磁场对电流的作用演示课件

.,第八章 磁场,DLJ,.,概述,本章共有五个概念、两个公式、两个定则。五个概念： 磁场、磁感线、磁感强度 匀强磁场、磁通量两个公式：安培力 F=BIL 洛伦兹力 f =qvB 两个定则: 安培定则判断电流的磁场方向 左手定则判断磁场力的方向,注：能力上多了“有空间想象能力”的要求。,.,.,第29讲 磁场及磁场对电流的作用,.,一、磁场、磁感应强度1磁场(1)产生：磁场产生于 和 周围。(2)基本性质：磁场对放入其中的磁体、 电流有_ 的作用 2磁感应强度(1)物理意义：描述磁场强弱和方向(2)定义式：B_(通电导线垂直于磁场)(3)方向：是矢量，小磁针静止时_的指向(4)单位：_，符号T.,磁场力,N极,特斯拉(N/A.m),磁体,电流,.,3、磁感线及特点,（1）疏密表示 ，切线方向表示 （2）是闭合曲线，磁体外 到 ,磁体内 到（3）非实际存在,强弱,B的方向,N,S,S,N,B,B,.,（1）.直线电流的磁场,立体图,横截面图,纵截面图,判定：安培定则,4三种常见的电流的磁场,C,a,b,C,O,若a导线电流反向，c点的磁感应强度呢？,应选A,特点：无磁极、距导线越远处磁场越弱,B,.,立体图,横截面图,判定：安培定则,（2）.环形电流的磁场,纵截面图,2 如图所示，带负电的金属环绕轴 OO以角速度匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（ ）AN 极竖直向上 BN 极竖直向下CN 极沿轴线向左 DN 极沿轴线向右,C,特点：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。可等效为小磁针。,.,如图所示，a、b、c 三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方、管内和右侧当这些小磁针静止时，小磁针 N 极的指向是（ ）Aa、b、c 均向左Ba、b、c 均向右Ca 向左，b 向右，c 向右Da 向右，b 向左，c 向右,（3）.通电螺线管的磁场,立体图,横截面图,纵截面图,判定：安培定则,C,N,特点：与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场由S极指向N极，管外为非匀强磁场。,.,.,5、地磁场,地球的磁场特点有三个：(1)地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图，与条形磁体的磁场相似。,.,(2) 在赤道平面上各点，磁感应强度方向 (3) 地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球 极指向 极，而竖直分量(By)则南北相反。 在南半球垂直地面向 ，在北半球垂直地面向,地磁S极,地理北极,上,水平向北,.,1安培力的大小 (1)当IB时: F (2)当IB时：F0. FBILsin(为I和B的夹角)2安培力的方向左手定则: 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_的方向，这时_所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向,BIL,电流,拇指,二、磁场对电流的作用安培力,定义式：B (IB),FBIL,.,F,F,F,.,应用安培力公式时应注意的问题安培力常用公式FBIL，要求两两垂直，应用时要满足：(1)B与L垂直(2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零,.,D,.,【例2】如图将一个半径为R的导电金属圆环串联接入电路中,电路的电流为I,接入点a、b是圆环直径上的两个端点,流过圆弧acb和adb的电流相等。金属圆环处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与圆环所在平面垂直。则金属圆环受到的安培力为()A0 BBIRC2BIR D2BIR,.,把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触，并使它组成如图2所示的电路图当开关S接通后，将看到的现象是 () A弹簧向上收缩B弹簧被拉长C弹簧上下跳动D弹簧仍静止不动,判断平行导线通电的相作用方向,C,F,同向吸引 反向排斥,.,每段电流元所受安培力方向整段导体所受合力方向运动方向,在特殊位置安培力方向运动方向,环形电流小磁针条形磁铁通电螺线管 多个环形电流,同向电流互相吸引,异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势,分析磁体与电流磁场作用下如何运动或运动趋势,可根据牛顿第三定律,通过分析一个物体的受力情况，确定另一个物体所受磁场的作用力.,1.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法:,三、安培力作用下导体的运动,.,【例1】如图示,用绝缘细线悬挂一个导线框,导线框是由两同心半圆弧导线和直导线ab、cd(ab、cd在同一条水平直线上)连接而成的闭合回路,导线框中通有图示方向的电流,处于静止状态.在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线P.当P中通以方向向外的电流时()A导线框将向左摆动B导线框将向右摆动C从上往下看，导线框将顺时针转动D从上往下看，导线框将逆时针转动,导线框各边受力情况怎样？