元受力特點(diǎn)正電荷受力方向，與電場方向相同，沿

3、電場線切線方向，與負(fù)電荷受力方向相反安培力方向與磁場方向和電流方向都垂直判斷方法結(jié)合電場方向和電荷正、負(fù)判斷用左手定那么判斷 注意：假設(shè)B、I方向，那么由左手定那么得F安的方向被唯一確定；但假設(shè)B或I、F安的方向，由于B只要穿過手心即可，那么I或B的方向不唯一 3安培力的大小 1計算公式： 2對公式的理解：公式可理解為，此時為B沿垂直I方向上的分量，也可理解為，此時為L沿垂直B的方向上的投影長度，也叫“有效長度，公式中的是B和I方向問的夾角注意：假設(shè)導(dǎo)線是彎曲的，此時公式中的L并不是導(dǎo)線的總長度，而應(yīng)是彎曲導(dǎo)線的“有效長度它等于連接導(dǎo)線兩端點(diǎn)直線的長度如下圖，相應(yīng)的電流方向沿兩端點(diǎn)連線由始端流

4、向末端 安培力公式一般用于勻強(qiáng)磁場在非勻強(qiáng)磁場中很短的導(dǎo)體也可使用，此時B的大小和方向與導(dǎo)體所在處的B的大小和方向相同假設(shè)在非勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)體較長，可將導(dǎo)體分成假設(shè)干小段，求出各段受到的磁場力，然后求合力要點(diǎn)二、安培力作用下通電導(dǎo)體運(yùn)動方向的判定方法要點(diǎn)詮釋：不管是電流還是磁體，對通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場來實(shí)現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況，然后結(jié)合左手定那么準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運(yùn)動，在實(shí)際操作過程中，往往采用以下幾種方法：電流元法把整段導(dǎo)線分為多段直電流元，先用左手定那么判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動方向等效法環(huán)形電流

5、可等效成小磁鐵，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立特殊位置法通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特殊位置，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動方向結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的反作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向注意：1判斷通電線圈等在磁場中的轉(zhuǎn)動情況，要尋找具有對稱關(guān)系的電流元 2利用特殊位置要注意利用通電導(dǎo)體

6、所在位置的磁場特殊點(diǎn)的方向要點(diǎn)三、電流表的工作原理、靈敏度及特點(diǎn) 要點(diǎn)詮釋：1電流表的工作原理： 1均勻輻向磁場 蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻向分布的如下圖，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行線圈所處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都相同2工作原理 如下圖，設(shè)線圈所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，線圈長為L，寬為d，匝數(shù)為n，當(dāng)線圈中通有電流I時，安培力對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生力矩：，安培力的大小為：故安培力的力矩大小為S為線圈的面積 當(dāng)線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動時，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都跟磁感線平行，安培力的力矩不變 當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過角時，這時指針偏角也為角，螺旋彈簧產(chǎn)生阻礙線圈轉(zhuǎn)動的扭轉(zhuǎn)力矩為M2，對線圈，根

7、據(jù)力矩平衡有 設(shè)彈簧材料的扭轉(zhuǎn)力矩與偏轉(zhuǎn)角成正比，且為。 由得。 其中k、n、B、S是一定的，因此有 由此可知： 線圈上指針的偏轉(zhuǎn)角度與通入的電流I成正比，所以電流表刻度盤上的刻度是均勻的，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小 線圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨之改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨之改變所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向 2電流表的靈敏度 電流表的靈敏度可表示為： 由此式可知，除了盡可能減小摩擦阻力之外，還可以通過增大n、B、S和減小k來提高電流表的靈敏度 3電流表的特點(diǎn) 1表盤的刻度均勻，。 2靈敏度高，量程較小，過載能力差 3滿偏電流Ig、內(nèi)阻Rg反映了電流表的最

8、主要特性 注意：使用電流表確定電流方向以前，必須先用方向的電流測定電流流入方向與指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系要點(diǎn)四、 物體在安培力作用下的平衡或運(yùn)動問題的分析方法要點(diǎn)詮釋： 安培力作用下物體的平衡和運(yùn)動是常見的一類題型，表達(dá)了學(xué)科內(nèi)知識的綜合應(yīng)用及知識的遷移能力，在解決這類問題時應(yīng)把握以下幾點(diǎn)： 1將立體圖轉(zhuǎn)化為平面截面圖，將抽象的空間受力分析轉(zhuǎn)移到紙面上進(jìn)行，一般是畫出與導(dǎo)體棒垂直的平面，將題中的角度、電流的方向、磁場的方向標(biāo)注在圖上，然后進(jìn)行分析 2注意正確的受力分析順序，先重力，然后安培力，最后彈力和摩擦力。因?yàn)閺椓湍Σ亮κ潜粍恿?，力的有無和方向與其他力有關(guān) 3注意安培力方向的判定：左手定那么，

