资源简介

1.1磁场对通电导线的作用力
教学目标-科学素养
物理观念：1. 掌握安培力大小的计算方向及，
2．掌握安培力方向的判断---左手定则
3．了解磁电式电流表结构，知道磁电式仪表的工作原理
科学思维： 通过安培力方向的判断，培养学生空间想象的思维能力
科学探究: 通过探究安培力、电流和磁感应强度三者的方向关系，培养学生归纳推理的能力
科学态度与价值观： 通过磁电式电流表的原理分析，体会科学技术对社会发展的促进作用。激发学生刻苦学习、服务人类的理想抱负。
自主学习（认真阅读课本，独立思考，相信你一定行﹗）
一、安培力的方向
1．安培力：通电导线在 中受到的力。
2.实验探究安培力方向的影响因素
(1)猜想．决定安培力方向的因素
① 方向；② 方向。
（2）实验方法：
（3）实验方案：如右图实验装置。
（4）实验步骤：
①按照图所示，组装好器材
②磁场方向向下，使电流从，观察导体棒摆动方向，从而判断安培力方向并记录
③磁场方向向下，使电流从，观察导体棒摆动方向，从而判断安培力方向并记录
④磁场方向向上，使电流从，观察导体棒摆动方向，从而判断安培力方向并记录
⑤磁场方向向上，使电流从，观察导体棒摆动方向，从而判断安培力方向并记录
（5）归纳总结：你能尝试把各种情况下三者的方向画出来，进行归纳分析，找到规律吗？
安培研究发现，安培力方向与磁场方向、电流方向的关系符合左手定则，如图所示：
3．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平面内；
让磁感线从 进入并使四指指向 ，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。
4．安培力的特点：
(1)F⊥B，F⊥I，即F 垂直于B、I决定的平面．
(2)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与
磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，
只是磁感线不再垂直穿过手心．
自主练习
1.判断下图中通电导线在匀强磁场中受安培力的方向
总结： ,
2. 分析平行通电直导线间的作用力：
总结；同向电流相互 ，反向电流相互 ．
二、安培力的大小
同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如图所示。
1．如图甲，I⊥B，此时安培力最大，F＝
2．如图乙，I∥B，此时安培力最小，F＝
3．如图丙，当I与B成θ角时，可以把磁感应强度B分解，如图丁所示。此时
F＝ ，这是一般情况下安培力的表达式。
4．公式F＝ILBsin θ中L指的是导线在磁场中的“有效长度”， 弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端。
自主练习
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正确的是(　 )
4.(2015·江苏卷·T4)如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长NM相等，将它们分别挂在天平的右臂下方，线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态，若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是
三、磁电式电流表
1.构造：U形磁铁、极靴、圆柱形铁芯、绕在铝线框上的线圈、螺旋弹簧（游丝）、指针.
2．工作原理：
(1)通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。
(2) 通电线圈在线圈偏转的角度越大，被测电流就越 ；
电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变就越大，线圈偏转的角度也越大
(3)根据指针偏转方向，可以知道被测电流的方向。
3.特点：（1）极靴与圆柱间的磁场沿半径方向
（2）线圈转动时，线圈受力边处在磁场中的不同位置磁感应强度大小相同 ，安培力的大小不受磁场影响，
（3）线圈平面与磁场方向平行，电流所受安培力的方向总与线圈平面 ，安培力相对转轴的力臂大小不变
（4）线圈转过的角度与给线圈通入的电流大小成正比，表盘刻度均匀（尝试推导）
4．优点：是灵敏度高，可以测出很弱的电流：缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱。
例1.如图所示,在平行倾斜固定的导轨上端接入电动势E=50 V,内阻r=1 Ω的电源和滑动变阻器R,导轨的宽度d=0.2 m,倾角θ=37°。质量m=0.11 kg的导体棒ab垂直置于导轨上,与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,整个装置处在竖直向下的磁感应强度B=2.2 T的匀强磁场中,导轨与导体棒的电阻不计。现调节R使杆ab静止不动。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2。求:
(1)ab棒受到的最小安培力F1和最大安培力F2;
(2)滑动变阻器R有效电阻的取值范围。
强化练习 A组
1．画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)．
2．如图所示，光滑水平地面上用轻质弹簧将一条形磁铁系于竖直墙壁上，弹簧处于水平状态，条形磁铁静止，设此时磁铁对地面压力为FN1。现在磁铁右端正上方固定一导体棒，在导体棒中通以垂直纸面向里的电流，当磁铁再次平衡时
对水平地面的压力变为FN2，则下列说法正确的是
A．弹簧长度变短 B．弹簧长度变长
