资源简介

1.1 磁场对通电导线的作用力
1. 实验探究安培力的方向与电流方向、磁感应强度方向间的关系
2. 掌握安培力的公式F=BLI????????????????
?
3. 了解电磁式电流表的构造及其工作原理
2.定义式：
3.物理意义：表征磁场强弱和方向的物理量。
1.定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受磁场力（安培力）F跟电流I和位于磁场中导线的长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。用大写字母B表示。（说明：如果导线很短很短，B就是导线所在处的磁感应强度）
4.单位：国际单位是特斯拉，简称特，国际符号是T
1T=1N/(A?m)
5.方向：是矢量，磁场中某点磁感应强度的方向即该点磁场的方向即小磁针静止时N极所指的方向）
一、磁感应强度B的大小
在必修课中，我们已经知道了磁场对通电导线有作用力，并从这个现象入手定义了物理量——磁感应强度B。
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。
知识回顾
在前面的学习中，我们知道通电导线在磁场中所受安培力 F 的方向，与电流 I、磁感应强度 B 的方向都有关。我们利用如图所示的装置探究。
一、安培力的方向
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
动画模拟
现象记录
F
实验探究
实验探究
动画模拟
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
现象记录
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
实验探究
动画模拟
现象记录
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
向下
垂直于纸面向里
水平
向左
F
I
B
F
Ⅰ
S
B
F
N
①改变磁场方向
②改变电流方向
I
B
F
I
B
F
I
B
F
你能用简洁的方法表达F、B、I方向的关系？
I
B
F
安培力的方向与导线、磁感应强度方向都垂直。也就是说，安培力的方向总是垂直于导线和磁感应强度方向所在的平面。
如何判断安培力的方向呢?
I
B
F
Ⅰ
S
B
F
利用左手定则判断安培力方向
①伸出左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面
②使磁感线垂直穿过手掌，四指指向电流方向
③大拇指所指的方向就是直线电流所受安培力的方向
N
F
I
B
F
I
B
α
α
B
B
I
F
α
B
I
【试一试】判定以下通电导线所受安培力的方向
30°
F
F
I
I
I
B
B
B
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
通电直导线中的电流
环形电流或通电螺线管
判断电流在磁场中的受力方向
电流在磁场中
左手定则
作用
具体情况
具体操作
结果
内
容
四个手指弯曲的方向指向电流的环绕方向
大拇指指向轴线上的磁感线方向
四个手指弯曲的方向表示磁场的方向
大拇指指向电流的方向
磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向
大拇指指向电流所受到的安培力的方向
判断电流周围的磁场方向
安培定则
左手定则和安培定则
①在适用对象上：
左手定则和安培定则
②在电流与磁场的关系上：
安培定则中的“磁场”与“电流”密不可分，同时存在、同时消失，“磁场”就是电流的磁效应产生的磁场；
左手定则中的“磁场”与“电流”可以单独存在，“磁场”是外加的磁场，不是通电导线产生的磁场。?
左手定则和安培定则
③在因果关系上：
安培定则中的“电流”是“因”，磁场为“果”，正是有了电流(直流电流、环形电流、螺线管电流)才出现了由该电流产生的磁场；
左手定则中的“磁场”和“电流”都是“因”，磁场对通电导线的作用力是“果”，有因才有果，而此时的两个“因”对产生磁场的作用力来说缺一不可。?