9、垂直磁場同時又垂直于電流，即一定垂直于二者決定的平面 簡單地說，通電導(dǎo)體在磁場、重力場中的平衡與加速運(yùn)動問題的處理方法和力學(xué)問題一樣，無非是多了一個安培力解決這類問題的關(guān)鍵是： 1分析安培力的方向時千萬不可跟著感覺走，牢記安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直又跟電流方向垂直2畫出導(dǎo)體受力的平面圖【典型例題】類型一、安培力方向的判斷 例1、如下圖，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直紙面向外運(yùn)動，可以 A將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負(fù)極 B將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極 C將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極 D

10、將a、c端接在同一交流電源的一端，b、d端接在交流電源的另一端舉一反三【變式】在勻強(qiáng)磁場B的區(qū)域中有一光滑斜面體，在斜面體上放置一根長為L，質(zhì)量為m的導(dǎo)線，當(dāng)通以如下圖方向的電流后，導(dǎo)線恰能保持靜止，那么磁感應(yīng)強(qiáng)度B滿足 A方向垂直斜面向上B，方向垂直斜面向下C，方向垂直向下D，方向水平向左類型二、安培力大小的計算 例2、如下圖，導(dǎo)線abc為垂直折線，其中電流為I，ab=bc=L，導(dǎo)線所在的平面與勻強(qiáng)磁場垂直，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求導(dǎo)線abc所受安培力的大小和方向 【變式】在物理學(xué)中，通過引入檢驗(yàn)電流來了解磁場力的特性，對檢驗(yàn)電流要求是 A將檢驗(yàn)電流放入磁場，測量其所受的磁場力F、導(dǎo)線長

11、度L、通電電流強(qiáng)度I，應(yīng)用公式B=F/IL，即可測得磁感強(qiáng)度B B檢驗(yàn)電流電流強(qiáng)度不宜太大C利用檢驗(yàn)電流，運(yùn)用公式B=F/IL,只能應(yīng)用于勻強(qiáng)磁場D只要滿足長度L很短、電流強(qiáng)度I很小， 將其垂直放入磁場的條件，公式B=F/IL對任何磁場都適用類型三、 判斷安培力作用下物體的運(yùn)動方向 例3、2022 平度市期末如圖甲所示，蹄形磁體用懸線懸于O點(diǎn)，在磁鐵的正下方有一水平放置的長直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時，蹄形磁鐵的運(yùn)動情況是 A靜止不動B向紙外平動CN極向紙外，S級向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動DN極向紙內(nèi)，S級向紙外轉(zhuǎn)動舉一反三【變式】如下圖，條形磁鐵放在水平桌面上，在其中央上方固定一根導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂

12、直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，那么 A磁鐵對桌面的壓力減小，不受桌面的摩擦力B磁鐵對桌面的壓力減小，受到桌面的摩擦力C磁鐵對桌面的壓力增大，不受桌面的摩擦力D磁鐵對桌面的壓力增大，受到桌面的摩擦力類型四、 磁電式電流表 例4、 如下圖甲是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖，圖乙是磁極間的磁場分布圖，以下選項(xiàng)中正確的選項(xiàng)是 指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的力矩方向與線圈受到的磁力矩方向是相反的 通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大 在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，各處的磁場都是勻強(qiáng)磁場 在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，線圈所受磁力矩與電流有關(guān)，而與所處位置無關(guān) A B C D 舉一反三【變式】要想提高磁電式電流表的靈敏度

13、，可采用的方法有 A增加線圈匝數(shù) B增加永久磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度 C換用彈性較強(qiáng)的游絲，增大對抗力矩 D增加線圈面積 E減小轉(zhuǎn)軸處摩擦類型五、安培力與電路知識、物體平衡的綜合應(yīng)用例5、2022 東城區(qū)三模如下圖，足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為，兩導(dǎo)軌間距為L，在導(dǎo)軌上端接入電源和滑動變阻器，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r。一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并接觸良好，整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻不計。1假設(shè)要使導(dǎo)體棒ab靜止于導(dǎo)軌上，求滑動變阻器的阻值應(yīng)取何值；2假設(shè)將滑動變阻器的阻值取為零，由靜止釋放導(dǎo)體棒ab，求釋放瞬間導(dǎo)體棒ab的加速度.舉一反三

14、【變式1】如下圖的天平可用來測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于紙面當(dāng)線圈中通有電流，方向如圖時，在天平兩邊加上質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼時，天平平衡；當(dāng)電流反向大小不變時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平又重新平衡由此可知 A磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為 B磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為 C磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，大小為 D磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外。大小為 【變式2】相距20cm的兩根光滑平行銅導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面傾角為a=370，上面放著質(zhì)量為80g的金屬桿ab，整個裝置放在B=0.2T的勻強(qiáng)磁場中。 (1)假設(shè)磁場方向豎直向下，要使金屬桿靜止在導(dǎo)軌上，必須通以多大的電流。 (2)假設(shè)磁場方向垂直斜面向下，要使金屬桿靜止在導(dǎo)軌上，必須通以多大的電流?！咀兪?】在同一水平面上的兩導(dǎo)軌相互平行，并處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，一根質(zhì)量為3.6kg，有效長度為2m的金屬棒放在導(dǎo)軌上，當(dāng)金屬棒中的電流為5A時，金屬棒做勻速運(yùn)動；當(dāng)金屬棒中的電流增加到8A時