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1.1 安培力
新粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册 第一章
在必修第三册中我们知道，磁场能够对通电导线产生作用力。为了纪念安培在该方面作出的杰出贡献，人们把磁场对通电导线的作用力称
为安培力(Ampère force)。
新课引入
安培1775 ─ 1836
用如图所示的装置进行实验，合上开关，当导体棒中有电流流过时，你会看到什么现象？
现象：导体棒由静止开始滚动，表明它受到了安培力。
这个力的方向该如何判断？它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关？
安培力是一个矢量，既有大小又有方向。
利用如图所示装置进行实验，探究影响安培力方向的因素。
【思考问题】（1）根据磁感应强
度的定义式 ，猜想安培力
的方向可能与哪些因素有关？
安培力的方向
安培力的方向与哪些因素有关呢？
可能与磁感应强度B的方向和电流I的方向有关。
利用如图所示装置进行实验，探究影响安培力方向的因素。
（2）本实验用什么研究方法？
（3）如何用一个截面图来表示电流的方向？
控制变量法
表示电流方向垂直纸面向里：
表示电流方向垂直纸面向外：
⊙
（4）电流方向与磁场方向垂直时，安培力的方向与电流方向及磁场方向有怎样的关系？它们之间存在怎样的规律？
用如下表格记录实验结果：
I
I
I
I
F
F
F
F
安培力的方向
左手定则：伸开左手，使大拇指与四指垂直，且都与手掌在同一个平面内。让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
万箭穿心
仙人指路
一指乾坤
（1）安培力的方向既与电流的方向垂直，也与磁场方向垂直，即安培力的方向垂直于电流方向与磁场方向所决定的平面，但电流方向不一定与磁场方向垂直；
（2）已知电流方向和磁场方向可以确定安培力的方向；
（3）当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向与磁场方向所决定的平面，仍可以用左手定则判断安培力的方向。
安培力的方向
F
F
在必修第三册中我们知道，两根通电直导线之间（如图所示）存在相互作用力。请根据安培定则和左手定则，分析在什么情况下这两根平行直导线会相互吸引，什么情况下这两根平行直导线会相互排斥。
F
F
F
F
反向电流相互排斥
同向电流相互吸引
【课堂练习】垂直放在磁场中的通电导线如图放置，并已标明电流强度、磁感应强度、安培力三个量中的其中两个物理量的方向，试标出第三个物理量的方向
B
F
I
F
╳
B
B
B
F
I
F
【课堂练习】请在图中画出通电导体棒ab所受的安培力的方向。
磁场垂直水平面
磁场与水平面成 角
磁场垂直斜面
通电导线所受安培力的大小：
情境1：当通电导线与磁场方向平行时，如图（a）。
情境2：当通电直导线与磁场方向垂直时，如图（b）。
通电导线所受安培力的大小：
安培力的大小
（a）
（b）
情境3：当通电导线中的电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时，如图（c），我们应该如何计算安培力呢？
一般情况下安培力的表达式：
（c）
对表达式 的理解：
（1）长度为 的导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式 仅适用于电流元；
（2）公式中 为通电导线的有效长度。
（3）当通电导线受到几个安培力时，导线所受的安培力为这几个安培力的矢量和。
【例题】在如图所示实验中，两根固定的金属导轨间距离为L，处于蹄形磁铁两极中间的磁场可近似看成是匀强磁场，磁感应强度为B且垂直导轨平面，金属棒长度为l (L（1）求此时金属棒受到的安培力。
（2）为了使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，同学们提出以下不同的建议：
同学甲：适当增加两导轨间的距离。
同学乙：换一根横截面积相同但更长
的金属棒。
同学丙：适当增大金属棒中的电流。
谁的建议可行？为什么？
【例题】
根据同学丙的建议，适当增大金属棒中的电流I,则安培力F增大，速度v增大，该建议可行。
解：（1)由于金属棒与磁场方向垂直，故此时金属棒受到安培力的大小为F=BIL根据左手定则，如图1-1-6所示，可以判断出此时金属棒受到的安培力方向为水平向右。
根据同学乙的建议，换一根横截面积相同但更长的金属棒，虽然金属棒长度l增长，但金属棒在磁场中通有电流的有效长度即导轨间的距离L不变，安培力F不变，而金属棒质量m增大，速度v将变小，因此该建议不可行。
（2)由于金属棒受到的摩擦力忽略不计，设从开始滚动到离开导轨水平运动的距离为s,根据动能定理，有????????=12????????2.根据同学甲的建议，适当增加两导轨间的距离（即增大L),则安培力F增大，因此最终离开导轨的速度v增大，该建议可行。
?
安培力
方向
垂直于 B、I 决定的平面
判断：左手定则
大小
B 与 I 垂直： F = BIL
B 与 I 平行：F = 0
电流间的相互作用
先用安培定则判断磁场方向
再用左手定则判断安培力的方向
小 结
B 与 I 夹角为θ： F = BILsinθ
同向电流相互吸引，反向电流相互排斥
练习
1.如图所示，通电直导线与匀强磁场互相垂直． 图中已分别标明电流、磁感应强度和安培力这三个量中两个量的方向，试标出第三个量的方向．
F
F
I
I
B
２． 在某次讨论活动中，几名同学针对下面的物理情境提出了不同观点． 他们的观点正确吗？请说明原因．物理情境：一段通电直导线被放置于磁感应强度为Ｂ 的匀强磁场中，导线长度Ｌ＝０.２ ｍ，导线中通过Ｉ＝２.５ Ａ的电流．
（１）同学甲：如果磁场磁感应强度Ｂ＝２Ｔ，则导线所受安培力Ｆ的大小一定等于１ Ｎ．
（２）同学乙：这段导线所受安培力有可能为零，而导线所在的磁场磁感应强度并不为零．
（３）同学丙：因为是匀强磁场，所以在磁场中旋转这段导线时，导线所受安培力Ｆ只是方向改变，但大小不变
解：同学乙的观点正确，因为通电导线在磁场中受到的力称为安培力其大小F=BILsinθ ，其中θ表示磁场方向与电流方向的夹角。当通电导线与磁场平行时，F=0，此时磁场强度不一定为零，因此同学乙的说法正确。
练习
３． 在地球赤道附近，地磁场可视为沿南北方向的匀强磁场，磁感应强度Ｂ ＝５.０×１０-5 Ｔ． 假设在赤道上沿东西方向水平放置一根长Ｌ＝１０ｍ的直导线，并通有从西向东的电流Ｉ＝２.０ Ａ． 求地磁场对这根直导线的安培力Ｆ的大小和方向．
解：由题意可知，该处的磁场方向与电流方向垂直，通电导线所受安培力的大小F=BIL=5. 0x10-5x2x10N=1. 0x10-3N，根据左手定则可知，安培力的方向竖直向上。
练习

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