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第一章 安培力与洛伦兹力
1.1 磁场对通电导体的作用力
【学习目标】
通过实验认识安培力的方向，会用左手定则判断安培力的方向。经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。
结合已学知识，推导安培力大小。经历一般情况下安培力表达式的得出过程，体会矢量分析的方法。
观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理。了解安培力在生产生活中的运用，体会物理知识与科学技术的关系。
【开启新探索】
奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转，不仅开启了研究电与磁联系的序幕，还使人们认识了这种神奇的“力”。很快，人们就在实验中发现了通电导线在磁场中会受到力的作用，并将这种力应用在生产生活中。让我们一起去探究这种神奇的作用力吧！
【质疑提升1】磁场对通电导体的作用力-安培力、安培力的方向
在必修三中，我们已学习了磁场对通电导体有作用力，并且结合作用力我们定义了一个物理量-磁感应强度。回顾一下：引入磁感应强度的物理意义？磁感应强度的定义式、各符号的意义？定义式的适用条件？磁感应强度的单位？
为纪念安培研究磁场与电流的相互作用力方面做出的杰出贡献，人们把磁场对通电导体的作用力称为安培力。在本节我们沿着科学家的足迹，研究安培力的方向与大小。观察演示实验，说明：安培力的方向与什么因素有关？有怎样的关系？
安培力的判定方法：左手定则。
伸开 ，使 与其余四个手指 ，并且都与手掌在 内；让磁感线从 垂直 ，并使 指向电流的方向，这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
【学以致用1】
1．根据已知的两个量的方向，标明第三个量的方向。（关注：三维立体画法）
U型磁铁中的通电直导体受力方向 螺线管正上方A受安培力方向 同向电流安培力方向 反向电流安培力方向
2． 通电导线所受安培力F的方向与磁感应强度B的方向和电流方向之间的关系，下列说法正确的是( )
A．F、B、I三者总是互相垂直的 B．F总是与B和I垂直，但B、I之间可以不垂直
C．B总与F和I垂直，但F、I之间可以不垂直 D．I总与F和B垂直，但F、B之间可以不垂直
3. 在赤道上空，水平放置一根通以由西向东电流的直导线，此导线受到地磁场的安培力方向为（　）
A．竖直向上 B．竖直向下 C．由南向北 D．由西向东（身临其境法）
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时，则两环的运动情况是( )（转化法、等效法）
A. 都绕圆柱转动 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. 彼此相向运动，电流小的加速度大
【质疑提升2】安培力的大小，磁电式电流表
通过前面的学习，我们知道，在磁感应强度为B的匀强磁场中，垂直于磁场方向放置的长为l的一段导线，当通过的电流为I时，它所受到的安培力为多少？当电流与磁场方向平行时呢？
当通电导线中的电流方向与磁场方向即不垂直也不平行时，我们应该如何计算安培力呢？
（进一步分析方程：B匀强、有效的垂直分量，以实例说明L应等效长度）
阅读课本，说说磁电式电流表主要的组成部分？电表可以确定电流大小、方法的原理？
【学以致用2】
1. 长0.20 m、通有2.0 A电流的直导线，放在B=0.50 T的匀强磁场中，受到安培力的大小不可能是 (　 　)
A．0 N B．0.10 N 　　C．0.20 N 　　 D．0.40 N
2. 如图所示，一根质量为m、长为L的细铜棒MN用两等长的细线水平地悬吊在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当细线的张力为零时，棒中的电流大小、方向？
mg/IL ，方向M到N
3. 质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与导轨平面成θ角斜向上，如图所示，求MN受到的支持力和摩擦力。
N=mg-BILcosθ 方向：竖直向上
f=BILsinθ 方向：水平向左
（引导学生理解B和I的垂直、立体图转化为平面图、受力分析、正交分解）
4．如图所示，在跟水平面成37°角且连接电源的金属框架上，放一条长30cm，重为0.3N的金属棒ab，磁感应强度B=0.4T，方向垂直于框架平面向上，当通过金属棒的电流为2A时，它刚好处于静止状态，求金属棒所受摩擦力的大小和方向。
f=0.06N 沿面向下。
（立体图转化、受力分析、正交分解，扩：当电阻增大或减小时，摩擦力的变化？）
【核心素养提升】
根据磁感应强度的定义式B＝F / IL，下列说法中正确的是 (　 　)
A．在磁场中某确定位置，B与F成正比，与I、L的乘积成反比
B．磁场中某处B的方向跟电流在该处受磁场力F的方向相同
C．一小段通电直导线在空间某处受磁场力F＝0，那么该处的B一定为零
D．一小段通电直导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力F也一定为零
2． 如图所示，通电直导线在匀强磁场中所受安培力方向正确的是（　　）
A B C D
3．如图所示，在“研究影响通电导体所受磁场力大小的因素”实验中，要使导体棒的悬线向右的摆角增大，以下操作可行的是（　　）
A．改变导体棒中电流的方向
B．减少磁铁的数量
C．颠倒磁铁磁极的上下位置
D．增大导体棒中的电流
4． 如图甲所示是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈匝数为n，面积为S，线圈a、b两边导线长均为l，所在处的磁感应强度大小均为B，当线圈中通电流I时，a、b边所受安培力F方向加图乙所示。则（　　）
A．该辐向磁场是匀强磁场
B．穿过线圈的磁通量为
C．转动过程中安培力F大小总为
D．线圈a边导线电流方向垂直纸面向外
5． 如图所示，倾斜导轨宽为L，与水平面成角，处在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，金属杆ab水平静止在粗糙导轨上。则（　　）
