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1、深圳市松岗中学高二物理组深圳市松岗中学高二物理组 刘勇刘勇磁场的基本性质是什么？磁场的基本性质是什么？磁场对电流的作用力称为磁场对电流的作用力称为安培力安培力实验演示：磁场对通电导线的作用力实验演示：磁场对通电导线的作用力探究安培力的方向与哪些因素有关探究安培力的方向与哪些因素有关大胆大胆猜想：猜想：分组验证：分组验证：设计实验：设计实验：可能与可能与 电流的方向、电流的方向、磁场的方向都有关磁场的方向都有关次数次数磁场磁场方向方向电流方向电流方向安培力安培力方向方向图图1向下向下垂直于纸面向外垂直于纸面向外2垂直于垂直于纸面纸面向里向里3向上向上4垂直于纸面向外垂直于纸面向外 一、安培力的方
2、向一、安培力的方向 水平水平向右向右水平水平向左向左水平水平向右向右水平水平向左向左FFFF 左左左左手手手手定定定定则则则则：伸伸开开左左手手，使使拇拇指指与与四四指指在在同同一一平平面面内内并并跟跟四四指指垂垂直直，让让磁磁感感线线垂垂垂垂直直直直穿穿穿穿入入入入手手心心，四四指指指指向向电电流流的的向向，这这时时拇拇指指所所指指的的就就是是通通电电导导体体所所受安培力的方向。受安培力的方向。F、B、I I方向关系BIF示意图安培力方向既与电流方向垂直安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面和磁场所在的平面FIBFIBBI30F
3、FIIIBBB判断下面各图中的判断下面各图中的安培力方向安培力方向F=0F=0课堂练习课堂练习1请请根根据据图图中中给给出出的的条条件件，运运用用左左手手定定则则，求求出出各各图图中中第第三三个物理量的方向个物理量的方向甲：甲：F F垂直于纸面向里垂直于纸面向里乙：乙：F F垂直于纸面向里垂直于纸面向里丙：丙：I I由左向右由左向右丁：丁：F F垂直于垂直于I I斜向右下方斜向右下方课堂练习课堂练习2实验演示：实验演示：如图所示，两条平行的通电直导线之间会如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用通过磁场发生相互作用 你能使用刚学过的知识你能使用刚学过的知识解释本实验结果吗解释本
4、实验结果吗？同向电流相互吸引同向电流相互吸引反向电流相互排斥反向电流相互排斥实验结论实验结论:两条导线两条导线ABAB和和CDCD互相垂直，互相垂直，ABAB固定，固定，CDCD可自由活可自由活动，两者相隔一小段距离，当两条导线分别通以动，两者相隔一小段距离，当两条导线分别通以图示方向的电流时，垂直纸面向里看导线图示方向的电流时，垂直纸面向里看导线CDCD将将（）A A顺时针方向转动，同时靠近顺时针方向转动，同时靠近ABABB B逆时针方向转动，同时靠近逆时针方向转动，同时靠近ABABC C顺时外方向转动，同时远离顺时外方向转动，同时远离ABABD D逆时针方向转动，同时远离逆时针方向转动，同
5、时远离ABABB课堂练习课堂练习3（1 1）在在匀强磁场匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向中，在通电直导线与磁场方向垂直垂直的情况下，导线所受安培力的情况下，导线所受安培力F F等于磁感应强度等于磁感应强度B B、电流、电流I I和导线的长度和导线的长度L L三者的乘积。三者的乘积。问题问题:如果既不平行也不垂直呢？如果既不平行也不垂直呢？即：即：（2 2）平行时：）平行时：B BI 二、安培力的大小二、安培力的大小 （3 3）当电流与磁场方向夹）当电流与磁场方向夹角时角时:F=ILBF=ILB2 2=ILBsinILBsin(为为B B与与L L的夹角的夹角)B1B2B1.分解磁感应强度分解
6、磁感应强度BBFBBIL1F=IBL1=ILBsin(为为B与与L的夹角的夹角)2.投影导线投影导线关于磁场对通电直导线的作用力关于磁场对通电直导线的作用力,下列说法正下列说法正确的是确的是()()A.A.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B.B.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场方向垂直磁场方向垂直C.C.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流方向垂直电流方向垂直D.D.通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂于由通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂于由B B