C．FN1>FN2 D．FN13.(2021·广东高考)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1 I2，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是(　 )
4.(多选)如图所示中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b和导轨两端e、f分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动。下列说法正确的是
A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动
B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动
C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动
D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动
5．海影号电磁推进试验舰艇如图甲所示，船体下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，舰艇内超导体在M、N间产生强磁场，使M、N间海水受到磁场力作用被推出，舰艇因此前进。要使图乙中的舰艇向左前进，则所加磁场的方向应为(　　)
A．水平向左 B．水平向右
C．竖直向上 D．竖直向下
6．通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面（纸面）内，放置方式及电流方向如图甲、乙所示，其中L1、L3是固定的，L2、L4可绕垂直纸面的中心轴O转动，则下列判定正确的是A．L2绕轴O按顺时针转动
B．L2绕轴O按逆时针转动
C．L4绕轴O按顺时针转动
D．L4绕轴O按逆时针转动
7.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动和平动，当导线通入图示方向的电流I时，从上往下看，导线的运动情况是
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
8．如图所示，轻质弹簧测力计下悬挂的圆形线圈中通有顺时针方向的电流I0，
线圈的正下方固定有一根足够长的直导线a，线圈静止时导线a垂直于线
圈平面，现在导线a中通有垂直纸面向外的较大电流，则下列判断正确的是（ ）
A．线圈仍静止 B．从上往下看，线圈将逆时针转动
C．弹簧测力计示数减小 D．线圈左右摆动
9、如图所示，两个完全相同的闭合导线环挂在光滑绝缘的水平横杆上，当导线环中通有同向电流时，两导线环的运动情况是（ ）
A．互相吸引，电流大的环其加速度也大
B．互相排斥，电流小的环其加速度较大
C．互相吸引，两环加速度大小相同
互相排斥，两环加速度大小相同
10.如图所示，两个完全相同且互相垂直的导体圆环 ， 中间用绝缘细线 连接，悬挂在天花板下，当 ， 中同时通入图中所示方向的电流时，关于两圆环的
转动（从上向下看）以及 ， 间细线张力的变化，下列判断正确的是
A． ， 均不转动，细线张力不变
B． ， 都顺时针转动，细线张力减小
C． 顺时针转动， 逆时针转动，细线张力减小
D． 逆时针转动， 顺时针转动，细线张力增大
11.电流计的主要结构如图2所示，固定有指针的铝框处在由磁极与软铁
芯构成的磁场中，并可绕轴转动．铝框上绕有线圈，线圈的两端与接
线柱相连．有同学对软铁芯内部的磁感线分布提出了如下的猜想，可
能正确的是
12．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．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
13、如图所示的四幅图中，导体棒的长度均为L，磁场的磁感应强度大小均为B，在各导体棒中通有相同的电流I。则下列选项正确的是（　　）
A．图甲中导体棒所受的安培力大小为BIL B．图乙中导体棒所受的安培力大小为BIL
C．图丙中导体棒所受的安培力大小为BIL D．图丁中导体棒所受的安培力大小为BIL
14.如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒 、 、 ，其中 最长， 最短， 为一直径与 等长的半圆，将装置置于向下的匀强磁场中。在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到安培力的大小关系为
A． B．
D．
15．如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B。L形导线通以恒定电
流I，放置在磁场中，已知ab边长为，与磁场方向垂直，
bc边长为l，与磁场方向平行。下列说法正确的是（　　）
该导线受到的安培力大小为BIl，方向垂直于纸面向里
B.该导线受到的安培力大小为2BIl，方向垂直于纸面向里
C.该导线受到的安培力大小为3BIl，方向于垂直于ab边
D.该导线受到的安培力大小为，方向于垂直于ac连线
16.如图，等边三角形线框 由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点 、 与直流电源两端相接。已知导体棒 受到的安培力大小为 ，则线框 受到的安培力的大小为
A． B． C． D．
17．如图所示，在光滑水平桌面上，两根弯成直角的相同金属棒，它们
两端互相接触，组成一个正方形线框，正方形边长均为L，匀强磁
场方向垂直桌面向下，当线框中通以图示方向的电流I时，两金属棒
在b点的互相作用力为f，则此时磁感应强度的大小为 。
18．如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质绝缘细线悬挂，金属棒中通有由M到N的恒定电流，现在空间中加一匀强磁场，要使金属棒静止且绝缘细线与竖直方向成角，则下列几种情况中磁感应强度最小的是（　　）