,.,【例2】 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,如图示.当两线圈中通以图示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将().A不动 B顺时针转动C逆时针转动 D在纸面内平动,.,.,【例3】,.,.,【例4】CD固定，AB可以以其中心为轴自由转动或平动，彼此相隔一段很小的距离，当分别通以图示方向的电流I时，AB的运动情况是 (),A逆时针方向转动、同时靠近导线CDB逆时针方向转动、同时离开导线CD C顺时针方向转动、同时靠近导线CDD顺时针方向转动、同时离开导线CD,C,.,【例5】如图，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时导线的运动情况是(从上往下看)() A顺时针转动，同时下降 B顺时针转动，同时上升 C逆时针转动，同时下降 D逆时针转动，同时上升,C,.,例6 如图，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时磁铁对水平面的压力为N1，现在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后，磁铁对水平面的压力为N2，则以下说法正确的是 ()A弹簧长度将变长B弹簧长度将变短CN1N2DN1N2,BC,B,F,N,S,F,.,四、安培力作用下的平衡问题,1.通电导线在磁场中平衡问题的分析思路(1)选定研究对象(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F安B、F安I.(3)列平衡方程.,.,.,审题指导(1)磁场竖直向上时，安培力的方向如何？处于静止时，安培力的大小应满足什么关系？(2)安培力沿什么方向时，维持导体棒静止所需安培力最小？,.,.,.,.,.,【例1】如图示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列某一个条件,角的相应变化情况是().A棒中的电流变大，角变大B两悬线等长变短，角变小C金属棒质量变大，角变大D磁感应强度变大，角变小,.,【例2】如图示，在倾角为37的斜面上，固定一宽为L1.0 m的平行金属导轨。现在导轨上垂直导轨放置一质量m0.4 kg、电阻R02.0 、长为1.0 m的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数为0.5。整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B2 T的匀强磁场中。导轨所接电源的电动势为E12 V，内阻r1.0 ，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，滑动变阻器的阻值符合要求，其他电阻不计，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。现要保持金属棒ab在导轨上静止不动，求：(1)金属棒所受安培力的取值范围；(2)滑动变阻器接入电路中的阻值范围。,.,转 原题,.,五、安培力做功、动能定理的综合应用,安培力做功的特点和实质(1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关(2)安培力做功的实质：起能量转化的作用安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线后转化为导线的动能或转化为其他形式的能安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能,.,【典例2】如图所示，质量为60 g的导体棒长度L120 cm，棒两端分别与长度L230 cm的细导线相连，悬挂在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B0.5 T当导体棒中通以稳恒电流I后，棒向上摆动(摆动过程中I始终不变)，最大偏角45，求：导体棒中电流I的大小(g取10 m/s2),.,总结提升：在处理物理问题时要注意物理过程和状态的分析，明确物体所处的状态是平衡态还是非平衡状态只有平衡态，物体所受的合力才为零，否则易走入误区,.,如图所示，闭合金属圆环从高为h的曲面左侧自由滚下，又滚上曲面右侧，环平面与运动方向均垂直于非匀强磁场，环在运动过程中摩擦阻力不计，则下列说法不正确的是A.环滚上曲面右侧的高度等于hB.运动过程中环内有感应电流C.环滚上曲面右侧的高度小于hD.运动过程中安培力对环一定做负功,【典例1】,.,(多选)间距为L20 cm的光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，右端与半径为L的两段光滑圆弧导轨相接，一根质量m60 g、电阻R1 、长为L的导体棒ab，用长也为L的绝缘细线悬挂，如图所示，系统空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B0.5 T，当闭合开关S后，导体棒沿圆弧摆动，摆到最大高度时，细线与竖直方向成53角，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态，导轨电阻不计，sin 530.8，cos 530.6，g10 m/s2，则,【典例2】,.,A.磁场方向一定竖直向下B.电源电动势E3.0 VC.导体棒在摆动过程中所受安培力F3 ND.导体棒在摆动