1-01磁场对通电导线的作用力-2022-2023学年高二物理精编动态课件（人教版2019选择性必修第二册）

电磁炮 第18章安培力与洛伦兹力 01.磁场对通电导线的作用力 插图片区域 问题：磁感应强度是如何定义的？ 答：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。即： 问题：磁场的基本性质是什么？ 答：对放入其中的磁体或电流能产生力的作用 问题：任意两条通电导线之间的作用力有什么特征？ 答：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 为了纪念安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出的杰出贡献，人们把磁场对通电导线的作用力称为安培力，把电流的单位定为安培。 F I B F I B F I B F I B 安培力与磁感应强度、电流强度三者方向之间有什么关系？ 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；让磁感线从掌心垂直进入，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。 注意：安培力比电场力难的根本原因是判断安培力涉及三维空间。 一.安培力的方向 判断安培力的方向 向里 无 向外 问题：为什么同向电流相互吸引，反向电流相互排斥？ ① ② ③ ④ 由磁感应强度定义可知，在匀强磁场中： 当B⊥IL时，F＝ILB，若B∥IL时，F＝0。 例1.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 30˚ 二.安培力的大小 当B⊥IL存在θ夹角时： 法一：找到垂直L的B的分量，F＝ILB⊥＝ILBsinθ 法二：找到垂直B方向L投影， F＝IL⊥B＝ILBsinθ 注意：θ是L与B的夹角；该表达式只适用于匀强磁场。 思考与讨论：以下各导线中安培力大小分别是多少？假设所有导线中的电流强度均为I。 注意：求不规则导线的安培力大小，先首尾相连等价成直导线，该直导线为有效长度，再求有效长度导线的安培力。 答：上图中1234四根导线的安培力均为F＝ILB B L 1 2 3 4 思考与讨论：电流元IL、磁感应强度B、安培力F三者一定两两垂直吗？ 答：IL和B可以成任意角度， F垂直IL，F垂直B，F垂直IL和B决定的平面。当IL和B也垂直时，三者两两垂直。 磁电式电流表（也叫灵敏电流计，表头，可改装成安培表，伏特表，欧姆表，万用表……），它所依据的物理学原理就是通电线圈因受安培力而发生转动。 G ↑ 演示用 磁电式电流表 磁电式电流表 电路图符号 三.磁电式电流表 1.结构 永磁体、线圈、极靴、软铁制成的圆柱形铁芯，转轴、螺旋弹簧，指针，表盘…… 极靴 线圈（绕 在铝框上） 刻度盘（表盘） 接线柱 （软铁） （游丝） 转轴 三.磁电式电流表 2.原理 电流流过线圈时导线受到安培力，铁芯、线圈、指针形成一个整体，在安培力的作用下发生转动。 线圈转动时，螺旋弹簧发生形变以反抗线圈的转动，力矩平衡后静止。电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大，达到新的平衡。 所以，线圈偏转的角度反映通过电流的大小。 三.磁电式电流表 2.原理 电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还 有一个用软铁制成的圆柱。这样极靴与圆 柱间的磁场都沿半径方向且在同一圆周上 大小相等，这样的磁场叫均匀辐向磁场。 线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁 感线平行。线圈通电后受到如图所示的安培力形成顺时针转动的力矩从而使线圈、铁芯、转轴，指针发生转动，在与螺旋弹簧的阻力矩达到平衡时静止下来。（kθ=NIBS，有兴趣的可以了解一下） 线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，指针的偏转方向反映被测电流的方向。 磁电式电流表的优点：是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。 如果要用它测量较大的电流，就要根据在必修第三册中学到的方法改装从而扩大其量程。 三.磁电式电流表 N S N S N S N S N S 判断图中相应物体、装置受力或者运动情况。 N S 磁铁对地面压力、摩擦力 A B C D k ε,r L 判断图中相应物体、装置受力或者运动情况。 振动的弹簧 有人做了一个如图 所示的实验：把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，观察通电后的现象。请你分析一下，通电后有可能发生怎样的现象？ 创意电动机 例2.关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场力的方向，正确的说法是（ ） A．跟磁场方向垂直，跟电流方向平行 B．跟电流方向垂直，跟磁场方向平行 C．既跟磁场