通电导体在磁场中受力 [通电导体在磁场中]

时间：2019-02-02 03:27:22　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　在《电磁转换》一章中，“磁场对电流的作用、电动机”这一节是一个重点，也是难点.要学好这部分内容，可以先从弄清“两个实验、三个方向、一台机器”出发，然后再作适当的应用来实现学习要求.
　　
　　一、两个实验
　　（1）通电导体在磁场中受力运动的实验
　　在学习奥斯特实验的基础上进行逆向思维后，再观看通电导体在磁场中受力运动的实验，对于通电导体在磁场中受力运动的印象会很深刻.在继续探究中，会自然而然地发现，这个力的方向跟磁场方向和电流方向有关系.可是，有一种特殊情况，即当通电导体中电流方向与磁感线方向平行时，通电导体不受磁场对它的作用力.从而让我们的认识更全面.
　　例1如图1所示，通电导线放置在磁场中，不受到磁力作用的是（　）.
　　
　　分析磁场对通电导体作用力的方向与电流方向和磁感线方向有关，当通电导体中电流方向与磁感线方向平行时，通电导体不受磁场对它的作用力.四个选项只有选项B中通电导体的电流方向与磁感线方向平行，所以此时通电导体不受力的作用.应选B.
　　
　　（2）通电线圈在磁场中受力转动的实验
　　通过该实验，使我们从对通电导体在磁场中受力后平动的认识上升到通电线圈在磁场中受力后会发生转动的认识，可是又发现了新问题：线圈无法持续转动.在分析这一现象的过程中，要积极主动思考.把刚学过的新知识同已有知识（二力平衡、惯性）结合起来分析，就可以轻松理解课本中第46页图16-28所反映的两个关键问题：①当线圈平面与磁感线没有垂直时，上下对边受力方向相反且不在一条直线上，所以会转动；②当线圈平面与磁感线垂直时，上下对边受力大小相等，方向相反，在一条直线上，即受平衡力作用，所以能保持平衡，而不再转动.故线圈平面与磁感线垂直时，也就是上下对边受力平衡时的位置叫平衡位置.如果此时能及时改变线圈中的电流方向，则通电线圈就能继续转动下去了.为了加深理解，可以通过适当的习题分析来实现.
　　例2矩形通电线圈在磁场中的位置如图2所示，该线圈这时是否受到磁场力的作用？是否会发生转动？
　　分析通电线圈位于图2所示位置时，它的每条边都与磁感线垂直，所以每条边都受到磁场力的作用.但由于该位置是线框平面与磁感线相垂直的位置，即平衡位置，这时线框对应边所受磁场力大小相等，方向相反，在同一直线上，相互平衡，因此线圈不会发生转动.
　　
　　例3一个能够自由转动的矩形线圈，悬挂在磁场中，通电后线圈不动，这可能是（　）.
　　A. 线圈中的电流方向接反了B. 线圈中通的是交流电
　　C. 线圈此时正好处在“平衡位置”D. 以上讲法都不对
　　分析线圈中只要通入电流，相对的两边的电流方向肯定相反（如图3甲所示），因而受力方向也肯定相反，一般情况下，这一对力会使线圈发生转动（如图3乙所示），但如果这一对大小相等、方向相反的力在一个平面内（一条直线上），即正处于平衡位置，这时线圈就不会发生转动（如图3丙所示），与电流方向接反和通入的是否交流电均无关系，因而C正确.
　　
　　二、三个方向
　　
　　所谓“三个方向”，即导体在磁场中的受力方向、电流方向、磁感线方向.这三者之间存在如下关系：①通电导体在磁场中的受力方向跟电流方向和磁感线方向都有关.②当单独改变电流方向或者磁感线方向时，受力的方向会相应改变，但是，同时改变电流方向和磁感线方向就不能改变受力的方向.
　　例4如图4所示，导体AB处在两磁极N、S之间，当导体中通以如图方向电流时导体就会在磁场中运动.要使导体在磁场中运动方向相反，可采取的措施有（　）.（多选）
　　A. 只将两磁极的位置互换
　　B. 只将电流方向改变为由B向A
　　C. 把导体转过90°，使A端在上，B端在下
　　D. 将两磁极位置互换的同时，将电源的正负极互换
　　分析通电导体在磁场中的受力方向跟磁场方向和电流方向有关，当电流方向不变，只改变磁场方向时，导体受力方向改变，所以A正确；当磁场方向不变，改变电流方向时，导体受力方向也改变，所以B正确；把导体转过90°，使A端在上，B端在下，与磁场平行，导体不受磁场力作用，故C错误；将两磁极位置互换的同时，将电源的正负极互换，则导体受力方向不发生改变，故D错误.
　　
　　例5如图5甲所示，导体AB放入磁场中受力方向已标出，请在图5乙、丙上标出受力方向.
　　分析图5中乙图与甲图比较，磁感线方向相同，但电流方向相反，所以受力方向相反；丙图与甲图比较，电流方向相反，但磁感线方向相反，所以受力方向不会变.同学们自己标出乙、丙图中AB的受力方向.
　　
　　三、一台机器――直流电动机
　　
　　原理：通电线圈在磁场中受力转动. 主要结构：磁体、线圈、换向器、电刷.
　　在学习直流电动机的有关知识时，最关键也是最难的就是理解换向器的作用.事实上要理解直流电动机的工作原理，就要去理解换向器的作用.对此要明确：①换向器换的是电流方向.原因是通过改变磁感线方向来改变受力方向就要及时交换磁极，不容易做到，而改变电流方向来改变受力方向相对较容易.②换向器是在线圈由于具有惯性刚转过平衡位置时就立刻改变线圈中的电流方向，从而及时改变线圈受力方向的.③ 安装换向器的目的就是使线圈持续转动.下面的例题就是重点检查同学们对换向器作用的理解情况.
　　例6有关直流电动机换向器的作用，以下说法正确的是（　）.
　　A. 当线圈平面与磁感线平行时，自动改变电流方向
　　B. 当线圈平面与磁感线垂直时，自动改变电流方向
　　C. 当线圈平面与磁感线平行时，自动改变磁感线的方向
　　D. 当线圈平面与磁感线平行时，自动改变线圈转动方向
　　分析换向器，顾名思义它的作用是换向，是换电流的方向，在直流电动机里的作用是：线圈由于惯性刚越过平衡位置时（即线圈平面与磁感线垂直的位置），立即改变线圈中的电流方向，由此可见正确的选项为B.
　　责任编辑/王小兵

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