左手定则和安培定则
④判断电流方向选取定则的原则：
当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用安培定则判断电流的方向；
当已知导体所受安培力的方向时，用左手定则判断电流的方向。
F
F
F
F
问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间为什么会出现“同性恋”现象呢？
同向电流相互吸引
反向电流相互排斥
结论:
换个角度理解
2．环形电流与环形电流间的作用
（1）平行同向环形电流间作用是
（2）平行反向环形电流间作用是
相互吸引
思路一、微元法
2．环形电流与环形电流间的作用
（1）平行同向环形电流间作用是
（2）平行反向环形电流间作用是
相互吸引
相互排斥
思路二、等效思想
把环上处于同一平面上（与电流元垂直的平面）的两个电流元等效成两通反向电流的直导线。
2．环形电流与环形电流间的作用
（3）相互交叉环形电流间作用是
转动成为 向电流同时相互 。
同 吸引
环形电流
液体也能导电，通过磁场能使通电液体旋转也可以验证左手定则
F=ILB
垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，所受的安培力F为：
②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时：
F＝0
①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时：
F=ILB
思考：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？
二、安培力的大小
（注意此时B是匀强磁场）
I
B
B//
B⊥
θ
F=ILB⊥=ILBsinθ
其中平行方向的B//不产生安培力，导线所受的安培力只是垂直方向的B⊥产生，由此又得：
θ=0°时
平行：F＝0
θ=90°时
垂直：F＝BIL
把磁感应强度B分解为两个分量：
①一个分量与导线垂直 B⊥=Bsinθ
②另一分量与导线平行 B//=Bcosθ
I
B
F
F依然垂直于BI组成的平面！
试求解下列情形中通电导线受到的安培力大小，磁感应强度都为B
F
F
对公式F=ILB中L的理解
从起点到终点的长度
有效长度L：
弯曲导线的有效长度L，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。
闭合L=0
I
I
F
例题1、如图所示,在各匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线,电流大小为I,磁感应强度大小均为B,求各导线所受到的安培力大小.
1、磁电式电流表的构造：
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动
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）
我们实验中常用的磁电式电流表
三、磁电式电流表
最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。
最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布的均匀辐向磁场），如图所示。
这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。
1、磁电式电流表的构造：
该磁场并非匀强磁场
在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度 B 的大小是相等的。
2、磁电式电流表的工作原理：
由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的力矩与指针转过的角度成正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。
当安培力产生的力矩和弹簧的扭转力矩相平衡时，线圈才停止转动。
线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。
θ
优点：灵敏度高，能测出很弱的电流
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱
（2） 线圈为什么不能一直转动下去？
（3） 为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱？
（1）线圈为什么可以转动？
（4） 为什么可以根据指针偏转方向说明电路电流的方向？
（5） 灵敏电流计的内阻来源于哪一部分？
通电导线在磁场中受安培力作用
螺旋弹簧有弹性限度
偏转角度????∝????
?
缠绕在中心的线圈有电阻
工作原理：通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动。被测电流越大，线圈偏转的角度越大。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。这两种转动的效果叠加在一起，指针随之发生偏转；最终达到平衡，指针停止偏转。所以根据指针偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小。
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。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
甲 电流表结构图
乙 电流表原理图
★通电线圈在磁场中受到安培力会转动，电动机就是根据这个原理设计的。
3、磁电式电流表的特点
(1)表盘的刻度均匀，θ∝I.
(2)灵敏度高，但过载能力差.
(3)满偏电流Ig和内阻Rg反映了电流表的最主要特性.
4. 优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。
5. 灵敏度
可以通过增加线圈的匝数、增大磁铁的磁感应强度、增大线圈的面积等方法提高灵敏度。
四、电流天平的原理和应用
电流天平(如图左所示)是根据等臂杠杆的原理制成的,可以用来测量导线在磁场中受到的安培力和磁场的磁感应强度.如图右所示是它的原理示意图,天平左盘放砝码,右盘下悬挂线框（多匝）,线框处于磁场中.当线框没有通电时,天平处于平衡状态.
线框通电后,ab、bc、cd边均受到安培力的作用.根据左手定则可知,ab、cd边受到的安培力等大反向，互相抵消，bc边受到的安培力方向竖直向上，从而使天平平衡被破坏。通过在右盘中加砝码可使天平重新平衡，根据所加砝码的质量可以推知线框所受安培力的大小F。再根据F=nBIl,
由线框的匝数n、bc边长度l、电流I
可求磁场的磁感应强度B的大小.
