高中物理磁场对通电导线的作用力 2人教版选修3-1.docVIP

磁场对通电导线的作用力 课前预备 一、小小信息窗 由于地磁场的存在，它屏蔽了宇宙射线，阻止了太阳风暴对地球的袭击，保护了地球生命的延续。必威体育精装版的研究成果显示，地球的磁极已经显露出向相反方向移动的征兆，科学家们认为，地球磁场也许即将反转。如果有一天地球上的南极变成了北极，指南针指向北方，鸟类和其他对磁场敏感的动物将怎样辨别方向？几万年来，蜜蜂、鸽子、鲸鱼、鲑鱼、红龟、津巴布韦鼹鼠等动物一直依赖先天性的本能在磁场的指引下秋移春返，一旦磁场消失，它们的命运很难预测。然而对于人类来说，最致命的打击莫过于直接暴露在强烈的紫外线辐射之下。 地球磁场真会反转吗？专家认为，地球磁场来自地球深处的地心部分，如图3-15所示。固体地心，四周处在熔解状的铁和镍液体。地心在金属液中的运动，产生了电流，形成了地球磁场。浆凝固时，其中的铁总是按磁场方向排列。专家把这一现象称为地球动力学，地球磁场是由地球动力支配的，地心周围的液体物质，总是处在不稳定状态，以非常缓慢的速度转动，一般大约每年移动一度。如果受到某种干扰时，这个速度会变得越来越快，使原有的磁场偏离极地越来越远，最后发生南北极互换的现象。由于矿物可以记录过去磁场的方向，科学家利用这一点，推出地球磁场大约每25万年反转1次，在地球45亿年的历史中，地磁的方向已经在南北方向反复变化了数百次。 二、要点综述 1．安培力方向 （1）左手定则：伸出左手，使拇指与其它四个手指垂直，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，这时拇指所指的方向就是通电导线地磁场中所受安培力方向。 （2）理解：电流方向与磁场方向可以是任意夹角，但安培力方向总与电流垂直，总与磁场垂直，即总垂直电流与磁场所构成的平面。 注：电场力方向总与场强方向共线，安培力方向总与磁场方向垂直。 （3）安培力方向判别步骤： ①明确研究对象；②用右手螺旋定则或根据磁体的磁场特征，画出研究对象所在处的磁场方向；③由左手定则判别安培力方向。 （4）判断安培力作用下物体运动情况的常见方法 ①微元对称法：把整段电流等效为多段直线电流，用左手定则判别每微段所受安培力方向，再由合力的方向确定运动方向。②特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的位置后判别安培力方向，从而确定运动方向。③等效法：将环形电流、通电螺线管等效为条形磁铁，再由磁铁间的相互作用规律确定运动方向。 2．安培力的大小 （1）公式：。 （2）安培力的大小与电流方向有关，电流与磁场垂直时，所受安培力最大，而电流与磁场方向平行时，所受安培力为零。电流与磁场方向成其它夹角时，安培力介于最大与零之间。 （3）通电导线与磁场不垂直时，有两种处理方法：①将L理解为导线长度在垂直磁场方向上的投影，F=BIL⊥。②将磁感应强度B分解为垂直于电流方向的分量B⊥和平行于电流方向的分量B∥，F=B⊥IL。 （4）安培力的公式适用条件：①匀强磁场②若为非匀强磁场，则导线必须足够短。 3．磁场对通电线圈的作用——磁力矩 通电线圈在磁场中受到安培力的作用而发生转动的力矩为磁力矩。M=NBIScosθ，式中的N为线圈匝数，θ为通电线圈平面与磁场方向之间的夹角。通电线圈平面与磁场方向平行时，M最大，通电线圈平面与磁场方向垂直时，M最小。 4．磁电式电流表 （2）电流表的构造：辐向磁场、通电线圈、指针。 （3）电流表的工作原理：线圈在均匀辐向分布的磁场中受到磁力矩作用而转动，由于通电线圈平面总与磁场方向垂直，所以磁力矩大小为定值M=NBIS；线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生转动的反力矩，大小为M反=kθ；当螺旋弹簧反力矩与磁力矩相等时，线圈停止转动。 （3）电流表的优缺点 优点：灵敏度高；缺点：允许通过的电流很小。 课堂同步 1．如图3-16磁场方向竖直向下，通电直导线ab由水平位置1绕a点在竖直平面内转到位置2，通电导线所受安培力是（ ） A．数值变大、方向不变 B．数值变小、方向不变 C．数值不变、方向改变 D．数值、方向均改变 2．如图3-17所示，对于放在匀强磁场中的通电线圈，下列说法正确的是（ ） A．线圈平面平行磁感线时所受合力为零，合力矩最大 B．线圈平面平行磁感线时，所受合力最大，合力矩最大 C．线圈平面垂直磁感线时，所受合力为零，合力矩为零 D．线圈平面垂直磁感线时，所受合力为零，合力矩最大 3.如图18所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点.棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从MN，此时悬线上有拉力.为了使拉力等于零，可( ) A．适当减小磁感应强度B．使磁场反向C．适当增大电流强度D．使电流反向如图19所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的