磁场对通电导线的作用详解
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《磁场对通电导线的作用》例题与解析公式F=BIL的适用条件是匀强磁场、电流与磁场垂直.若不垂直,应将导体长度向垂直于磁场的方向投影,找出受力的有效长度.图3-4-3例2 质量为m= kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上,导轨的宽度d= m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=,磁感应强度B=2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图3-4-3所示.现调节滑动变阻器的触头,试求出为使杆ab静止不动,通过ab 杆的电流范围为多少?思路解析杆ab中的电流为从a到b,所受的安培力方向平行于导轨向上.当电流较大时,导体有向上的运动趋势,所受静摩擦力向下;当静摩擦力达到最大时,磁场力为最大值F1,此时通过ab的电流最大为Imax;同理,当电流最小时,应该是导体受向上的最大静摩擦力,此时的安培力为F2,电流为Imin.正确地画出两种情况下的受力图如图3-4-4,由平衡条件列方程求解. 根据第一幅受力图列式如下:F1-mgsinθ-Fμ1=0 Fn-mgcosθ=0 Fμ1=μFnF1=BImaxd解上述方程得:Imax= A 图3-4-4根据第二幅受力图F2+Fμ2-mgsinθ=0Fn-mgcosθ=0Fμ2=μFnF2=BImind解上述方程得:Imin= A.答案: A— A绿色通道做这种题应学会把立体图转换成平面图.图3-4-5例3 如图3-4-5所示,导线AB竖直放置,通电导线框abcd可自由移动.当AB中通以图示电流时,导线框怎样运动?思路解析导线框运动是因为受到AB导线产生的磁场的磁场力作用.AB导线通电后在导线框位置产生的磁场方向垂直于纸面向里,由安培定则可判定ab边受力向上,cd边受力向下且所在磁场一样,故合力为零.线框无上下运动,ad边受力向左,bc边受力向右,ad边处磁场强,故合力向左,导线框向左运动.答案:向左运动绿色通道由物体的初速度及所受合力判断物体的运动.例4 如图3-4-6所示,电源、开关与光滑的金属导轨相连,导轨与水平方向成37°角放置,当导线MN放于导轨上时接通电源,通过MN的电流可达5 A.把整个装置放在竖直方向的匀强磁场中,则MN刚好静止.试确定磁场的大小与方向.(MN的质量为10 g,长为20 cm)图3-4-6 图3-4-7思路解析要解好此题须分析好导线MN的受力.要分析MN的受力可将图3-4-6改为沿MN方向观察的平面图3-4-7.即导线MN受到重力G、支持力Fn 和安培力F安,安培力方向或左或右.但要MN静止安培力必向右,所以由安培定则可判断磁场方向向下,由平衡条件可求得F安=Gtan37°,又F=BIL,所以B= T.安答案:B= T,方向竖直向下。
第二章三、磁场对通电导线的作用安培力既然通电导线能产生磁场,它本身也相当于一个磁体,那么通电导线在磁场中是否也受到力的作用呢?我们通过实验来研究。
演示观察安培力如图2.3-1所示,把一段直导线放到磁场中,当导线中有电流通过时,可以看到原来静止的导线会发生运动。
图2.3-1 磁场对通电导线有力的作用通电导体在磁场中受到的力称为安培力(Ampere force)。
由于法国科学家安培最早研究了磁场对通电导线的作用,后人为纪念他而命名了这种力。
把一段通电直导线放在磁场里,当导线方向与磁场方向垂直时,它所受的安培力最大;当导线方向与磁场方向一致时,导线不受安培力;当导线方向与磁场方向斜交时,所受安培力介于最大值和0之间。
我们只研究导线所受安培力最大的情形。
演示影响安培力大小的因素如图2.3-2,三块相同的蹄形磁铁并列放置,可以认为磁极间的磁场是均匀的。
将一根直导线悬挂在磁铁的两极间,有电流通过时悬线将摆动一个角度,通过这个角度可以比较安培力的大小。
分别接通“2、3”和“1、4”可以改变导线通电部分的长度,电流的强弱由外部电路控制。
先保持导线通电部分的长度不变,改变电流的大小;然后保持电流不变,改变导线通电部分的长度。
观察这两个因素对安培力的影响。
通过对大量实验事实的分析我们认识到,通电导线在磁场中受到的安培力的大小,既跟导线的长度L 成正比,又跟导线中的电流I 成正比,用公式表示就是F =BIL式中B 是比例系数。
磁感应强度对于不同的磁场,上面的比例关系都成立,但在强弱不同的磁场中,比例系数B 是不一样的。
B 反映了磁场的强弱,叫做磁感应强度(magnetic induction ),即B =F IL磁感应强度B 的单位由F 、I 和L 的单位决定。
在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉(tesla ),简称特,符号是T :1 T =1 N A·m电场强度E 用来描述电场的强弱,磁感应强度B 在磁场中的作用与此类似,只是由于历史的原因,它不叫“磁场强度”。
磁场对通电导线的作用力知识元安培力知识讲解1.安培力是磁场对电流的作用力,是一种性质力,其作用点可等效在导体的几何中心.2.安培力的大小(1)计算公式:F=BIL sinθ(2)对公式的理公式F=BIL sinθ可理解为F=B(sinθ)IL,此时B sinθ为B沿垂直I方向上的分量,也可理解为F=BI(L sinθ),此时L sinθ为L沿垂直B的方向上的投影长度,也叫“有效长度”,公式中的θ是B和I方向间的夹角.注意:①导线是弯曲的,此时公式F=BIL sinθ中的L并不是导线的总长度,而应是弯曲导线的“有效长度”.它等于连接导线两端点直线的长度(如图所示),相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端.②安培力公式一般用于匀强磁场.在非匀强磁场中很短的导体也可使用,此时B的大小和方向与导体所在处的B的大小和方向相同.若在非匀强磁场中,导体较长,可将导体分成若干小段,求出各段受到的磁场力,然后求合力.3.左手定则①用于判断通电直导线在磁场中的的受力方向②用于判断带电粒子在磁场中的的受力方向方法:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心,并使四指指向电流的方向,大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向(书上定义),我在这里想说一点,是不是左手定则只可以判断受力方向,我的答案是非也,在判断力的方向时,是知二求一(知道电流方向与磁场方向求力的方向),所以也可以知道力与电流求磁场,或是知道力与磁场求电流。
