通电导线在磁场中的受力分析.docxVIP

4　通电导线在磁场中受到的力 [学习目标]　1.知道什么是安培力，会用左手定则判定安培力的方向.2.掌握安培力的公式F＝ILBsin θ，并会进行有关计算.3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理． 一、安培力的方向 1．安培力：通电导线在磁场中受的力． 2．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个平面内；让磁感线从掌心进入，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． 3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B与I所决定的平面． 二、安培力的大小 1．垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为F＝ILB. 2．当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，公式F＝ILBsin_θ. 三、磁电式电流表 1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大．根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向． 2．构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴． 3．特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．线圈平面与磁场方向平行，如图1所示． 图1 4．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流． 缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱． 1．判断下列说法的正误． (1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同．(　×　) (2)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．(　√　) (3)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的．(　√　) (4)对于磁电式电流表，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大．(　√　) (5)对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关．(　√　) 2．如图2所示，已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为L，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，并写出安培力的方向． 图2 答案　(1)ILB　垂直于导体棒斜向左下 (2)ILB　垂直纸面向外 (3)ILB　垂直于导体棒斜向右下 (4)0 一、安培力的方向 按照如图3所示进行实验． 图3 (1)仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？ (2)仅改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？ 仔细分析实验结果，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？ 答案　(1)受力的方向改变　(2)受力的方向改变　安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则 1．安培力方向的特点 安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所决定的平面． (1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直．应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直． (2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向．应用左手定则判断时，磁感线斜着穿入掌心． 2．平行通电直导线间的相互作用 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥． 例1　画出图4中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)． 图4 答案　如图所示 解析　无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则． 二、安培力的大小 (1)在如图5所示的探究影响安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁场(磁感应强度为B)中，得出的安培力F与导线长度L、电流大小I有怎样的关系？ 图5 (2)当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？ (3)当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？ 答案　(1)F＝BIL　(2)0　(3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则B⊥＝Bsin θ，F＝B⊥IL＝BILsin θ. 　对公式F＝ILBsin θ的理解 1．公式F＝ILBsin θ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响． 2．公式F＝ILBsin θ中L指的是导线在磁场中的“有效长度”， 弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图6所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端． 图6 3．公式F＝ILBsin θ中θ是B和I方向的夹角 (1)当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式变为F＝ILB. (2)当θ＝0°时，即B∥I，F＝0. 例2　长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度均为B，对于下列各图中导线所受安培力的大小计算正确的是(　　) 答案　A 解析　题A图中，导线不