磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用力
1.1 磁场对通电导线的作用力一、安培力的方向1．安培力：通电导线在 中受的力．2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与 在同一个平面内；让磁感线从 垂直进入，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．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系： ， ，即F 垂直于B 与I 所决定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁场B 的方向放置的长为l 的通电导线，当通过的电流为I 时，所受安培力为F ＝ . 2．当磁感应强度B 的方向与电流方向成θ角时，公式F ＝ . 三、磁电式电流表1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到 而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越 ．根据 的偏转方向，可以知道被测电流的方向． 2．构造：磁体、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿 方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线 ，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小 ．4．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．【参考答案】磁场 垂直 掌心 电流 拇指 F ⊥B F ⊥I IlB IlB sin θ 指针 半径 平行 相等考点一：两根通电导线之间的作用力方向【例1】在正三角形ABC 的三个顶点A 、B 、C 处，各固定有一根垂直于三角形的长直导线，每根导线通有大小相同的恒定电流，电流方向如图所示，已知导线A 受到的安培力大小为F ，则导线C 受到的安培力（ ）基础知识梳理典型例题分析A ．大小为F ，方向平行AB 向左下 B ．大小为F ，方向平行AB 向右上C ，方向垂直AB 向右下D ，方向垂直AB 向左上 【答案】C【解析】设两长直导线间的相互作用力大小为F 1，反向电流相互排斥，同向电流相互吸引，对长直导线A 研究，根据力的合成可得12cos60F F ︒=解得1F F =对长直导线C 研究，根据力的合成可得，C 受到的安培力为C 12cos30F F =︒=方向垂直AB 向右下。
磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用力
磁力场是由磁性物质和电流产生的力量，一个悬停的电线会在某种特定的磁力
场中受到不同程度的影响力。
在量子物理学中，磁性物质会与周围环境互相作用，形成一个磁力场。
由于通电导线多用于传输电流，因此它们会受到来自磁力场的影响。
由于磁场的作用，电线会受到磁力的拉力或推力。
在电磁铁和磁铁素材中，会
产生有吸引作用的磁力场，当电线置于其中时，将会受到有吸引作用的磁力的拉力。
此外，如果电线两端有电流经过，也会产生有推力作用的磁力场，当电线悬停于其中时，将会受到推力作用的磁力。
由于磁场作用力和电网串流电流角度不同，所以使电线受到极其复杂的作用力。
为此，有分析磁场作用力这一研究方向，通过建立的分析模型，能够极大地准确地研究出通电导线在磁力场中的被影响情况。
综上所述，磁场作用对通电导线具有极大的重要性，它会影响电线的运行状态
并产生作用力，若未能正确掌握其影响机制及分析方法，将可能给电力系统带来安全隐患，必须分析准确研究磁力场在影响通电导线运行情况上的作用力，从而保证电力系统的安全运行。
1.1磁场对通电导线的作用力
【变式2】如图，长为2l的直导线拆成边长相等，夹角 为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场 中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I 的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为（ ）
A. 0 B. 0.5BIl C.BIl D.2BIl
三、磁电式电流表
1.结构：电流表是测定电流强弱
5. 灵敏度
可以通过增加线圈的匝数、增大磁铁的磁感应强度、增大线圈的面积 等方法提高灵敏度。
【课堂检测】
1.判断正误：
(1)当通电直导线垂直于磁感应强度方向时，安培力的方向
和磁感应强度方向相同。(
)
(2)已知磁场方向和电流方向判定安培力的方向用左手，若
已知磁场方向和安培力的方向，判定电流的方向用右手。
甲 电流表结构图 乙 电流表原理图
★通电线圈在磁场中受到安培力会 转动，电动机就是根据这个原理设
3.磁电式电流表的特点
(1)表盘的刻度均匀，θ∝I. (2)灵敏度高，但过载能力差. (3)满偏电流Ig和内阻Rg反映了电流表的最主要特性.
