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(共34张PPT)
1.1 磁场对通电导线的作用力
【学习目标】
【课标呈现】能判断安培力的方向，会计算安培力的大小。
【学习目标】
1．通过实验认识安培力，会用左手定则判断安培力的方向。
2．会计算匀强磁场中安培力的大小。
3．知道磁电式电流表的基本构造及原理。
我们已经知道了磁场对通电导线有力的作用，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力，把电流的单位定为安培。
安培是法国物理学家、数学家。在电磁学领域，安培不仅论述了包括电流方向和磁针偏转方向关系的右手定则，通电平行直导线间相互作用的规律，通电螺线管的磁性等等，还提出了著名的安培定律，以及分子电流假说。
由于他在电磁学方面做出了重大贡献，他被麦克斯韦称作“电学中的牛顿”。
问题一：通电后，发生什么
问题二：交换磁极位置，改变磁场方向，导线受力的方向是否改变
问题三：改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？
问题四：分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系。
思考：
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。
左手定则
1、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。
磁感线
四 指
大拇指
穿过手心
电流方向
安培力方向
F
F=0
F
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
B
I
×
B
I
B
I
判定以下通电导线所受安培力的方向
一、安培力的方向
2、说明：安培力（F安）既垂直于B，也垂直于I
F安垂直于B与I决定的平面
画出图中安培力的方向
F
F
F
F
练习、画出图中通电直导线A受到的安培力的方向.
N
S
F
（1）桌面对磁铁的支持力_____
（2）桌面对磁铁的摩擦力____(有,无).
（3）绳子拉力_______ (变大,变小,不变)
变大
变小
无
F
N
S
F
桌面对磁铁的摩擦力
_______(有,无)
方向_______.
有
水平向右
B
通电导线在条形磁铁的正上方
通电导线在条形磁铁的左上方
思考：电流与电流间有无相互作用？规律如何？
同向电流：
反向电流：
结论：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥
F
F
F
F
二、安培力的大小
1、当电流与磁场方向垂直时（I⊥B ）
2、当电流与磁场方向平行时（I // B ）
F = ILB
F = 0
3、当电流与磁场方向成特定角度时呢？
F = ILBsinθ
B
I
θ
B
L
I
B
I
一般方法：分解磁场B或投影通电导线
4、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，还与放置方向有关。
（3）L指的是“有效长度”，等于连接两端点线段的长度。相应的电流沿L由始端流向末端。
练习、 [2021·山西大同期中] 如图所示四种情况中,匀强磁场磁感应强度大小相等,载流导体长度相同,通过的电流大小也相同,导体受到的磁场力最大且方向沿着纸面的情况是( 　)
A.甲、乙
B.甲、丙
C.乙、丁
D.乙、丙
C
练习、如图所示,一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,其中LAB=LBC=LCD=LDE=L，且∠C=1200,
∠B=∠D =1500。现给这根导线通入由A至E的恒定电流I,则导线受到磁场作用的合力大小为(　　)
C
练习、 [2021· 大连八中期中] 如图所示直径为d的圆环中通有顺时针方向的电流I,以通过圆心的虚线为界线,左侧有垂直圆环平面向外的匀强磁场,右侧有垂直圆环平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小都为B,则对圆环受到的安培力描述正确的是( 　)
A.受到的安培力的合力为0
B.受到的安培力的合力大小为BdI,方向垂直虚线向右
C.受到的安培力的合力大小为2BdI,方向垂直虚线向左
D.受到的安培力的合力大小为2BdI,方向垂直虚线向右
D
三、安培力的应用
（一）磁电式电表
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）
N
S
S
N
蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的（不是匀强磁场），不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动。
线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。
2、 电流表的工作原理
仔细观察磁电式电流表结构，思考电流表的指针为什么最终能稳定的指向某一刻度，且偏转角度大小能反映电流大小？
磁电式电流表的结构
线圈通电时，安培力使线圈转动时
变形
产生弹力阻碍转动
安培力与弹力平衡，指针停止转动
电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大
观察表盘发现，电流表表盘刻度是均匀的，这说明了指针偏转角度与电流成正比，如何才能实现这一要求？
电流表表盘的刻度是均匀的，即指针偏转角度与电流大小成正比，你知道这是如何实现的吗？
极靴和铁质圆柱使磁场沿半径方向，旋转的线圈在磁场中受到的安培力有什么特点？
线圈转动的轨迹圆上B大小处处相等，当线圈转动时B与I始终互相垂直。
F=ILB
θ ∝ I，表盘的刻度均匀
3、磁电式电流表的特点：
（1）安培力跟电流成正比，表盘的刻度是均匀的。
（3）灵敏度高，能测出很小的电流，但过载能力差。
（2）当线圈中电流方向改变时，安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也随着改变。
（需要大量程的，可以改装）
磁铁（通电线圈）与通电线圈的相互作用
A B