A．安培力方向垂直ab杆沿斜面向上
B．安培力方向垂直ab杆水平向左
C．导体棒受到摩擦力方向一定沿着导轨向上
D．导体棒可能不受摩擦力
6． 倾角为α的导电轨道间接有电源，轨道上静止放有一根金属杆ab。现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图所示，磁感应强度B从0逐渐增加的过程中，ab杆受到的静摩擦力 (　　)
A．逐渐增大
B．逐渐减小
C．先增大后减小
D．先减小后增大
7. 长为2L的导线AC对折成直角，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，当导线中通以电流I时，它受到的安培力大小如何？
BIL(合成法、等效长度）
有人做了一个如图所示的实验： 把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，观察通电后的现象。请你分析一下，通电后有可能发生怎样的现象？
（由于弹簧可以相当于众多的同向环形电流，同向电流相互吸引，所以是上端悬挂、下端自由的弹簧将上下振动。）
9. 如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为 n，线圈的水平边长为 l，处于匀强磁场内，磁感应强度 B 的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流 I 时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中增加质量为 m 的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。
导出用 n、m、l、I 表示磁感应强度 B 的表达式。
当 n＝ 9，l＝10.0 cm，I＝0.10 A，m ＝8.78 g 时，磁感应强度 是多少？
B=
10．有一金属细棒ab，质量m=0.05kg，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间距为L=0.5m，其平面与水平面的夹角为=37°，置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=1.0T，金属棒与轨道的动摩擦因数μ=0.5，（设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等）回路中电源电动势为E=3V，内阻r=0.5Ω。 （g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：
（1）为保证金属细棒不会沿斜面向上滑动，流过金属细棒ab的电流的最大值为多少？
（2）滑动变阻器R的阻值应调节在什么范围内，金属棒能静止在轨道上？
1A 2.5 ≤R≤14.5
C
F
I
B
I
B
I
I
B
B
I
B
F
I
D
I
H
F
E
B
A
B
I
θ
37°
37°
a
b
I
B
θ
θ
a
b
E
r
B
R第一章 安培力与洛伦兹力
1.1 磁场对通电导体的作用力
【学习目标】
通过实验认识安培力的方向，会用左手定则判断安培力的方向。经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。
结合已学知识，推导安培力大小。经历一般情况下安培力表达式的得出过程，体会矢量分析的方法。
观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理。了解安培力在生产生活中的运用，体会物理知识与科学技术的关系。
【开启新探索】
奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转，不仅开启了研究电与磁联系的序幕，还使人们认识了这种神奇的“力”。很快，人们就在实验中发现了通电导线在磁场中会受到力的作用，并将这种力应用在生产生活中。让我们一起去探究这种神奇的作用力吧！
【质疑提升1】磁场对通电导体的作用力-安培力、安培力的方向
在必修三中，我们已学习了磁场对通电导体有作用力，并且结合作用力我们定义了一个物理量-磁感应强度。回顾一下：引入磁感应强度的物理意义？磁感应强度的定义式、各符号的意义？定义式的适用条件？磁感应强度的单位？
为纪念安培研究磁场与电流的相互作用力方面做出的杰出贡献，人们把磁场对通电导体的作用力称为安培力。在本节我们沿着科学家的足迹，研究安培力的方向与大小。观察演示实验，说明：安培力的方向与什么因素有关？有怎样的关系？
安培力的判定方法：左手定则。
伸开 ，使 与其余四个手指 ，并且都与手掌在 内；让磁感线从 垂直 ，并使 指向电流的方向，这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
【学以致用1】
1．根据已知的两个量的方向，标明第三个量的方向。
U型磁铁中的通电直导体受力方向 螺线管正上方A受安培力方向 同向电流安培力方向 反向电流安培力方向
2． 通电导线所受安培力F的方向与磁感应强度B的方向和电流方向之间的关系，下列说法正确的是( )
A．F、B、I三者总是互相垂直的 B．F总是与B和I垂直，但B、I之间可以不垂直
C．B总与F和I垂直，但F、I之间可以不垂直 D．I总与F和B垂直，但F、B之间可以不垂直
3. 在赤道上空，水平放置一根通以由西向东电流的直导线，此导线受到地磁场的安培力方向为（　）
A．竖直向上 B．竖直向下 C．由南向北 D．由西向东
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时，则两环的运动情况是( )
A. 都绕圆柱转动 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. 彼此相向运动，电流小的加速度大
【质疑提升2】安培力的大小，磁电式电流表
通过前面的学习，我们知道，在磁感应强度为B的匀强磁场中，垂直于磁场方向放置的长为l的一段导线，当通过的电流为I时，它所受到的安培力为多少？当电流与磁场方向平行时呢？
当通电导线中的电流方向与磁场方向即不垂直也不平行时，我们应该如何计算安培力呢？