1、磁场中有一条通电导线，其方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感线和安培力三个量中的两个，试画出第三个量的方向。（本书用“.”表示磁感线垂直于纸面向外，“×”表示磁感线垂直于纸面向里， 表示电流垂直于纸面向外， 表示电流垂直于纸面向里）
.
B
Ⅰ
I
B
F
F
B
I
F
I
F
I
F
四、课堂练习
2. 如图所示，竖直放置的等边三角形abc，其中a、b两点在同一竖直线上，在三角形的三个顶点处各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示。则下列说法正确的是（???? ）
A．c处的磁感应强度的方向竖直向下
B．过c点的导线所受安培力的方向与ab边平行，竖直向下
C．过c点的导线所受安培力的方向与ab边垂直，指向左边
D．过c点的导线所受安培力的方向与ab边垂直，指向右边
AC
3.长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算不正确的是（　　）
安培力
B
4.如图所示，水平放置的U形导线框中接有电源，电流为I，导线框垂直于匀强磁场放置，磁感应强度为B．导线框间距为d，一导体棒与导线框成θ角放置，则导体棒所受安培力大小为（　　）
安培力
B
A．????????????
B．????????????sin????
C．????????????sin????
D．????????????cos????
?
[例1].两条导线互相垂直，如图所示，但相隔一段较小的距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将（　　）
A. 逆时针方向转动，同时靠近导线AB
B. 顺时针方向转动，同时靠近导线AB
C. 逆时针方向转动，同时离开导线AB
D. 顺时针方向转动，同时离开导线AB
安培力常见问题——安培力作用下导体的运动问题
B
[例2].如图所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，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
安培力常见问题——安培力作用下导体的运动问题
C
[例3].如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在固定磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面．当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是 （　　）
线圈向左运动
B. 线圈向右运动
C. 从上往下看顺时针转动
D. 从上往下看逆时针转动
安培力常见问题——安培力作用下导体的运动问题
A
[例4].如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它的右上方附近固定有一根长直导线，导线中通与了方向垂直纸面向里（即与条形磁铁垂直）的电流，与原来没有放置通电导线时相比较，磁铁受到的支持力N和摩擦力f的变化情况是（　　）
A. N 减小了 B. N 增大了
C. ????始终为0 D. ????不为0，且方向向右
?
安培力常见问题——安培力作用下导体的运动问题
AD
[练习4].如图所示，在南北方向安放的长直导线的正上方用细线悬挂一根条形磁铁，当导线中通入图示的电流I后，下列说法正确的是（　　）
A．磁铁N极向里转，悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力
B．磁铁N极向外转，悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力
C．磁铁N极向里转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力
D．磁铁N极向外转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力
学法P8 T4
安培力常见问题——安培力作用下导体的运动问题
C
[例6].质量为 m，长度为 L 的导体棒 MN 垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，垂直于电流方向且与导轨平面成 θ 角斜向下，如图所示，求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。
答案：BILcos θ＋mg　BILsin θ
安培力常见问题——安培力作用下导体的平衡问题
[例7].水平放置的两个平行金属轨道相距0.2m上面有一质量为0.04kg的均匀金属棒ab，电源电动势为6V，内阻为0.5Ω，滑动变阻器调到2.5Ω时，要在金属棒所在位置施加一个垂直与ab的匀强磁场，才能使金属棒ab对轨道的压力恰好为零，求匀强磁场的大小和方向。
若保持磁感应强度B的大小不变，方向顺时针转37°，此时ab
仍然静止，则轨道对ab的支持力和摩擦力为多大？
a
b
1T 水平向左
0.08N 0.24N
安培力常见问题——安培力作用下导体的平衡问题
[例9].电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培办的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是（　　）
A．只将轨道长度L变为原来的2倍
B．只将电流I减为原来的一半
C．只将弹体质量减至原来的一半
D．只将弹体质量减至原来的一半且轨道长度L变为原来的2倍
安培力常见问题——安培力作用下的功能问题
D

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