19.如图所示，水平导轨间距为L＝0.5 m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1 kg，电阻R0＝0.9 Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.1 Ω，电阻R＝4 Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝5 T，方向垂直于ab，与导轨平面成夹角α＝53°；ab与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab处于静止状态。已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。求：
(1)通过ab的电流大小和方向；
(2)导体棒ab受到的安培力大小；
(3)重物重力G的取值范围。
20．如图所示，电源电动势3V，内阻不计，导体棒质量60g，长1m，电阻1.5Ω， 匀强磁场方向竖直向上，大小0.4T， 当开关S闭合后，棒从
固定的光滑绝缘环底端上滑至某一位置静止．试求：
在此位置上棒对每一只环的压力为多少
(2) 若已知绝缘环半径为0.5m，此位置与环底高度差是多少
B组
21.（2021·重庆·高考真题）某同学设计了一种天平，其装置如图所示。两相同的同轴圆线圈水平固定，圆线圈P与、N共轴且平行等距。初始时，线圈通以等大反向的电流后，在线圈P处产生沿半径方向的磁场，线圈P内无电流且天平平衡。设从上往下看顺时针方向为正向。当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，可能的办法是
A．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入正向电流
B．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入负向电流
C．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入正向电流
D．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入负向电流
22.如图所示，两根倾斜直金属导轨MN、PQ平行放置，导轨平面与水平面之间的夹角θ＝37°，两导轨之间的距离L＝0.50 m。一根质量m＝0.20 kg的均匀直金属杆ab垂直放在两导轨上且接触良好，整个装置处于与ab杆垂直的匀强磁场中。在导轨的上端接有电动势E＝36 V、内阻r＝1.6 Ω的直流电源和电阻箱R。已知导轨与金属杆的电阻均可
忽略不计，sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，重力加速度g取10 m/s2。
(1)若金属杆ab和导轨之间的摩擦可忽略不计，当电阻箱接入电路
中的电阻R1＝2.0 Ω时，金属杆ab静止在导轨上。
①如果磁场方向竖直向下，求满足条件的磁感应强度的大小；
②如果磁场的方向可以随意调整，求满足条件的磁感应强度的最小值及其方向。
(2)如果金属杆ab和导轨之间的摩擦不可忽略，整个装置处于垂直于导轨平面斜向下、磁感应强度大小B＝0.40 T的匀强磁场中。当电阻箱接入电路中的电阻R2＝3.4 Ω时，金属杆ab仍保持静止，求此时金属杆ab受到的摩擦力Ff的大小及方向。
23．如图所示，电源电动势E＝2 V，内电阻r＝0.5 Ω，竖直导轨电阻可忽略，金属棒
的质量m＝0.1 kg，电阻R＝0.5 Ω，它与导轨的动摩擦因数μ＝0.4, 有效长度为
L＝0.2 m，为了使金属棒能够靠在导轨外面静止不动，我们施一与纸面成30°角向
里且与金属棒垂直的磁场，问磁场方向是斜向上还是斜向下？磁感应强度B的范围
是多大？(g＝10 m/s2) 答案：斜向下　3 T≤B≤16.3 T
24.如图所示，一个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面轴线方向成θ角（环面轴线为竖直方向）。若导电圆环上通有如图所示的恒定电流I，则下列说法不正确的是( )
A.导电圆环有收缩的趋势 B.导电圆环所受安培力方向竖直向上
C.导电圆环所受安培力的大小为
D.导电圆环所受安培力的大小为
25．如图所示，水平桌面上有一正三角形线框abc，线框由粗细相同的同种材料制成，边长为L，线框处在与桌面成60°斜向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，ac边与磁场垂直。现a、c两点接到直流电源上，流过ac边的电流为I，
线框静止在桌面上，则线框受到的摩擦力大小为（　　）
A． B．
C． D．2BIL
26.如图所示,用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝,线圈由粗细均匀、单位
长度的质量为2.5 g的导线绕制而成,三条细线呈对称分布,稳定时线圈平面
水平.在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁,磁铁的中轴线OO′垂直于线圈
平面且通过其圆心O,测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0.5 T,方向
与竖直线成30°角,要使三条细线上的张力为零,线圈中通过的电流至少为 A.0.1 A B.0.2 A C.0.05 A D.0.01 A
27．如图，半径为R的金属圆环放在绝缘的水平桌面上，并处在磁感应强度为B方向向
下的匀强磁场中，当环中通有图示方向的恒定电流I时，求环中的张力。
28.如图在条形磁铁N极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的
电流时，线圈将向哪个方向偏转？

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