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(共40张PPT)
第一章 安培力与洛伦兹力
1.1 磁场对通电导线的作用力
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课导入
3 新课讲解
4 当堂小练
1.认识安培力.
2.会判断安培力的方向. （重点）
3.会计算安培力的大小. （重点）
4.知道磁电式电流表的工作原理.
学习目标
新课导入
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问题：为什么“心”会转动？其中会有怎么样的规律呢？
安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力（Ampère force），把电流的单位定为安培。
新课讲解
1、上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察导体棒受力方向是否改变。
组装好器材，进行实验，观察导体棒受力方向。
2、改变导体棒中电流的方向，观察受力方向是否改变。
实验探究：
众多实验表明：通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。
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试画出下述两实验结果的正视图：
B
B
I
F
I
F
当堂小练
一、安培力的方向---左手定则
I
安培力的方向既与磁场垂直、又与导线方向垂直
即“垂直于磁场方向与导线方向所在的平面”
x(B)
y(F)
o
B
F
z (I )
新课讲解
F
F
F
I
B
I
B
I
B
I
B
F
画出安培力的方向
当堂小练
F
B
I
B
I
F
α
α
B
B
I
F
α
30°
F
F
I
I
B
B
画出安培力的方向
I
B
F
问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用
请使用刚学过的知识解释本实验结果。
同向电流相互吸引。
反向电流相互排斥。
结论:
F
F
F
同向电流
F
反向电流
新课讲解
1、在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。
问题:如果既不平行也不垂直呢？
（1）垂直时：
（2）平行时：
B
θ
I
二、安培力的大小
I
B
把磁感应强度B分解为两个分量：
一个分量与导线垂直 B┴=Bsinθ
另一分量与导线平行 B//=Bcosθ
平行于导线的分量B//不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B┴决定
即F=ILB┴
F=ILBsinθ
θ
B//
B┴
将B┴=Bsinθ代入得
（3）通电直导线与磁场方向不垂直的情况:
2、对公式 F=BIL的理解
（1）仅适用于匀强磁场
F一定与B垂直，F一定与I垂直。但B与I不一定垂直。
（2）F不仅与B、I、L有关，还与放置方式有关。
（3）L指的是“有效长度”，等于连接两端点直线的长度。相应的电流沿L由始端流向末端。
L
F=BIL
L
L
L
1、试指出下述各图中的安培力的大小。
当堂小练
2、将一段长度为20cm的直导线放在匀强磁场中，通电电流为1A，受到安培力大小为2N，则该磁场磁感应强度（ ）
A、B＝10T B、B≥10T
C、B≤10T D、不能确定
B
安培力作用下导体运动方向的判断方法
1.电流元法
即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向.
2.特殊位置法
把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向.
3.等效法
环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁.条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管.通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析.
新课讲解
4.利用结论法
(1)两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)两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势.
5.转换研究对象法
因为电流之间、电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律，定性分析磁体在电流产生的磁场中的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流的作用力.
1、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（　）
A.顺时针方向转动，同时靠近ab
B.逆时针方向转动，同时离开ab
C.顺时针方向转动，同时离开ab
D.逆时针方向转动，同时靠近ab
a
b
c
d
D
当堂小练
2、如图所示，把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)（ ）
A.顺时针方向转动，同时下降
B.顺时针方向转动，同时上升
C.逆时针方向转动，同时下降
D.逆时针方向转动，同时上升
解析：如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分.
中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力；
左端一段所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则其受力方向向外；
右端一段所在处的磁场方向斜向下，受力方向向里.当转过一定角度时，中间一段电流不再与磁场方向平行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动，一边向下运动，C选项正确.
3、如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( )
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外，S极向纸内转动
D．N极向纸内，S极向纸外转动
C
4、两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入两铝环，则两环的运动情况是（ ）
A.都绕圆柱体转动
B.彼此相向运动，且具有大小相等的加速度
C.彼此相向运动，电流大的加速度大
D.彼此背向运动，电流大的加速度大
解析　同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但根据牛顿第三定律知两铝环间的相互作用力必大小相等，选项B正确.
B
5、一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受到安培力的作用后的运动情况为（ ）
A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管
B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管
C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管
D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管
D
解析：先由安培定则判断通电螺线管的南、北两极，找出导线左、右两端磁感应强度的方向，并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向，如图甲所示.
可以判断导线受到磁场力作用后从上向下看按逆时针方向转动，再分析导线转过90°时导线位置的磁场方向，再次用左手定则判断导线所受磁场力的方向，如图乙所示，可知导线还要靠近螺线管，所以D正确，A、B、C错误.
安培力作用下导体的平衡
1.解题步骤
(1)明确研究对象；
(2)先把立体图改画成平面图，并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上；
(3)正确受力分析(包括安培力)，然后根据平衡条件：F合＝0列方程求解.
2.分析求解安培力时需要注意的问题
(1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向，再根据左手定则判断安培力方向；
(2)安培力大小与导体放置的角度有关，但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况，其中L为导体垂直于磁场方向的长度，为有效长度.
新课讲解
1、如图所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定一宽L＝0.25 m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R.电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，一质量m＝20 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好.整个装置处于磁感应强度B＝0.80 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计).金属导轨是光滑的，取g＝10 m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：
(1)金属棒所受到的安培力的大小；
答案　0.1 N
课堂小练
解析：金属棒静止在金属导轨上受力平衡，如图所示
F安＝mgsin 30°，
代入数据得F安＝0.1 N.
(2)通过金属棒的电流的大小；
答案　0.5 A
(3)滑动变阻器R接入电路中的阻值.
答案　23 Ω
解析　设滑动变阻器接入电路的阻值为R0，根据闭合电路欧姆定律得：E＝I(R0＋r)，
2、如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质绝缘细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，金属棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是（ ）
A.金属棒中的电流变大，θ角变大
B.两悬线等长变短，θ角变小
C.金属棒质量变大，θ角变大
D.磁感应强度变大，θ角变小
A
解析：选金属棒MN为研究对象，其受力情况如图所示.
所以当金属棒中的电流I、磁感应强度B变大时，θ角变大，选项A正确，选项D错误；
当金属棒质量m变大时，θ角变小，选项C错误；
θ角的大小与悬线长短无关，选项B错误.
3、如图所示，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，导线与磁场垂直，现给导线中通以垂直于纸面向外的电流，则下列说法正确的是（ ）
A.磁铁对桌面的压力减小
B.磁铁对桌面的压力增大
C.磁铁对桌面的压力不变
D.以上说法都不对
A
4、如图所示，用两根绝缘细线将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内.当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态.为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为（ ）
D
解析：要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值.
由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力与拉力方向垂直时有最小值Fmin＝mgsin θ，即IlBmin＝mgsin θ，
1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
.
三、磁电式电流表
新课讲解
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2、电流表的特点
（1）灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；
（2）电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；
（3）电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。
1、如图所示是磁电式仪表中的辐向磁场。假设长方形线圈的匝数为n，垂直于纸面的边长为L1，平行于纸面的边长为L2，线圈垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为B。当通入电流I，线圈以角速度ω绕垂直纸面的中心轴OO′转动到水平位置时，下列判断正确的是(　　)
A．穿过线圈的磁通量为BL1L2
B．线圈左侧边所受的安培力方向竖直向上
C．线圈左侧边所受的安培力大小为nBIL1
C
D．线圈左侧边转动的线速度
课堂小练
2、(多选)以下说法正确的是( 　　)
A.指针稳定后,线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的
B.通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转角度也越大
C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内,线圈所受安培力与电流有关,而与所处位置无关
ABD

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