N
（二）通电导体在安培力作用下的运动
相互吸引（相互靠近）
圆环原理磁铁
练习、 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
D
c
d
a
b
练习、如图示，有一通电直导线放在蹄形磁铁的正上方，导线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流时，有关直导线运动情况的说法正确的是（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
N
S
C
练习、把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近, 磁铁和线圈都在纸面内, 磁铁的轴线穿过线圈中心, 如图所示. 当线圈通过如图所示方向的电流时, 线圈将（ ）
A. 发生转动, 同时靠近磁铁
B. 发生转动, 同时离开磁铁
C. 不发生转动, 只靠近磁铁
D. 不发生转动, 只离开磁铁
N
I
A
练习、如图所示，O为圆心，KN、LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，此时回路(　　)
A.将向左平动
B.将向右平动
C.将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动
D.KL边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动
D
归纳： 判别物体在安培力作用下的运动常用方法（非常学案p7）
（1）电流元受力分析法：即把整段电流等效为很多段直线电流元，先用左手定则判出每小段电流元受安培力方向，从而判出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向。
（2）特殊位置分析法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置(如转过90 )后再判所受安培力方向，从而确定运动方向。
（3）等效分析法：环形电流可以等效成条形磁铁、条形磁铁也可等效成环形电流、通电螺线管可等效成很多的环形电流来分析。
（4）推论分析法：(1)两电流相互平行时无转动趋势，方向相同相互吸引，方向相反相互排斥；(2)两电流不平行时有转动到相互平行且方向相同的趋势。
（5）转换研究对象法：利用牛顿第三定律把不便于分析的力转为易分析的反作用力来分析
练习、如图所示，质量为m、长为L的导体棒MN电阻为R，初始时静止于光滑平行的水平轨道上，轨道间距也为L，电源电动势为E，内阻不计。匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成θ角斜向上，开关闭合后导体棒开始运动，则(　　)
A．导体棒向左运动
B．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEL／R
C．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEL sin θ／R
D．开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为BEL／mR
B
分析：安培力作用下导体棒的平衡问题和加速问题，题目所给出的图形一般为“立体图”，如果把物体的受力直接画在导体棒上，不利于问题求解，一般把抽象的立体图转换为直观的“平面图”，即画出“侧视图”。（沿着导线由N看向M）
mg
FN
F安
（三）安培力作用下导体平衡问题
1．求解安培力作用下导体平衡问题的基本思路（非常学案p8）
(1)选定研究对象——通电导线或通电导体棒。(2)变三维为二维，作出如侧视图（顺着通电导线），并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要用左手定则来判断，注意
F安⊥B、F安⊥I。
2．求解关键(1)电磁问题力学化。(2)立体图形平面化。
3．安培力作用下导体的分析技巧
安培力作用下导体的平衡、加速问题与力学中的平衡、加速问题分析方法相同，只不过多了安培力，解题的关键是画出受力分析示意图。然后根据物体平衡条件、牛顿第二定律求解
练习、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)
θ
N
B
G
FN
F安
练习、如图所示，两根光滑的铜轨道相距L=10cm，与水平面夹有θ=45°，轨道上放置质量m=0.4kg，长15cm的铜棒CD，铜棒上通以10A的电流，电流方向由C至D。为了使铜棒静止在轨道上，在铜棒所处空间加一匀强磁场。若要所加磁场的磁感应强度最小，磁感应线方向如何？磁感应强度B多大？
练习、 (2021山西重点中学联考)质量为m=0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ=370的平行放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2 m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示。现调节滑动变阻器的滑片,为使杆ab静止不动,则通过杆ab的电流范围为多少 （g=10 m/s2,sin370=0.6,cos 370=0.8）
分析：安培力作用下导体棒的平衡问题和加速问题，题目所给出的图形一般为“立体图”，如果把物体的受力直接画在导体棒上，不利于问题的求解，一般把抽象的立体图转换为直观的“平面图”，即画出“侧视图”。（沿着导线由b看向a）
解析:图甲、乙是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图，根据甲图:F1-mgsinθ-Ff1=0，FN-mgcosθ=0，Ff1=μFN,
F1=BImaxd
解上述方程得Imax=0.46 A
根据乙图:
F2+Ff2-mgsinθ=0，
FN-mgcosθ=0，
Ff2=μFN
F2=BImind
解上述方程得Imin=0.14 A
因此通过杆ab的电流范围是0.14~0.46 A。

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