4.通电导线在磁场中受到的力通电导线在磁场中受到的力（第（第2学时）学时）一、安培力的方向一、安培力的方向1安培力：通安培力：通电导线在在 中受的力中受的力2决定安培力方向的因素：决定安培力方向的因素：(1) 方向；方向；(2) 方向方向3左左手手定定则：如如右右图所所示示，伸伸开开左左手手，使使拇拇指指与与其其余余四四个个手手指指垂垂直直，并并且且拇拇指指与与手手掌掌在在同同一一平平面面内内让磁磁感感线从从 进入并使四指指向入并使四指指向 ，这时拇拇指指所所指指的方向就是通的方向就是通电导线在磁在磁场中所受安培力的方向中所受安培力的方向磁场磁场磁场磁场电流电流掌心掌心电流的方向电流的方向知识回顾4安培力的特点安培力的特点与与电流方向、磁感流方向、磁感应强强度的方向都度的方向都 ，即即安安培培力力F 于于B和和I决定的平面决定的平面二、安培力的大小二、安培力的大小1当当长为L的的导线，垂垂直直于于磁磁场B放放置置，通通过的的电流流为I时，F ，此，此时电流受力最大流受力最大2当磁感当磁感应强强度度B的方向与通的方向与通电导线 时，导线受力受力为零零垂直垂直垂直垂直ILB平行平行3当当磁磁感感应强强度度B的的方方向向与与通通电导线方方向向成成角角时，F .这是是一一般般情情况况下下安安培培力力的的表表达达式式其其中中Bsin 是是B垂直于垂直于电流方向的分量流方向的分量ILBsin 知识回顾FIBFIBBBIFBI【牛刀小试】判定以下通电导线所受安培力的方向判定以下通电导线所受安培力的方向30FFIIIBBB一、磁电式电流表一、磁电式电流表1 1、磁电式电流表的构造、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。（软铁制成）。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。.问题问题1 1电流表中磁场分布有何特点呢？电流表中磁场分布有何特点呢？该磁场该磁场并非匀强磁场并非匀强磁场问题问题2 2该磁场是否匀强磁场？该磁场是否匀强磁场？1 1、电流表中磁铁与铁芯之间是、电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布均匀辐向分布的（所谓的（所谓均匀辐均匀辐向分布向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线，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，圈处于什么位置，线圈平面与磁感线平行线圈平面与磁感线平行）2 2、在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度、在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B B的的大小是相大小是相等等的的. .2 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理 1 1、当电流通过线圈时线圈上左右两边都要受到安培力，、当电流通过线圈时线圈上左右两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹这两个力产生的力矩使线圈发生转到，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。使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。2 2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而、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线圈和指针偏转的角度也越大3 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的、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，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，可以知道被测电流所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。的方向。