7、和和I I所确定的平面所确定的平面BCD课堂练习课堂练习4对公式对公式F=BF=BI I L L的理解的理解 F F垂直于垂直于I I、磁感应强度、磁感应强度B B、直导线、直导线 不垂直变垂直不垂直变垂直不垂直变垂直不垂直变垂直(分解分解B，或投影，或投影L)弯曲导线变成直导线弯曲导线变成直导线 L L是有效长度，不一定是导线实际长度是有效长度，不一定是导线实际长度若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。如如图图所示，所示，长为长为2 2L L的直的直导线导线折成折成边长边长相等，相等，夹夹角角为为6060的的V V形，并置于与其所在平
8、面相形，并置于与其所在平面相垂直的匀垂直的匀强强磁磁场场中，磁感中，磁感应应强强度度为为B B.当在当在该该导线导线中通以中通以电电流流强强度度为为I I的的电电流流时时，该该V V形通形通电导线电导线受到的安培力大小受到的安培力大小为为()A A0 0B B0.5BIL0.5BILC CBIL BIL D D2BIL2BILC C课堂练习课堂练习5磁电式电流表磁电式电流表 三、三、安培力的应用安培力的应用直流电动机直流电动机早期的电动机早期的电动机 早在早在18211821年，法拉第在重复奥斯特实验时，就制年，法拉第在重复奥斯特实验时，就制造出人类历史上第一台最原始的电动机。造出人类历史上第
9、一台最原始的电动机。18341834年，年，俄国雅克比发明了第一台实用价值的棒式铁芯电俄国雅克比发明了第一台实用价值的棒式铁芯电动机。动机。18881888年，意大利费拉里斯在研究旋转磁场年，意大利费拉里斯在研究旋转磁场后，制造了第一台交流电动机。后，制造了第一台交流电动机。18891889年，俄国多年，俄国多勃罗沃尔斯基制造了三相鼠笼交流发电机，是交勃罗沃尔斯基制造了三相鼠笼交流发电机，是交流电动机技术上有了突波的发展。这种电动机广流电动机技术上有了突波的发展。这种电动机广泛使用至今。泛使用至今。如如图图所示，在玻璃皿的中心放一个所示，在玻璃皿的中心放一个圆圆柱形柱形电电极，沿极，沿边缘边缘
10、内壁放一个内壁放一个圆环圆环形形电电极，将两极，将两电电极接在极接在电电池的池的两极上，然后在玻璃皿中放入两极上，然后在玻璃皿中放入盐盐水，把玻璃皿放入水，把玻璃皿放入蹄形磁蹄形磁铁铁的磁的磁场场中，中，N N极在下，极在下，S S极在上，极在上，盐盐水就会水就会旋旋转转起来起来(1)猜想一下，盐水转动的方向，猜想一下，盐水转动的方向，并实际做一做实验来验证并实际做一做实验来验证(2)探究盐水旋转的原因探究盐水旋转的原因演示把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它使它的下端刚好跟杯里的水银面接触的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成并使它组成如图所示的电波如
11、图所示的电波,当开关接通后当开关接通后,将看到的现象将看到的现象 是是()()A.A.弹簧向上收缩弹簧向上收缩B.B.弹簧被拉长弹簧被拉长C.C.弹簧上下振动弹簧上下振动D.D.弹簧仍静止不动弹簧仍静止不动SC课堂练习课堂练习6NSIFFNSF试分析如图所示的通电直导线的受力和试分析如图所示的通电直导线的受力和运动情况运动情况 特殊位置法特殊位置法NSF（1）绳子拉力_ (变大,变小,不变)（2）桌面对磁铁的支持力_（3）桌面对磁铁的摩擦力_(有,无).变大变小无NSF桌面对磁铁的摩擦力 _(有,无)方向_.有有水平向右FfA例例.通电直导线附近有一个小的通电闭通电直导线附近有一个小的通电闭合
12、矩形线圈合矩形线圈abcdabcd，直导线，直导线ABAB和线框在同和线框在同一平面内放置，若电流一平面内放置，若电流I I2 2沿顺时针方向，沿顺时针方向，则小线框的运动情况是则小线框的运动情况是 （）A A向右运动向右运动B B静止不动静止不动C C向左运动向左运动D D发生转动，发生转动，同时向远离直同时向远离直导线方向运动导线方向运动Cabcd如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地竖直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中,所受的安培力大小变化是()A.逐渐变大B.先变大后变小C.逐渐变小D.先变小后变大BIB例题：例题：如图所示，在匀强磁场中用两
13、根柔软的细线将如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒金属棒abab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a a到到b b的的稳定电流稳定电流I I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法：线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法：()()（A）适当增大电流）适当增大电流I （B）将电流反向并适当改变大小）将电流反向并适当改变大小（C）适当增大磁场）适当增大磁场（D）将磁场反向并适当改变大小）将磁场反向并适当改变大小ACabI3 3、如如图图所所示示，在在倾倾角角为为3030o o的的斜斜面面上上，
