§3.4__通电导线在磁场中受到的力解读

§3.4通电导线在磁场中受到的力磁场对电流的作用一、安培力(Ampereforce)的方向1、定义：磁场对电流的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。实验表明：通电导体在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关。思考与讨论在电场中，电场强度的方向就是正电荷所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受力方向呢？实验结果分析试画出下述两实验结果的正视图：BBIFIF2、左手定则（left-handrule）实验结论：安培力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电流方向垂直F⊥I，故安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面，即：F安⊥BI平面伸开左手：磁感线——垂直穿入手心四指——指向电流的方向大拇指——所受安培力的方向思考与讨论如图所示，当通电导线的电流垂直纸面向外，磁场竖直向上时，导线所受的安培力水平向左，现在若将电流方向和磁场的方向同时反向，则安培力的方向是不是也反向？BIFBIF结论：当电流方向和磁场方向同时反向时，安培力方向不变。思考与讨论前面，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。ABCDA的磁场F安A对BC的磁场F安C对DF安B对AF安D对CB的磁场D的磁场电流之间通过磁场产生的相互作用力二、安培力(Ampereforce)的大小（1）I⊥B，且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大（2）当导线方向与磁场方向一致时(即I∥B)，电流所受的安培力最小，等于零；（3）当导线方向与磁场方向成θ时，所受安培力介于最大值和最小值之间：1、大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积成正比。2、公式：F=BILF安=BILsinθBIθB⊥B∥LF=BIL3、F=BIL中的L为有效长度LL重点细节注意试指出下述各图中的安培力的大小。在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的。三、磁电式电流表1、电流表的构造在一个很强的蹄形磁铁的两极间，有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。蹄形磁铁铁芯绕有线圈的铝框螺旋弹簧指针刻度表电流表构造中最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。1、电流表的构造2、电流表的工作原理如图所示，当电流通过线圈时，线圈上跟轴线平行的两边在安培力作用下，使线圈绕轴线转动，从而使螺旋弹簧被扭动。当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止转动。θ由于安培力与电流成正比，当线圈中流入的电流越大时，线圈上产生的安培力越大，线圈和指针转过的角度也越大。因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。由左手定则可知，当流入线圈中的电流方向改变时，线圈上产生的安培力的方向也改变，从而使线圈和指针偏转的方向也改变。所以，根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。θ=NBIS/k2、电流表的工作原理3、电流表的特点1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；2、电流表的刻度是均匀的；3、电流方向改变，安培力方向也变，线圈朝相反方向转动。思考与讨论在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后再在玻璃器皿中放入导电液体，例如盐水，若把玻璃器皿放在磁场中，如图所示，那么液体会转动吗？如果转？往什么方向转？逆时针旋转BCD1、一根长为0.2m的电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是（）A、0.4NB、0.2NC、0.1ND、0FFFF×2、试画出下列各图中安培力的方向：课堂练习3、在垂直纸面向里的匀强磁场B中，有一个垂直磁感线的环形线圈，通有顺时针电流I，如图所示，则下列叙述中正确的是A、环形线圈所受的磁力的合力为零B、环形线圈所受的磁力的合力不为零C、环形线圈有收缩的趋势D、环形线圈有扩张的趋势AD课堂练习A4、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线()A、受到竖直向上的安培力B、受到竖直向下的安培力C、受到由南向北的安培力D、受到由西向东的安培力课堂练习5、试讨论下列各图中通电导体棒ab在不计重力的情况下，将如何运动？课堂练习D6、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中AB固定，CD可自由活动，当通以如图所示电流后，CD导线将（）A、顺时针方向转动，同时靠近ABB、逆时针方向转动，同时离开ABC、顺时针方向转动，同时离开ABD、逆时针方向转动，同时靠近AB课堂练习小结•一、安培力的方向•二、安培力的大小•三、磁电式电流表