II故故表表盘的刻度均匀的刻度均匀归纳总结：磁磁电式式电流表流表1基本基本组成部分：磁成部分：磁铁和放在磁和放在磁铁两极之两极之间的的2工作原理：如右工作原理：如右图所示，磁所示，磁场的方向的方向总沿着沿着 均均匀匀辐射射地地分分布布，在在距距轴线等等距距离离处的的磁磁感感应强强度度的的大大小小总是是 的的，保保证B的的大大小小不不发生生变化化，且且安安培培力力的的方方向向与与线圈平面圈平面 线圈线圈径向径向相等相等垂直垂直当当电流流通通过线圈圈时，导线受受到到安安培培力力的的作作用用，线圈圈转动，螺螺旋旋弹簧簧变形形，反反抗抗线圈圈的的转动，电流流越越大大，安安培培力力就就 ，螺旋，螺旋弹簧的形簧的形变也就也就 ，I与与指指针偏偏角角成正比，表成正比，表盘刻度刻度 (选填填“均均匀匀”、“不不均均匀匀”)所所以以，从从线圈偏圈偏转的角度就能判断通的角度就能判断通过电流的大小流的大小3优、缺点：、缺点：优点是点是 高，能高，能测出很弱的出很弱的电流；流；缺点是缺点是线圈的圈的导线很很细，允，允许通通过的的电流很弱流很弱. 越大越大越大越大均匀均匀灵敏度灵敏度二、弯曲二、弯曲导线所受安培力大小的所受安培力大小的计算算计算算安安培培力力大大小小时，要要注注意意理理解解和和灵灵活活应用用公公式式FILB和和FILBsin .(1)公公式式FILB中中L指指的的是是“有有效效长度度”当当B与与I垂垂直直时，F最大，最大，FILB；当；当B与与I平行平行时，F0.弯弯曲曲导线的的有有效效长度度L，等等于于连接接两两端端点点直直线的的长度度(如如下下图所示所示)；相；相应的的电流沿流沿L由始端流向末端由始端流向末端如如下下图，一一段段导线abcd位位于于磁磁感感应强强度度大大小小为B的的匀匀强强磁磁场中中，且且与与磁磁场方方向向(垂垂直直于于纸面面向向里里)垂垂直直线段段ab、bc和和cd的的长度度均均为L，且且abcbcd135.流流经导线的的电流流为I，方方向向如如图中中箭箭头所所示示导线段段abcd所所受受到到的的磁磁场的的作作用用力的合力力的合力()解解析析：将将导导线线分分为为三三段段直直导导线线，根根据据左左手手定定则则分分别别判判断断出出安安培培力力的的大大小小，根根据据FBIL计计算算出出安安培培力力的的大大小小，再再求求合力导线所受合力为合力导线所受合力为FBIL2BILsin 45(1)ILB.答案：答案：A【反反思思总总结结】利利用用公公式式FILBsin 确确定定直直导导线线受受到到的安培力的大小时，首先要明确的安培力的大小时，首先要明确的值的值如下如下图所示的各所示的各图中，磁中，磁场的磁感的磁感应强强度大小相同，度大小相同，导线两端点距离均相等，两端点距离均相等，导线中中电流均相等，流均相等，则各各图中有关中有关导线所受的安培力的大小的判断正确的是所受的安培力的大小的判断正确的是()Ad图最大最大Bb图最大最大C一一样大大 D无法判断无法判断解解析析：安安培培力力公公式式FBIL，其其中中L为为垂垂直直于于磁磁场场方方向向的的有有效效长长度度，a、b、c、d四四个个图图中中导导线线的的有有效效长长度度相相等等，所以所受的安培力相等所以所受的安培力相等答案：答案：C三、通电导线受安培力的运动三、通电导线受安培力的运动如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线通过图示方向电流I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，同时上升D逆时针方向转动，同时下降电流元法流元法把整段把整段导线分分为多段直多段直电流元，先用左手定流元，先用左手定则判断每判断每段段电流元受力的方向，然后判断整段流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的所受合力的方向，从而确定方向，从而确定导线运运动方向方向等效法等效法环形形电流可等效成小磁流可等效成小磁针，通，通电螺螺线管可以等效成条管可以等效成条形磁形磁铁或多个或多个环形形电流，反流，反过来等效也成立来等效也成立方法总结：特殊位置特殊位置法法通通过转动通通电导线到某个便于分析的特殊位置，然到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向方向结论法法两平行直两平行直线电流在相互作用流在相互作用过程中，无程中，无转动趋势，同向同向电流互相吸引，反向流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行流互相排斥；两不平行的直的直线电流相互作用流相互作用时，有，有转到平行且到平行且电流方向相流方向相同的同的趋势转换研究研究对象法象法定性分析磁体在定性分析磁体在电流磁流磁场作用下如何运作用下如何运动的的问题，可先分析可先分析电流在磁体磁流在磁体磁场中所受的安培力，然后由中所受的安培力，然后由牛牛顿第三定律，确定磁体所受第三定律，确定磁体所受电流磁流磁场的反作用力，的反作用力，从而确定磁体所受合力及运从而确定磁体所受合力及运动方向方向一个可以自由运一个可以自由运动的的线圈圈L1和一个固定的和一个固定的线圈圈L2互相互相绝缘垂直放置，且两个垂直放置，且两个线圈的圈的圆心重合，当两心重合，当两线圈通以如圈通以如图所所示的示的电流流时，从左向右看，从左向右看，则线圈圈L1将将()A不不动B顺时针转动C逆逆时针转动 