14.5磁场对通电导线的作用力


学习目标
1.知道磁场对通电导线的作用。知道通电导线在磁场中受力的方向跟电流方向和磁感线的方向有关。
2.经历磁场对电流产生作用力的实验探究过程,体验控制变量的方法。
3.通过对扬声器、耳机的学习,了解动圈式扬声器和耳机的构造及原理。

知识复习
1.磁极之间的相互作用是通过_____发生的。
2.奥斯特实验表明通电导体周围存在____,电流周围的磁场方向与电流的____有关。
3.磁场的基本性质:对放入其中的磁体具有_______。
4.声音是由物____动产生的。

答案:1.磁场;2.磁场 方向;
3.作用力;4.振动




一 、磁场对通电导线的作用
1.实验探究:磁场对通电导线的作用
2.正确理解磁场对通电导线的作用
3. 改变通电导线在磁场中受力大小的方法:

1.实验探究:磁场对通电导线的作用
(1) 提出问題:电流能产生磁场,磁场对磁体有力的作用,那么磁场对电流是否会有力的作用呢?
(2) 实验器材:电源、开关、导线、金属轨道、直导线、蹄形磁体、滑动变阻器。
(3) 设计实验与制订计划:取两根光滑的金属杆,组成一个金属轨道,将它放人磁场中。再取一根直导线ab,放在金属轨道上,通电后观察现象。
(4) 实验过程:①将所需器材按如下图所示的电路连接好;


②闭合开关,就有电流通过这根导线,电流的方向是从b向a的,这时会看到导线 ab向右运动;
③保持磁体的N极和S 极位置不变,让通过导线ab的电流方问与原来相反,观察导线ab的运动方向与原来相同还是相反;
④保持导线中的电流与原来相同,把磁体的两个磁极对调,使磁感线的方向与原来相反,观察导线ab的运动方向与原来相同还是相反;
⑤同时改变电流方向和磁场方向,观察导线ab的运动情况。
注释:
实验中保持磁体的N极和S极位置不变,改变ab中的电流方向,是为了探究通电导体的受力方向与电流方向的关系;保持ab中的电流方向不变,把磁体的两个磁极对调,是为了探究通电导体的受力方向与磁场方向的关系。
实验数据记录:

交流论证:直导线ab中有电流时,受到了力的作用,并且力的方向随着电流方向或磁场方向的改变而改变。

探究归纳:通电导线在磁场中要受到力的作用,力的方向跟电流的方向和磁感线的方向都有关系

2. 正确理解磁场对通电导线的作用
(1) 磁体周围有磁场,当一个磁体跟另一个磁体靠近时,它们之间发生力的作用,这种力的作用实际上是通过磁场发生的。通电导线周围也存在着磁场,所以磁场对通电导线的作用力,也是通过磁场发生的。
(2) 磁场对通电导线的作用是“力”而不是“运动”,也就是说,通电导线在磁场中会受到磁场力的作用,但不一定会运动。
(3) 通电导线在磁场中因受力而运动时,把电能转化为机械能。
3. 改变通电导线在磁场中受力大小的方法:(1)利用滑动变阻器改变电路中的电流大小;(2)换用较大的磁体增强磁场。




例1 如下图所示,一矩形线圈用细线吊起来,其中一边位于蹄形磁体中。

(1)闭合开关,线圈向右摆动,断开开关后,再次闭合,线圈再次向右摆动。该现象说明_________________。
(2) 将开关断开,把电源正、负极接线对调,闭合开关,线圈向左摆动, 重做一遍实验仍如此,该现象说明___________________________。
(3)在(2)的基础上,断开开关,将蹄形磁体N极与S极位置互换一下, N极在下,S极在上,闭合开关,线圈向右摆动。该现象说明__________________。

答案(1)通电导体在磁场中要受到力的作用
(2)通电导体在磁场中受到的力的方向和导体中的电流方向有关
(3)通电导体在磁场中受到的力的方向和磁场的方向有关




例2 如下图所示,用两根橡皮筋悬挂的均匀金属棒水平处于磁场中。当棒中通以由A向B的电流时,金属棒静止,橡皮筋刚好处于松弛状态(导线对金属棒的作用力忽略不计),此时金属棒受到的磁场力方向为________。若要使橡皮筋处于拉伸状态,在没有人为对金属棒施力的条件下,请提出一项可行的措施:____________________________。

答案:竖直向上 使电流反向(或使磁场反向,或减小电流,或减弱磁场等)




二 、左手定则
判断电流在磁场中的受力方向时,我们用左手定则,如下图所示。

方法:

伸开左手,使大拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直,让磁感线垂直穿入手心,使四指指向电流方向。这时,拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受磁场力的方向。这种方法称为左手 定则。




例3 如下图所示,在磁场中,闭合电路的一部分导体通以垂直纸面向里的电流,导体运动时的方向如图中箭头所示,请在图中标出磁体的N、S极。(导体横截面中电流方向垂直纸面向里)

