Цифровая библиотека

Интернет-библиотека по школьным предметам от «Онлайн-школы». Библиотека поможет решить домашнее задание, подготовиться к контрольной и вспомнить прошлые темы.

Например: формулы сокращенного умножения

Выбери класс

Выбери все классы

Все предметы
11 класс
Физика
Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Магнитное взаимодействие проводников с токами. Единица силы тока — ампер

Физика 11 класс Физика 11 класс

Конспект урока: Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера. Магнитное взаимодействие проводников с токами. Единица силы тока — ампер

Магнитное поле

17.01.2025

2821

Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера

План урока

Действие магнитного поля на проводник с током
Модуль силы Ампера
Правило левой руки для силы Ампера
Примеры решения задач

Цели урока

уметь применять правило левой руки для определения направления силы Ампера
знать формулу для нахождения модуля силы Ампера
уметь применять формулу для решения задач

Разминка

Чем отличается обычный проводник от проводника с током?
Что произойдёт, если поместить в магнитное поле проводники с током и без тока?
Действует ли на свободные заряды проводника магнитное поле, если по проводнику не течёт ток?

Действие магнитного поля на проводник с током

Из курса физики 8-го класса известно, что внутри любого проводника имеется огромное количество носителей заряда, которые совершают непрерывное хаотическое (тепловое) движение. Поскольку движение носителей заряда хаотично, то ток в проводнике не течёт до тех пор, пока он не окажется в электрическом поле. Если же проводник внести в магнитное поле, то на каждую заряжённую частицу будет действовать магнитная составляющая силы Лоренца, но суммарное действие магнитного поля на весь проводник будет равно нулю. А вот при упорядоченном движении зарядов в проводнике, при возникновении тока в нём, суммарное действие сил станет отличным от нуля (принцип суперпозиции). Магнитное поле будет действовать на проводник (вспомним опыт Ампера с двумя параллельными прямолинейными проводниками с токами), проводник начнёт перемещаться.

Силу, с которой магнитное поле действует на элемент длины проводника с током, называют силой Ампера.

Модуль силы Ампера

Рассмотрим прямолинейный участок проводника с током в однородном магнитном поле. Пусть длина этого проводника $l$ , сила тока в проводнике равна $I$ , а вектор $\vec{B}$ магнитной индукции составляет с рассматриваемым участком проводника угол $α$ . Эксперименты показывают, что модуль силы Ампера равен

$F_{A} = B \cdot I \cdot l \cdot \sin α$ (1).

При $\sin α = 1$ модуль силы Ампера принимает максимальное значение $F_{A m a x}$ . Используя формулу (1), можно выразить модуль вектора магнитной индукции:

$B = \frac{F_{A m a x}}{I \cdot l}$ (2).

Но использовать эту формулу для определения модуля $\vec{B}$ в реальном эксперименте не возможно, т. к. крайне сложно измерить силу, действующую со стороны магнитного поля на отдельный участок проводника с током.

Правило левой руки для силы Ампера

Сила Ампера всегда перпендикулярна плоскости, в которой располагаются участок проводника и вектор магнитной индукции. Для определения направления действия силы Ампера применяют правило левой руки:

Ладонь левой руки располагают так, чтобы вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока на участке проводника.
Ладонь поворачивают вокруг оси проводника так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь (направление вытянутых четырёх пальцев сохраняется).
Большой палец, отогнутый на $90 °$ , показывает направление действия силы Ампера.

Рис. 1. Правило левой руки для силы Ампера

Пример 1

Квадратная рамка с током $a b c d$ расположена в однородном магнитном поле в плоскости линий магнитной индукции так, как показано на рисунке. Куда направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) сила Ампера, действующая на сторону $c d$ рамки со стороны магнитного поля? Ответ запишите словами.

Решение

Давайте выясним, как это определить.

1. Сначала определим направление тока в рамке. Ток направлен от «плюса» к «минусу», следовательно, ток в рамке течёт против часовой стрелки.

2. На участке $c d$ ток направлен от $c$ к $d$ (вверх).

3. По правилу левой руки: четыре пальца располагаем вдоль стороны $c d$ вверх; поворачиваем ладонь так, чтобы линии вектора магнитной индукции $\vec{B}$ входили в ладонь; отогнутый на $90 °$ большой палец показывает направление действия силы Ампера.

Ответ: к наблюдателю.

Пример 2

Прямолинейный проводник длиной $0, 5 м$ , по которому течёт ток $6 А$ , находится в однородном магнитном поле. Модуль вектора магнитной индукции $0, 2 Т л$ , проводник расположен под углом $30 °$ к вектору $\vec{B} .$ Какова сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля? (Ответ дать в Ньютонах).

Решение

1. Для нахождения силы Ампера нам понадобится формула $F_{A} = B \cdot I \cdot l \cdot \sin α .$

2. Подставим в неё данные из условия задачи:

$F_{A} = 0, 2 Т л \cdot 6 А \cdot 0, 5 м \cdot \sin 30 ° = 0, 3 H$

Ответ: $0, 3 H .$

Упражнение 1

1. Электрическая цепь находится в однородном магнитном поле, вектор магнитной индукции $\vec{B}$ которого направлен от наблюдателя
(см. рисунок). Как направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) сила Ампера, действующая на проводник 3–4? Ответ запишите словами.

2. Прямолинейный проводник длиной $0, 5 м,$ по которому течёт ток $6 А,$ находится в однородном магнитном поле. Проводник расположен под углом $30 °$ к вектору магнитной индукции $\vec{B} .$ Сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна $0, 12 H .$ Чему равен модуль вектора магнитной индукции? (Ответ дать в Тесла).