通电导线在磁场中受到的力 第二课时,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，它所依据的物理原理是安培力与电流的关系。,磁电式电流表,磁电式电流表,1、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。,蹄形磁铁,圆柱形铁芯,线圈,螺旋弹簧,指针,刻度盘,极靴,问题电表中磁场分布有何特点呢？ 磁铁与铁芯之间的磁场是沿径向均匀辐射分布的.,这样的构造使得线框在转动过程中，无论什么位置，其平面始终与磁场平行，跟铁轴平行的两边始终与磁场垂直。,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.,非匀强磁场,问题该磁场是否匀强磁场？,问题该磁场的特点？,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，跟铁轴平行的两边都 要受到安培力，这两 个力大小相等方向相 反，但不在一条直线 上，会产生使线圈发 生转动力矩.,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。,表盘的刻度均匀，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。,电流表的特点,1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；,2、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；,3、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。,思考与讨论,在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后再在玻璃器皿中放入导电液体，例如盐水，若把玻璃器皿放在磁场中，如图所示，那么液体会转动吗？如果转？往什么方向转？,逆时针旋转,答案： (1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时针旋转 (2)盐水中形成了由圆形电极指向柱形电极的如图所示的电流，由于磁场方向向上，故盐水逆时针旋转,课堂练习,1、关于磁感应强度，下列说法正确的是（ ） A、由B=F/IL可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线中电流I的减小而增大 B、由B=F/IL可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线所受的磁场力F的增大而增大 C、通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度不一定为零 D、放置在磁场中1m长的通电导线，通过1A的电流，受到的安培力为1N，则该处的磁感应强度就是1T,C,ABD,2、下列说法中正确的是（ ） A、电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零 B、一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的安培力一定为零 C、一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零 D、电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零,课堂练习,BCD,3、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（ ）,A、0.4N B、0.2N C、0.1N D、0,4、试画出下列各图中安培力的方向：,课堂练习,4、将长度为20cm，通有0.1A电流的直导线放入 匀强磁场中，电流与磁场方向如图，已知磁感应 强度为1T，试求出下列各图中导线所受的安培力 的大小和方向。,5、试画出下列各图中通电导体棒ab所受安培力的方向：,课堂练习,【触类旁通】 3一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上 的电流方向由左向右，如图 349 所示在导线以其中心点,为轴转动 90的过程中，导线受到的安培力(,),A大小不变，方向不变 B由零增大到最大，方向时刻改变 C由最大减小到零，方向不变 D由零增大到最大，方向不变 图 349,5.如图所示导体框中电流为I，导体框垂直于磁场放置，磁场磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则在图甲、乙两种情况下，导体棒MN和MON受到的安培力为多少？ (图乙中MN连线垂直于框架AB、CD),【触类旁通】 4(双选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈,与该磁场的关系，下列说法中正确的有(,),BD,A通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强度 大小也不同 B不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强 度大小都相等 C通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角 也不同 D不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相,平行,1安培力作用下导体运动方向的判断,如果通电导体放置在非匀强磁场中，则不能够运用 FILB 进行定量的计算，但可用 FILB 和左手定则进行定性的讨论， 常用的方法有以下几种：,(1)电流元分析法：把整段电流等效分成很多段直线电流 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 而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向，注意,一般取对称的两段电流元分析,(2)等效分析法：环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁)， 条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可以等效成很多的 环形电流来分析,(3)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,(4)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,【例 4】如图 3410 所示，把一重力不计可自由运动的 通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向,的电流时，导线的运动情况是(从上往下看)(,),A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同时上升 C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升 图 3410,3.如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是_。 A静止不动 B向纸外平动 CN极向纸外，S极向纸内转动 DN极向纸内，S极向纸外转动,C,解析：电流元分析法两个磁极对电流的安培力方向不同， 把电流分为两部分，左半部分受力方向向外，右半部分受力向 里从上往下看，通电导线将沿着逆时针方向转动当导线转 到垂直于纸面的方向时，电流受力向下，导线将向下运动所 以 C 选项正确,答案：C,【触类旁通】 5如图 3411 所示，在条形磁铁 S 极附近悬挂一个圆 形线圈，线圈平面与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中通以,),如图所示方向的电流时，线圈将( A向磁铁平移 B远离磁铁平移 C边转动边向左摆动 D边转动边向右摆动,图 3411,解析：电流元分析法：取离条形磁铁最近的一小段电流和 与之对称位置的一小段电流判断这两段电流的受力可知，线 圈将转动转动后与磁铁相互吸引靠近等效分析法：环形电 流等效为小磁针,答案：C,【触类旁通】 1在赤道处沿东西方向放置一根通电直导线，导线中电子 定向运动的方向是由东向西，则导线受到地磁场的作用力的方,向为(,),A向上,B向下,C向东,D向北,解析：地磁场南北极与地理南北极恰好相反赤道处导线 内电流方向为自西向东，地磁场磁感线由南极指向北极，故安 培力向上,答案：A,2用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让 两者等高平行放置，如图 342 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 342,A,6如图 3412 所示 ，一条形磁铁放在水平桌面上，在 磁铁右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线当导线中通以由,外向内的电流时(,),图 3412 A磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力减小 B磁铁受到向右的摩擦力，且对桌面的压力减小 C磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力增大,D磁铁不受摩擦力，对桌面的压力不变,2关于安培力的综合计算,(1)有安培力参与的物体平衡，也是利用物体的平衡条件解,题，其中安培力是众多力中的一个,(2)与闭合电路欧姆定律相结合的题目主要应用： 闭合电路欧姆定律,安培力求解公式 FILB. 物体平衡条件,(3)在安培力作用下物体平衡的求解步骤和共点力平衡相 似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力的平衡条件列出,平衡方程，其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力,(4)安培力作为通电导体所受的外力参与受力分析，产生了 通电导体在磁场中的平衡、加速及做功问题，这类问题与力学 知识的联系很紧密，解题时把安培力等同于重力、弹力、摩擦 力等性质力；对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向 的确定；求解时注意运用力学中静力学、动力学及功和能等有 关知识，解决此类问题可以有效培养综合能力，必须引起重视 (5)为方便对问题的分析和便于列方程，在受力分析时先将 立体图画成截面图，即画成俯视图、剖面图或侧视图等立体 图向截面图转化的过程中应注意摆正空间位置，先选好观察的,方向，再确定截面的方向,F,N,f,G,N,F,G,f,N,F,G,f,【例 5】如图 3413 所示，两平行光滑导轨相距为 L 20 cm，金属棒 MN 的质量为 m10 g，电阻 R8 ，匀强磁场 的磁感应强度 B0.8 T，方向竖直向下，电源电动势 E10 V， 内阻 r1 ，当开关 S 闭合时，MN 恰好静止，求变阻器 R1 的 取值为多少？设45，取 g10 m/s2.,图 3413,图 3414,解：MN 受力分析如图 3414 所示，因 MN 静止，所以 有 mgsin BILcos ,由闭合电路欧姆定律得 I,E RR1r,由并代入数据得 R1,BLE mgtan ,Rr7 .,【触类旁通】,7如图 3415 所示，在倾角为 37的光滑斜面上有一根 长为 0.4 m，质量为 6102 kg 的通电直导线，电流 I1 A，方,向垂直纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装 置放在磁感应强度每秒增加 0.4 T，方向竖直向上的磁场中，设 t0，B0，则需要多长时间斜面对导线的支持力为零？(取 g 10 m/s2),图 3415,