4. 优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。 缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。
（2）当电流与磁场方向平行时， F=0
（3）当电流与磁场方Байду номын сангаас夹θ角时， F=
二、安培力的大小
2.当电流与磁场方向夹θ角时
B1
B2
F = ILBsinθ F垂直于电流与磁场组成的平面
二、安培力的大小
3.对公式 F=ILB的理解
（1）仅适用于匀强磁场 （2）F不仅与B、I、L有关，还与放置方式有关。
复习回顾
1.磁铁之间的作用规律
2.电流对小磁针的作用规律
磁场对通电直导线的作用力
把一小段通电直导线垂直放入磁场中，它受到了磁场力作用
教学基本要求
一、安培定律
磁场对通电导线的作用力，称为安培力。 当I与B垂直时，安培力的大小为：F=BIL 上式表明：安培力大小与电流的大小，与通电导线 在磁场中的长度成正比，与磁感应强度B成正比。 当通电导线平行于磁场方向时，安培力为零
M BIL1L2 cos
因为矩形面积 所以
S L1L2
M BIS cos
当线圈平面跟磁感应线平行时，cosθ ＝１,线圈 所受磁力矩最大，M=BIS。当线圈平面跟磁感应线垂 直时，cosθ ＝０，线圈所受磁力矩为零。
教学基本要求
对于Ｎ匝平面线圈，它所受磁力矩为单匝线圈 的Ｎ倍，即
教学基本要求
下面来计算力矩的大小
设匀强磁场的磁感应强度为Ｂ
ab பைடு நூலகம்d L1
则
bc da L2
Fab Fcd BIL1 L2 r1 r2 r cos 力臂 2
力矩的大小为
L2 M 1 M 2 FAB r BIL1 cos 2
教学基本要求
由于力矩Ｍ１和Ｍ２都使线圈绕轴按逆时针方向 转动，所以合力矩Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２
已知：Ｂ＝0.40Ｔ，Ｌ＝20cm＝0.20m，Ｉ＝10A， θ =30° 求：Ｆ。
教学基本要求
解：由安培定律得，直导线所受磁场力大小为：
1 F BIL sin 0.40 10 0.20 0.4( N ) 2
由左手定则可知，力的方向垂直于Ｂ和Ｉ所 决定的平面，即垂直纸面向里。 答：直导线所受的磁场力大小为0.4Ｎ，方向垂直 纸面向里。
M NBIS cos
可以证明，上式不仅适用于矩形线圈，而且适 用于任意形状的平面线圈。
4磁场对通电导线的作用力
将长为1m的导线ac，从中点折成1200的夹角如图 形状，放入B=0.08T的匀强磁场中，abc平面与磁 场垂直，若在导线abc中通入25A的直流电，则整个 导线所受安培力的大小为 31/2_______N。
2、通电导线在安培力作用下的运动
电流元法 特殊位置法 等效法 结论法 转换研究对象法
电流元法+特殊位置法
安培力的力矩叫磁力矩
1、当线圈平面与磁感线平行时(B∥S) Mab＝Fab· L2/2＝BIL1· L2/2＝BIS/2 Mcd＝Fcd· L2/2＝BIS/2 Mbc＝Mad＝0 M＝Mab＋Mcd＋Mbc＋Mad＝BIS ——单匝线圈，匀强磁场 2、当线圈平面与磁感线成θ角时 若N匝，则NBIS Mab＝Fab· L2cosθ/2＝BIScosθ/2 Mcd＝Mab＝BIScosθ/2 Mbc＝Mad＝0 若N匝，则NBIScosθ M＝BIScosθ ——单匝线圈，匀强磁场 3、B⊥S时，M＝0 (θ＝90°)
演示 平行通电直导线之间的相互作用
你能用安培力的知 识来判断结果吗？ 结论： 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 问:若两根导线通以大小不同的 电流，则受力情况如何？
注意：F12=F21
二、安培力的大小
当B⊥I时 ，导线所受安培力 F＝BIL 当B∥I 时，导线所受安培力 F＝0 当B与I成一角度θ时， F＝BILsinθ
（C）、适当增大磁场
（D）、将磁场反向并适当改变大小
应用：
1、“ 有效长度”问题 2、判断通电导线在非匀强磁场中的运动 3、安培力的力学综合问题
1、“ 有效长度”问题
在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流 强度为I，磁感应强度为B，求各导线受到的安培力。
磁场对通电导线的作用力、左手定则
• 4、同时改变电流方向、磁场方向，观察磁场中导体 运动方向：向左运动
磁场对通电导体的作用力
实验结论
1、磁场对电流有力作用，这个力叫做磁场力 （磁安场培对力放）入。其 中 的 磁 体 或 电 流 有 力 的 作
用
2、磁场力的方向跟磁场方向和电流方向有关。
磁场对通电矩形线圈的作用力
磁场对通电线圈的作用
通电线圈在磁场中会受到力的作用 （并不能持续的沿着一个方向转动下去）
磁场对通电矩形线圈的作用力
电能 → 机械能
总结
磁场对通电指导线的作用力
1.左手定则内容： （1）让磁感线垂直穿入掌心； （2）四指指向电流方向； （3）2.则导大体在拇磁指场所中指受的力方的大向小就（是垂磁直场，力平行的，方倾向斜。
左手定则
目录
1
2
磁场对通电直 导线作用
左手定则
磁场对通电矩形 线框的作用
电动机
磁场对通电指导线的作用
想一想
• 在奥斯特实验中我们知道了电流对磁体有力的 作用，反过来，磁体对电流有无力的作用呢？
• 如果我们把通电导体在放在磁场中，会有怎样 的现象？
