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通电导体棒在磁场中运动,这是通电导体棒受到磁场力F磁=BIL作用先作加速运动,速度增大同时
通电导体棒在磁场中切割磁力线而产生感应电动势E反=BLV,电动势方向与原电流方向相反,(称反电动势)所以电路电流减小,F磁=BIL也减小,加速度也减小,但速度仍然增大,感应电动势E反=BLV也增大,致使回路电流进一步减小,当感应电动势E反=原电路电压U时,回路电流为0,此时导体棒在磁场中运动速度达到最大。
(1)在相同的情况下,由于铝的密度小,所以铝棒比相同体积的铁棒和铜棒的质量都小,所以运动状态容易改变;同时,铁棒是磁性物质,会被磁铁吸引,影响实验效果.
(2)由于通电导线在磁场中所受力的方向与电流的方向和磁场的方向有关;所以要改变通电直导线在磁场中的受力方向,可以改变电流的方向,也可以改变磁场的方向,即将电源正负极对调或将磁体的NS极对调都可以;
一、安培力的方向
1、安培力:为纪念安培在研究磁场与电流的相互作用方面的杰出贡献,人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力.
2.探究与安培力的方向有关的因素
(1)实验装置及实验现象
(2)结论:安培力的方向与磁场方向、电流方向有关系.安培力的方向既跟磁场方向垂直,又跟电流方向垂直,也就是说,安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.
3.安培力方向的判断一左手定则
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.
4.对左手定则的理解
(1)左手定则涉及三个物理量的方向,可以从三维空间的侧视图、俯视图和剖面图等不同角度理解.
(2)一般情形的安培力方向判断:电流方向和磁场方向可以不垂直,但安培力方向必然和电流方向垂直,也和磁场方向垂直.
(3)已知电流I的方向和磁场方向可以确定安培力F的方向,但如果只知道安培力F的方向和磁场方向(或电流方向),无法判断电流方向(或磁场方向).
1.安培力大小的公式表述
(1)如图甲所示,当B与I垂直时,F=BIL.
(2)如图乙所示,当B与I成θ角时,F=BILsinθ.
(3)当B与I平行时,F=0.
2.F=BILsinθ的推导
当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时(如图乙),它可以分解为与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分量B∥(如图丙).
B⊥=Bsinθ,B∥=Bcosθ,其中B∥不产生安培力,导线所受的安培力只是B⊥产生的,得F=ILB⊥=ILBsinθ.
3.对安培力公式的理解
(1)安培力公式适用条件
①导线L所处的磁场应为匀强磁场
②在非匀强磁场中,仅适用于电流元
(2)安培力公式F=BIL中的L为有效长度
①导线垂直于磁场放置,若导线是弯曲的,此时公式F=BIL中的L并不是导线的总长度,而应是弯曲导线的有效长度.如图所示,有效长度等于连接两端点线段的长度,相应的电流方向沿L由始端指向末端.
②对任意形状的闭合平面线圈,当线圈平面与磁场方向垂直时,线圈的有效长度L=0,故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零,如图所示.
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