阅读课本，说说磁电式电流表主要的组成部分？电表可以确定电流大小、方法的原理？
【学以致用2】
1. 长0.20 m、通有2.0 A电流的直导线，放在B=0.50 T的匀强磁场中，受到安培力的大小不可能是 (　 　)
A．0 N B．0.10 N 　　C．0.20 N 　　 D．0.40 N
2. 如图所示，一根质量为m、长为L的细铜棒MN用两等长的细线水平地悬吊在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当细线的张力为零时，棒中的电流大小、方向？
3. 质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与导轨平面成θ角斜向上，如图所示，求MN受到的支持力和摩擦力。
4．如图所示，在跟水平面成37°角且连接电源的金属框架上，放一条长30cm，重为0.3N的金属棒ab，磁感应强度B=0.4T，方向垂直于框架平面向上，当通过金属棒的电流为2A时，它刚好处于静止状态，求金属棒所受摩擦力的大小和方向。
【核心素养提升】
根据磁感应强度的定义式B＝F / IL，下列说法中正确的是 (　 　)
A．在磁场中某确定位置，B与F成正比，与I、L的乘积成反比
B．磁场中某处B的方向跟电流在该处受磁场力F的方向相同
C．一小段通电直导线在空间某处受磁场力F＝0，那么该处的B一定为零
D．一小段通电直导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力F也一定为零
2． 如图所示，通电直导线在匀强磁场中所受安培力方向正确的是（　　）
A B C D
3．如图所示，在“研究影响通电导体所受磁场力大小的因素”实验中，要使导体棒的悬线向右的摆角增大，以下操作可行的是（　　）
A．改变导体棒中电流的方向
B．减少磁铁的数量
C．颠倒磁铁磁极的上下位置
D．增大导体棒中的电流
4． 如图甲所示是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈匝数为n，面积为S，线圈a、b两边导线长均为l，所在处的磁感应强度大小均为B，当线圈中通电流I时，a、b边所受安培力F方向加图乙所示。则（　　）
A．该辐向磁场是匀强磁场
B．穿过线圈的磁通量为
C．转动过程中安培力F大小总为
D．线圈a边导线电流方向垂直纸面向外
5． 如图所示，倾斜导轨宽为L，与水平面成角，处在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，金属杆ab水平静止在粗糙导轨上。则（　　）
A．安培力方向垂直ab杆沿斜面向上
B．安培力方向垂直ab杆水平向左
C．导体棒受到摩擦力方向一定沿着导轨向上
D．导体棒可能不受摩擦力
6． 倾角为α的导电轨道间接有电源，轨道上静止放有一根金属杆ab。现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图所示，磁感应强度B从0逐渐增加的过程中，ab杆受到的静摩擦力 (　　)
A．逐渐增大
B．逐渐减小
C．先增大后减小
D．先减小后增大
7. 长为2L的导线AC对折成直角，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，当导线中通以电流I时，它受到的安培力大小如何？
有人做了一个如图所示的实验： 把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，观察通电后的现象。请你分析一下，通电后有可能发生怎样的现象？
9. 如
图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为 n，线圈的水平边长为 l，处于匀强磁场内，磁感应强度 B 的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流 I 时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中增加质量为 m 的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。
导出用 n、m、l、I 表示磁感应强度 B 的表达式。
当 n＝ 9，l＝10.0 cm，I＝0.10 A，m ＝8.78 g 时，磁感应强度 是多少？
10．有一金属细棒ab，质量m=0.05kg，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间距为L=0.5m，其平面与水平面的夹角为=37°，置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=1.0T，金属棒与轨道的动摩擦因数μ=0.5，（设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等）回路中电源电动势为E=3V，内阻r=0.5Ω。 （g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：
（1）为保证金属细棒不会沿斜面向上滑动，流过金属细棒ab的电流的最大值为多少？
（2）滑动变阻器R的阻值应调节在什么范围内，金属棒能静止在轨道上？
C
F
I
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I
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I
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A
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I
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37°
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r
B
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