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内容举例: 一、安培力 1. 安培力:磁场对通电导线的作用力。 2. 方向判断——左手定则 如图所示,伸开左手,拇指与其余四指垂直,且都与手掌在 同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电流的方向, 此时拇指所指的方向即为安培力的方向。 3. 安培力的大小 (1)通电直导线电流方向与磁场方向平行时,导线所受安培力为零。 (2)在匀强磁场中,电流方向与磁场方向垂直时,通电直导线受到的安培力F=IlB。 (3)在匀强磁场中,电流方向与磁场方向成θ角时,通电导线受到的安培力F=IlB sinθ。 二、安培力的应用 1. 电动机、多用电表等的使用过程中,安培力都在发挥作用。 2. 电流计 (1)电流计的构造:U形磁铁、线圈、游丝、指针、圆柱形铁芯、铝框。 (2)电流计的原理:当电流流入线圈时,线圈受安培力作用而转动,使游丝扭转形变,从而对线圈的转动产生阻碍。当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时,指针便停留在某一刻度。电流越大,安培力越大,指针偏转的角度越大,而通过指针的偏转角度便可知道电流的大小。 三、安培力的方向判断与大小计算 1. 安培力方向的特点 (1)当电流方向跟磁场方向垂直时,安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直。应用左手定则判断时,磁感线从掌心垂直进入,拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直。 (2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直于电流方向,也垂直于磁场方向。应用左手定则判断时,拇指与四指、拇指与磁感线均垂直,但磁感线与四指不垂直,磁感线从掌心进入即可。 2. 安培力大小 (1)如图甲,通电导线与磁场方向垂直,此时安培力最大,F=IlB。 (2)如图乙,通电导线与磁场方向平行,此时不受安培力作用。 (3)如图丙,通电导线与磁场方向成θ角,此时可以分解磁感应强度,如图丁所示,于 是有安培力大小为F=IlB sin θ,这是一般情况下安培力的表达式。 (4)F=IlB sin θ适用于匀强磁场中的通电直导线,求通电的弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时,l为有效长度,即导线两端点所连的线段长度,相应的电流方向沿线段由始端指向末端,如图中虚线所示。 四、安培力作用下导体运动方向的判断内容 实例 分析 电流元 法 把整段导线分成很多段电流元,先用左手定则判断出每段电流元所受安培力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,最后确定运动方向。注意一般取对称的电流元分析 判断能自由移动的导线运动情况 把通电导线等效为AO、BO两段电流元,蹄形磁铁周围的磁感线分布以及两段电流元受安培力方向如图。可见,导线将沿逆时针方向(俯视)转动 特殊位 置法 根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向,判断其运动方向,然后推广到一般位置 用导线转过90°的特殊位置(如图所示的位置)来分析,判断出安培力方向向下,故导线在逆时针转动的同时向下运动 等效分 析法 环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁),条形磁铁也可等效成环形电流,通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁 判断环形电流受到的安培力方向 把环形电流等效成如图所示右边的条形磁铁,可见两条形磁铁相互吸引,不会有转动。环形电流受到的安培力方向向左 结论法 (1)两直线电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥; (2)两直线电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势 判断光滑杆上的同向电流的运动方向 同向电流相互吸引,两个环形电流会相互靠拢 转换研究对象法 定性分析磁体在电流产生的磁场中所受安培力方向时,可先分析电流在磁体磁场中所受安培力方向,然后再根据牛顿第三定律判断磁体所受安培力方向 判断图中所示磁铁受到的地面摩擦力方向 电流受到的磁铁的作用力方向如图所示,由牛顿第三定律知通电导线对磁铁的作用力方向斜向右下方。可知地面对磁铁的摩擦力方向向左 五、安培力作用下的平衡问题 1. 模型特点 通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型,该模型一般由倾斜导轨、导体棒、匀强磁场、电源和电阻等组成。这类题目的难点是题图具有立体性,各力的方向不易确定。因此解题时一定要先把立体图转化成平面图,通过受力分析建立各力的平衡关系,如图所示。
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