答案:如图




三 、动圈式扬声器

1. 动圈式扬声器结构
收音机、电视机和其他音响设备中都装有各种各样的扬声器(喇叭),如下图所示是一种动圈式扬声器的结构图,主要由固定的永磁体、音圈和锥形纸盆构成。


2. 工作原理:(1)当音圈中有电流通过时,就会受到磁场的作用力而运动。
(2) 通过音圈的电流是交变电流,它的方向和大小在不断变化,音圈就会前后往复运动,从而带动纸盆也来回振动,于是扬声器就发出了声音。
(3) 实际上扬声器是把电信号(强弱变化的电流)转换成声信号(机械振动)的一种装置。

3. 能量转化:动圈式扬声器工作时把电能转化为机械能。

4. 磁体在扬声器中的作用
磁体在扬声器中起提供磁场的作用,当音圈中通人的电流方向不同时,通电螺线管产生的磁场就会和永磁体发生吸引或排斥现象。音圈在磁场中就会前后往复运动,从而带动纸盆振动,扬声器就会发声。

5. 耳机
头戴的大耳机和小巧的耳塞机,都是动圈式的,构造和原理与动圈式扬声器相同,只是把大纸盆换成了小的音膜,由音膜振动发声。




例4 收音机、电视机、音响里都有扬声器(如下图所示),扬声器的工作原理是( )

A.电流的化学效应
B.磁场对通电导线有力的作用
C电流周围存在磁场
D.电流的热效应

答案:B




典型例题剖析综合
电子束在磁场中的受力分析
例1 如下图所示,一束电子自右向左从狭缝里射出,穿过磁场时受到磁场力的作用而向纸外偏转。

(1) 如将两个磁极对调,电子束将向______偏转。
(2) 如磁极不变而把电子束换成带正电的粒子束,则此粒子束将向____偏转。
(3) 若换成不带电的粒子束,则粒子束将______偏转。

答案:(1)纸内(2)纸内(3)不发生




例2 小文的爷爷说:“多波段收音机不响了。”小文想了想说:“会不会是收音机中的扬声器坏了呢? ”请帮小文设计一个检査收音机扬声器好坏的方案吧!


答案:(1)卸掉收音机中的背面螺丝,打开收音机后盖。
(2) 卸掉收音机电路板的紧固螺丝,打开电路板。
(3) 将连接干电池的正极和负极的两根导线分别触及扬声器的接线柱(不论正、负极),如下图所示,触及的时间要短,且重复几次,耳朵注意听扬声器是否发出“咔咔”声。由于通电,扬声器的线圈在永磁体的磁场中受到力的作用,会使扬声器的纸盆振动而发出“咔 咔”声,若没有发出“咔咔”声,则扬声器的线圈断线了。




拓展创新

例3 (1) 按下图甲组装实验器材,给直导线通电,直导线向左运动,这说明_____对通电直导线有力的作用;只对调电源正、负极接线,通电直导线会向_______运动,这说明通电导体的受力方向与_________有关。
(2)如图乙是某兴趣小组制作的神奇转框,框的上部中央与电池正极相连,下部紧贴在与电池负极相连的柱形物两侧,金属框就可以绕电池持 续转动。据此,你认为构成柱形物的材料应具有较好的______、______。(填物理属性)

答案:(1)磁场 右 电流方向(2)导电性 磁性





中考典型题剖析(2017 •甘肃兰州中考• 5分)如下图所示的实验装置,在两根水平且平行的金属轨道上放一根轻质导体ab。
(1) 接通电源,这时会看到导体ad向左运动, 这表明__________________。
(2) 若只对调磁体的磁极或只改变导体ab 中的电流方向,观察到导体均向右运动,这表明__________________________。
(3)如果把磁体的两极对调,同时改变通过导体ab中的电流方向,会看到导体ab 的运动方向跟原来________(选填“相同”或“相反”)。

答案:(1)通电导体在磁场中会受到力的作用(2分)
(2)通电导体在磁场中受 力的方向与磁场方向和电流的方向均有关(2分)
(3)相同(1分)




课后作业

1. 相同
解析:通电导线在磁场中受力而运动的方向与电流的方向和磁感线的方向都有关。若导线中的电流方向或磁感线方向两者有一个改变,则导线的受力方向也随之改变;若两者同时改变,则导线的受力方向不变。 2. 会听到“咔咔”的声音,这是因为反复地接通和断开 耳机(或扬声器)引出端与干电池两极时,耳机 (或扬声器)线圈中会产生间断的电流,而磁场对电流有力的作用,使线圈振动,带动音膜(或纸盆) 振动发声。
3.如下图所示

解析:根据左手定则判断。




例 下图中通电导线受到磁场力的情况正确的是( )

答案:C




aa

bb


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