磁场对通电指导线的作用
实验
通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力,也称
磁场对通电导体的作用力
两根直导线C、+ D，通以相反方向的相同电流后将怎样运动？
F I
IF
异向电流互相排斥
C
D+
D导线位于C导线的右侧，可以看作导线D位于C所产生的磁场内 C导线位于D导线的左侧，可以看作导线C位于D所产生的磁场内
磁场对通电导体的作用力
磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线产生的作用力是一种基本的物理现象。
当电流通过导线时，会形成一个围绕导线的磁场。
这个磁场与外部磁场相互作用，导致导线受到一个力的作用。
根据右手定则，当电流方向与磁场方向垂直时，作用力的方向垂直于电流方向和磁场方向。
这种作用力在许多应用中都有重要的作用。
例如，在电磁铁中，通电线圈受到的磁场力可以使铁芯上的物体吸附。
在电动机中，电流通过绕组时产生的磁场力可以使转子旋转，实现机械能转换。
在电力输送中，通电导线受到的磁场力可以使导线受到的张力增加，保持线路的稳定性。
总之，磁场对于通电导线的作用力是一个重要的物理现象，在各种应用中发挥着重要的作用。
磁场对通电导线的作用—安培力
B B
B
I F
I
I
B
B
F
I
α
α
B F
I
BI
30 F °
B
F
I α
7.当电流与磁场方向夹角为θ时， F = ILBsinθ
B1
B2
8、安培力的大小
（1）在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况 下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长 度L三者的乘积。
即： F=ILB
（2）平行时： F＝0
4.磁电式电流表的特点
（1）表盘的刻度均匀，θ∝I。 （2）灵敏度高，但过载能力差。 （3）满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特性。
例3.长度为20cm的通电直导线放在匀强磁场中，电 流的强度为1A，受到磁场作用力的大小为2N，则
磁感应强度B：（ B ）
A、B＝10T C、B≤10T
B、B≥10T D、不能确定
N f
θ
X
F
θ
θ
G
精确实验表明：通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通 电导线作用力的大小与导线长度和电流大小都成正比，即
F IL 比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关，用符
号B表示（关于它的意义，下节将进一步介绍）则磁场对通
电导线作用力的公式为：
F ILB
4.公式：
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90O
F 0
F IBL
总结：安培力的大小：
（1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向
垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、
电流I和导线的长度L三者的乘积。 即： F=ILB
（2）平行时：F＝0 （3）公式：
F B⊥
B B
F=I L B sinθ
θ表示磁场方向与电流方向间的夹角 ∥
上述两实验结果的正视图：
I B
F
F
I
I
F B
F
I B
B
实验表明： （1）通电导体在磁场中受力方向 与电流方向和磁场方向有关。 b B （2）安培力的方向既跟磁场方 c 向垂直，又跟电流方向垂直，也 I 就是说，安培力的方向总是垂直 a 于磁感线和通电导线所在的平面。
Fd
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。
三、磁电式电流表的特点
灵敏度高，但允许通过的电流很弱。
典型例题
如下图所示，在匀强磁场中用两根柔软的 细线将金属棒ab悬在水平位置上，已知金属棒 长为 L= 0.5 m,质量 m = 0.01kg,B = 0.4 T, 欲使悬线的张力为零，求金属棒中的电流的大 小与方向？（g = 10 m/s2)
不是
那么，通电导体在磁 场中的受力方向与哪些因 素有关呢？
一、安培力的方向
猜想：由F = B I L 猜想，F的方向可能和谁有关？ 演示：按照右图所示进行实验。 ------控制变量法 1、上下交互磁场的位置以改变 磁场的方向，观察受力方向是否 变化。 2、改变导线中电流的方向，观 察受力方向是否改变。 通过这两种情况的分析，我 们就可以了解导线受力的方向与 磁场方向、电流方向的关系。
1.画出导线所在处的磁场方向
2.确定电流方向 3.根据左手定则确定受安培力的方向 4.根据受力情况判断运动情况
三. 磁电式电表
三、磁电式电流表
1、电流表的构造
如图所示是电流表的 构造图，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 两端分别接在这个螺旋弹 簧上，被测电流通过弹簧 流入线圈
☻ 在中学阶段，F=I L B sinθ仅适用于匀强磁场
应用安培力应注意的问题
1、分析受到的安培力时,要善于 把立体图,改画成易于分析受力的平 面图形
2、注意磁场和电流的方向是否 垂直
B
B
a
F
.