14、放放置置两两条条宽宽L L0.5m0.5m的的光光滑滑平平行行导导轨轨，将将电电源源、滑滑动动变变阻阻器器用用导导线线连连接接在在导导轨轨上上，在在导导轨轨上上横横放放一一根根质质量量为为m m0.2kg0.2kg的的金金属属棒棒abab，电电源源电电动动势势E E12V12V，内内阻阻r r0.30.3，磁磁场场方方向向垂垂直直轨轨道道所所在在平平面面，B B0.8T0.8T。欲欲使使棒棒abab在在轨轨道道上上保保持持静静止止，滑滑动动变变阻阻器器的的使使用用电电阻阻R R应应为为多多大大？（g g取取10m/s10m/s2 2，其其它它电阻不计）电阻不计）BE rRa30bBGFNF例例
15、1 1：如如图图，把把轻轻质质导导线线圈圈用用绝绝缘缘细细线线悬悬挂挂在在磁磁铁铁N N极极附附近近，磁磁铁铁的的轴轴线线穿穿过过线线圈圈的的圆圆心心且且垂垂直直于于线线圈圈平平面面。当当线线圈圈内内通通入入如如图图所所示示的的电流后，判断线圈如何运动？电流后，判断线圈如何运动？例例4 4、如如图图所所示示，光光滑滑的的平平行行导导轨轨倾倾角角为为，处处在在垂垂直直导导轨轨平平面面向向下下的的磁磁感感应应强强度度为为B B的的匀匀强强磁磁场场中中，导导轨轨中中接接入入电电动动势势为为E E、内内阻阻为为r r的的直直流流电电源源，电电路路中中有有一一阻阻值值为为R R的的电电阻阻，其其余余电电
16、阻阻不不计计，将将质质量量为为m m，长长度度为为L L的的导导体体棒棒由由静静止止释释放放，求求导体棒在释放时的瞬时加速度的大小。导体棒在释放时的瞬时加速度的大小。问题问题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？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的.所谓所谓均匀辐向分布均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通，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，过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度磁感线之间的夹角都是零度.在以铁芯为中心的圆圈上，在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感
17、应强度各点的磁感应强度B B 的的大小是相等大小是相等的的.该磁场该磁场并非匀强磁场并非匀强磁场问题问题该磁场该磁场是否匀强磁场？是否匀强磁场？问题问题该磁场该磁场的特点？的特点？2 2、电流表的工作原理、电流表的工作原理 1 1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管、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，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，线圈转动使螺旋弹这两个力产生的力矩使
18、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随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停的力矩相平衡时，线圈停止转动。止转动。2 2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中、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，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
19、被测电流的强弱。可以知道被测电流的强弱。3 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也、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。针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。表盘的刻度均匀，表盘的刻度均匀，II电流表的特点电流表的特点1 1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；过的电流很小；2 2、电流和安培力成正比，所以电流、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；表的刻度是均匀的；3 3、电流方向改变，安培力方向也、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。改变，线圈朝相反方向转动。