D向向纸面内平面内平动解析：解析：方法一方法一：利用结论法：利用结论法环环形形电电流流I1、I2之之间间不不平平行行，则则必必有有相相对对转转动动，直直到到两两环环形形电电流流同同向向平平行行为为止止，据据此此可可得得L1的的转转动动方方向向应应是是：从从左左向右看线圈向右看线圈L1顺时针转动顺时针转动方法二方法二：等效分析法：等效分析法把把线线圈圈L1等等效效为为小小磁磁针针，该该小小磁磁针针刚刚好好处处于于环环形形电电流流I2的的中中心心，通通电电后后，小小磁磁针针的的N极极应应指指向向该该点点环环形形电电流流I2的的磁磁场场方方向向，由由安安培培定定则则知知I2产产生生的的磁磁场场方方向向在在其其中中心心竖竖直直向向上上，而而L1等等效效成成小小磁磁针针后后转转动动前前，N极极应应指指向向纸纸里里，因因此此应应由由向向纸里转为向上，所以从左向右看，线圈纸里转为向上，所以从左向右看，线圈L1顺时针转动顺时针转动方法三方法三：直线电流元法：直线电流元法把把线线圈圈L1沿沿转转动动轴轴分分成成上上下下两两部部分分，每每一一部部分分又又可可以以看看成成无无数数直直线线电电流流元元，电电流流元元处处在在L2产产生生的的磁磁场场中中，据据安安培培定定则则可可知知各各电电流流元元所所在在处处磁磁场场方方向向向向上上，据据左左手手定定则则可可得得，上上部部电电流流元元所所受受安安培培力力均均指指向向纸纸外外，下下部部电电流流元元所所受受安安培培力力均均指指向向纸纸里里，因因此此从从左左向向右右看看线线圈圈L1顺顺时时针针转转动动故故正正确确答答案案为为B.答案：答案：B【跟踪发散跟踪发散】21：一条形磁铁放在水平桌面上，它：一条形磁铁放在水平桌面上，它的上方靠的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，右图中只画极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，右图中只画出此棒的截面图，并标出此棒中的电流方向是垂直纸面向里，出此棒的截面图，并标出此棒中的电流方向是垂直纸面向里，在通电的在通电的瞬间可能产生的情况是瞬间可能产生的情况是()A磁铁对桌面的压力减小磁铁对桌面的压力减小B磁铁对桌面的压力增大磁铁对桌面的压力增大C磁铁受到向右的摩擦力磁铁受到向右的摩擦力 D磁铁受到向左的摩擦力磁铁受到向左的摩擦力答案：答案：AD两两条条直直导线相相互互垂垂直直，如如右右图所所示示，但但相相隔隔一一个个小小距距离离，其其中中一一条条AB是是固固定定的的，另另一一条条CD能能自自由由活活动，当当恒恒定定电流流按按图示方向通入两条示方向通入两条导线时，导线CD将将()A顺时针方向方向转动，同，同时靠近靠近导线ABB逆逆时针方向方向转动，同，同时离开离开导线ABC顺时针方向方向转动，同，同时离开离开导线ABD逆逆时针方向方向转动，同，同时靠近靠近导线AB 解析：解析：(电流分析方法电流分析方法)如图先分析如图先分析AB导线中电流产生的磁场方向，再分段找导线中电流产生的磁场方向，再分段找出出CD各段所受安培力的方向由左手定则各段所受安培力的方向由左手定则判断，判断，CO段受力向下，段受力向下，DO段受力向上，段受力向上，所以所以CD导线沿逆时针方向转动，又由于导线沿逆时针方向转动，又由于AB、CD导线电流有导线电流有同向的趋势，由已知结论可知它们同时还相互吸引，故同向的趋势，由已知结论可知它们同时还相互吸引，故D项项正确正确(结结论论法法)凡凡转转动动，必必互互相相靠靠近近，则则两两导导线线转转动动到到电电流流方方向向相相同为止同为止 答案：答案：D 做一做做一做旋旋转转的的液液体体在在玻玻璃璃皿皿的的中中心心.液液体体旋旋转转的的方方向向与与你你事先的判断是否一致？事先的判断是否一致？点拨：点拨：当电极与电源两极相连时，液体中会形成由外当电极与电源两极相连时，液体中会形成由外指向中心的电流，磁极间的磁场方向是向上的，由左手定则指向中心的电流，磁极间的磁场方向是向上的，由左手定则判出电流受安培力方向为逆时针方向，故液体将逆时针转动判出电流受安培力方向为逆时针方向，故液体将逆时针转动起来，若蹄形磁铁的起来，若蹄形磁铁的N极和极和S极对调，或者电流方向反向，则极对调，或者电流方向反向，则液体会顺时针转动液体会顺时针转动. 1、AC 2：B=0.48T