.
b
B
F=BIL B
a
×
F
.
b
F=BIL
B
B
B
B
B
B
F
×
×
F
判断通电导线在安培力作用下的运动 方向问题
2、电流表的工作原理
1、当电流通过线圈时线圈左右两边都要受到方向相反安培力， 使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，反线圈转动。 2、电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。所 以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小
3、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，表盘的刻度就是均匀 的了。
区别安培定则 与左手定则
分析：
电流方向相反时，将会排斥
3 4
I
F F
I
F
电流方向相同 电流方向相同时，将会吸引
1
2
F
I
I
电流方向相反
二.安培力的大小
1.当电流与磁场方向垂直时:
F = ILB (B⊥L)
F B I
2、电流与磁场方 向平行时，磁场 对电流的作用力 为零
S I
N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
问题:如果既不平行也不垂直呢？
0 .5 A
电流由a流向b
a
I
b
课外 作业
解：欲使悬线张力为零，由题意分 析知，安培力应与重力平衡，金属 棒受力如图 F=mg ----(1) 方向向上，
F mg
由安培力公式得:
F=BIL---(2)
I a
由(1) (2)得： F mg 0.01 10 I A 0.5 A BL BL 0.4 0.5 由左手定则知，电流由a流向b
θ
I
3.当电流与磁场方向夹角为θ时: B 通电直导线与磁场方向不垂直的情况
把磁感应强度B分解为两个分量：B
B2
1
θ
一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ
另一分量与导线平行 B2=Bcosθ
I
平行于导线的分量B2不对通电导线产生作 用力，通电导线所受作用力仅由B1决定
即F=ILB1 将B1=Bsinθ代入得 F=ILBsinθ
4
磁场对通电导线的作用
导入
通电导线 在磁场中 要受到力 的作用
安培力：通电导线在磁场中受到力称为安 培力，是为了纪念法国物理学家安培而命 名的。
在电场中，电场力的方向要么与电场强度方 向相同，要么就与电场强度方向相反。那么，在 磁场中，通电导线所受到的安培力的方向是不是 也和磁感应强度方向相同或者相反呢？
Y(B)
注
四指
磁感线
电流
穿手心
受力
B I
Z( I )
X(F)
o
F
大拇指 意
【例】画出图中第三者的方向。
B B B
I
I α α
F
B B F
I
I
B F I F
B F I 30 ° B I
α
例题：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。在什么情况下两条 导线相互吸引，什么情况下相互排斥？请你运 用学过的知识进行讨论并做出预测，然后用实 验检验你的预测。
S
N
从右向左看 电流逆时针流
方法二、等效分析法 环形电流等效为小磁针 条形磁铁或小磁针等效为环形电流
通电螺线管等效为多个环形电流、条形磁铁
S N
b
课外 作业
判断通电导线、线圈在安培力作用下的 运动 例：把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在 磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的 圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通 入如图方向的电流后，判断线圈如何 运动？
S
N
从右向左看 电流逆时针流
S
N
从右向左看 电流逆时针流
方法一、电流元分析法
S N
根据中心对称性 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向磁铁运动