4.安培力的方向在解决有关磁场对电流的作用的问题时,能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键,在判定安培力的方向时要注意以下两点:(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直,也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面.因此,在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面,从而判断出安培力的方向在哪一条直线上,然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向.(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直电流和磁场所决定的平面,所以仍可用左手定则来判断安培力的方向,只是磁感线不再垂直穿过手心.的方向被唯一确定;但若已知B(或I)、F 注意:若已知B、I方向,则由左手定则得F安的方向,由于B只要穿过手心即可,则I(或B)的方向不唯一、安简单概括磁场对电流的作用应用步骤:1.选择研究对象以及研究过程;2.在某瞬时对物体进行受力分析并应用牛顿第二定律;3.带入安培力公式和电学公式进行公式整理;4.求解,必要时对结果进行验证或讨论。
专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力1.知道磁感应强度的概念及定义式,并能理解与应用。
2.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.3.会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题.一、磁场、磁感应强度 1.磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用. (2)方向:小磁针的N 极所受磁场力的方向,或自由小磁针静止时北极的指向. 2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的强弱和方向. (2)大小:ILFB(通电导线垂直于磁场). (3)方向:小磁针静止时N 极的指向. (4)单位:特斯拉(T ). 3.匀强磁场(1)定义:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场. (2)特点匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线. 4.磁通量(1)概念:在磁感应强度为B 的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S 与B 的乘积. (2)公式:Φ=BS .深化拓展 (1)公式Φ=BS 的适用条件:①匀强磁场;②磁感线的方向与平面垂直.即B ⊥S . (2)S 为有效面积.(3)磁通量虽然是标量,却有正、负之分. (4)磁通量与线圈的匝数无关. 二、磁感线、通电导体周围磁场的分布1.磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的切线方向跟这点的磁场方向一致. 2.条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布(如图所示)3.电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强,且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场最强,管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极,且离圆环中心越远,磁场越弱安培定则立体图横截面图4.(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向.(2)磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱,在磁感线较密的地方磁场较强;在磁感线较疏的地方磁场较弱.(3)磁感线是闭合曲线,没有起点和终点.在磁体外部,从N极指向S极;在磁体内部,由S极指向N极.(4)同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切.(5)磁感线是假想的曲线,客观上不存在.三、安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力1.安培力的大小(1)磁场和电流垂直时,F=BIL.(2)磁场和电流平行时:F=0.2.安培力的方向(1)用左手定则判定: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.(2)安培力的方向特点:F⊥B,F⊥I,即F垂直于B和I决定的平面.考点一安培定则的应用和磁场的叠加1.安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因"和“果”。
2021年中考物理知识点:磁场对通电导线的作用
整理了关于2021年中考物理知识点:磁场对通电导线的作用,希望对同学们有所帮助,仅供参考。
磁场对通电导线的作用:
①通电导体在磁场里受到力的作用。
力的方向跟磁感线方向垂直,跟电流方向垂直;
②通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关。
(当电流方向或磁感线方向两者中的一个发生改变时,力的方向也随之改变;当电流方向和磁感线方向两者同时都发生改变时,力的方向不变。
)
③当通电导线与磁感线垂直时,磁场对通电导线的力最大;当通电导线与磁感线平行时,磁场对通电导线没有力的作用。