选修3-1 3.4通电导线在磁场中受到的力(新) LI

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新课标高中物理选修3-1第三章 磁 场

§3-4 通电导线在磁场中 受到的力

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安培力——磁场对电流的作用力称为安培力。一、安培力的方向演示：按照右图所示进行实验。 1、改变导线中电流的方向，观察受 力方向是否改变。 2、上下交换磁场的位置以改变磁场 的方向，观察受力方向是否变化IB

I B

F

F

IB

F

F

IB

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F、B、I方向关系 遵循左手定则 安培力方向既与电流方向垂直 又与磁场方向垂直，即垂直于电流 和磁场所在的平面F B I

示意图 左手定则：伸开左手,使拇指 与其余四个手指垂直,并且都 与手掌在同一平面内;让磁感 应线从掌心进入,并使四指指 向电流的方向，这时拇指所指 的方向就是通电导线在磁场中 所受安培力的方向

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判定以下通电导线所受安培力的方向B B B

I I FI B F I B I30 °

α B F

α

B

I B I F α F

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前面，我们曾提到两条互相 平行的通电直导线，当通以同 向电流时互相吸引，而通以反 向电流时会互相排斥，试用刚 学的知识解释。A的磁场F安A 对B F安B 对A C的磁场 F安D 对C

F安C 对D

A

B B的磁场

C

D D的磁场

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二、安培力的大小 (1) 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方 向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应 强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。 即： F=ILB (2)平行时：F=0 问题:如果既不平行也不垂直呢？I

Bθ

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二、安培力的大小 通电直导线与磁场方向不垂直的情况 把磁感应强度B分解为两个分量： B⊥ 一个分量与导线垂直 B⊥ =Bsinθ 另一分量与导线平行 B∥ =Bcosθ

BB∥ θ

I

平行于导线的分量B∥不对通电导线产生作 用力，通电导线所受作用力仅由B⊥决定

即F=ILB⊥ 将B⊥ =Bsinθ代入得 F=ILBsinθ

0o 90O

F 0

F IBL

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二、安培力的大小 公式： F=ILBsinθθ表示磁场方向与电流方向间的夹角 在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场

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将长度为20cm、通有0.1A电流的直导 线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向 如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出 下列各图中导线所受安培力的大小和方向B I B I B I30 °

0

0.02N 水平向右

0.02N 垂直导线

斜向左上方

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思考与讨论

F=BIL中的L为有效长度

试指出下述各图中的安培力的大小。

L

L

L

F=BIL

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导线将如何运动？

N

S

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电流微元法、特殊位置法、等效法分析运动B B2 B B2

B1

B1

N

S

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三、磁电式电流表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。

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[问题]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.

[问题]该磁场是否匀强磁场？ 该磁场并非匀强磁场[问题]该磁场的特点？ 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.

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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。

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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，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。