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1.1磁场对通电导线的作用力
选择性必修二
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。
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
一、安培力的方向
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
现象记录
一、安培力的方向
F
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
一、安培力的方向
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
一、安培力的方向
I
B
F
Ⅰ
S
B
F
N
一、安培力的方向
①改变磁场方向
②改变电流方向
I
B
F
I
B
F
I
B
F
安培力的方向有何规律？
一、安培力的方向
F、B、I 方向关系
B
I
F
示意图
安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面
I
B
F
B
B
注意：B 与 I 不一定垂直.
一、安培力的方向
1）伸开左手，大拇指跟四指垂直 ，且在同一平面内；
2）让磁感线穿过手心；
左手定则：
3）使四指指向电流方向 ，则拇指指向安培力的方向。
一、安培力的方向
例1．在下列四幅图中，能正确标明通电直导线所受安培力F方向
的是(　　)
B
F
I
B
F
I
B
B
I
练习：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
不受安培力
不受安培力
安培定则（右手螺旋定则）
右手定则
判断电流产生的磁场方向
判断电流在磁场中的受力方向
画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。
一、安培力的方向
【答案】
平行通电导线间是相互吸引还是相互排斥？
能否用今天所学知识分析他们之间的作用力？
回顾
结论：
同向电流相互吸引
反向电流相互排斥
一、安培力的方向
同向电流相互吸引。
反向电流相互排斥。
F
F
F
F
一、安培力的方向
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
把磁感应强度B分解为两个分量：
B2对通电导线不产生安培力，仅由B1决定安培力：
通电直导线与磁场方向夹角为θ时
垂直分量 B1=Bsinθ
平行分量 B2=Bcosθ
I
B
θ
即F=ILB1，将B1=Bsinθ代入得： F=ILBsinθ
二、安培力的大小
I
B
θ
B2
B1
F=ILBsinθ
安培力大小的计算公式
对安培力计算公式的理解：
①公式F＝ILB中L指的是“有效长度”．
②弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点的线段长度(如图所示)；
相应的电流沿L由始端向末端．
二、安培力的大小
这些情况导线受到的安培力如何计算？
如图所示，长为2L的直导线拆成边长相等，夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，关于V形通电导线受到的安培力大小和方向，描述正确是(　　)
二、安培力的大小
A．安培力大小为2BIL
B．安培力大小为零
C．安培力方向顺时针方向
D．安培力方向竖直向上
【解答】D　导线在磁场内有效长度为2Lsin 30°，故该V形通电导线受到安培力大小为F＝BI·2Lsin 30°＝BIL，选项A、B不符合题意；由左手定则可得安培力方向向上，故C不符合题意，D符合题意。
如图所示，某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一正方形刚性线圈，边长为L，匝数为n，线圈平面与磁场方向垂直，线圈的一半在磁场内。某时刻，线圈中通过大小为I的电流，则此线圈受到的安培力大小为(　　)
二、安培力的大小
A．2BIL B．12nBIL
C．nBIL D． 2?nBIL

【解答】D　在磁场中通电导线的有效长度为L，每一匝线圈都要受到安培力，则线圈所受的安培力大小是2?nBIL，故D正确。
?
D
①最基本的是磁铁和线圈。
②铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
三、磁电式电流表
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）。
电流表的工作原理
三、磁电式电流表
当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用。
轴上的线圈就要转动。
与之相连的螺旋弹簧变形，以反抗线圈的转动。
蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行；
电流表的工作原理
三、磁电式电流表
当电流通过线圈时,线圈上跟线圈轴平行的两边都要受到安培力，使线圈发生转动，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动，电流越大，安培力越大，线圈形变越大，最终达到平衡，线圈停止转动。
磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的大小。
当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
电流表的工作原理
三、磁电式电流表
F=ILBsinθ
易错辨析
(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。( )
(2)通电导线在磁场中不一定受安培力。 ( )
(3)一通电导线放在磁场某处不受安培力，该处的磁感应强度不一定为零。 ( )
(4)通有反方向电流的平行导线相互吸引。 ( )
(5)磁电式电流表指针偏转角度与电流大小成正比。 ( )
(6)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀强磁场。 ( )
×
√
√
×
√
√
1．(多选)某地的地磁场的磁感应强度大约是4.0×10－5 T，一根长500 m的导线，电流为10 A，则该导线受到的磁场力可能是(　　)
A．0　　　B．0.1 N　　　C．0.3 N　　　D．0.4 N
【解析】当B与I垂直时，安培力大小为F＝BIl，知安培力的最大值为F最大＝BIl＝4×10－5×10×500 N＝0.2 N；当B与I平行时，安培力为0，为最小值，则可知安培力的大小范围为：0≤F≤0.2 N，A、B正确，C、D错误。
【答案】AB
课堂练习
２.如图是磁电式电流表的部分结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场辐向均匀分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则(　　)
A.该磁场是匀强磁场
B．线圈平面总与磁场方向垂直
C．线圈将沿逆时针方向转动
D．a、b导线受到的安培力大小总为IlB
D
课堂练习
在垂直纸面向里的匀强磁场B中，有一个垂直磁感线的环形线圈，通有顺时针电流I，如图所示，则下列叙述中正确的是( )
A、环形线圈所受的磁力的合力为零
B、环形线圈所受的磁力的合力不为零
C、环形线圈有收缩的趋势
D、环形线圈有扩张的趋势
AD
课堂练习
安培力的方向
安培力的大小：
通电导线在磁场中受到的力
应用：磁电式电流表
判定方法：左手定则
特点：总垂直于B和I 确定的平面
构造：
原理：
F=ILBsinθ
通电线圈受安培力作用而转动
极靴
线圈

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