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启迪智慧
1.1磁场对通电导线的作用力
人教版 选择性必修二 第一章
复习导入
磁场既看不见也摸不着，但却客观存在的物质。为了描述磁场，我们定义了描述磁场强弱及方向的物理量——磁感应强度B，单位——特斯拉（T）。
我们采用了比值定义法： （当B与I垂直时）
I 是通电导线中流过的电流 ；L 是通电导线处在磁场中的有效长度；
其中 F 是磁场对通电导线的作用力，人们称之为安培力，本节课我们将要一起来探究安培力的方向和大小。
——为了纪念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，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力（Ampèreforce）
安培力的方向
PART 01
PART 01
提出问题：安培力的方向与那些因素有关？
做出假设：电流方向、磁场方向
设计实验：
1.物理方法：控制变量法
2.实验步骤：如所示，组装好器材，进行实验，依次改变条件，观察记录导体棒受力方向。
（1）改变电流方向，观察导体棒受力方向是否改变。
（2）改变磁场方向，观察导体棒受力方向是否改变。
实验结论：安培力方向与电流、磁场方向如何？
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；
让磁感线从掌心垂直进入，且四指指向电流的方向(B⊥I)，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。
众多事实表明，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。
PART 01
注意：左手定则是描述安培力方向的定则，但区别于安培定则
安培定则 左手定则
用途
前提
条件
结论
PART 01
判断电流周围磁场方向
判断电流在磁场中的受力方向
通电直导线
通电螺旋管
通电导线处在磁场中
拇指指向电流方向
四指指向电流环绕方向
磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向
四指环握方向表磁感线方向
拇指指向表示轴线上磁感线的方向
拇指指向表示安培力方向
右图中，两根平行的通电直导线之间，通过磁场间接发生相互作用，
同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。
小组讨论，用学过的知识加以分析
物理学规定“×进·出”（观看示意图）
F
F
F
同向电流
反向电流
（左手定则结合安培定则）
电流i
电流i
PART 01
电流 I
电流 I
F安培力
PART 01
例.(左手定则)下列各图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和通电直导线所受安培力F的方向,其中正确的是(　　) 注意×进·出
A
E
F
G
H
B
C
D
C G
先将下图转化为平面图，再画出安培力
PART 01
B
F
B
F
安培力的大小
PART 02
PART 02
在必修三的学习中，我们采用了比值定义法： （当B与I垂直时）
通过公式变形，很容易得到 ,表明，当B与I垂直时，通电导线所受安培力大小等于I、L、B三者的乘积，而当B与I平行时，通电导线所受到的安培力为0。
小组讨论，当B与I之间既不垂直，也不平行时，安培力应该如何计算？（运用矢量知识进行分析，将B进行正交分解）
I
L
PART 02
当B与I之间既不垂直，也不平行时，我们可以将B进行正交分解，分解成与电流方向垂直的分量 ，以及与导线方向平行的分量
分别计算两分量对长度为L的通电导线的安培力：
其中 对导线安培力为0，导线所受安培力只由 产生。
由此得到最终表达式：
总结：安培力由四个因素决定，电流I的大小，导线长度L，磁感应强度B的大小，以及B与I之间的夹角共同决定。
PART 02
巧用有效长度
1、公式F＝ILB中L指的是“有效长度”，当B与I垂直时，有效长度等于导线L自身长度，F 最大；当B与I平行时，有效长度为0，F＝0.
2、弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点间线段长度垂直B的分量，如图所示．
B
L
I
I
L
B
L
I
I
L
PART 02
例题（巧用有效长度）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=2l,且∠C=120°,∠B=∠D =150°。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(　　)
答案:C
A
B
C
D
E
安培力的实际运用
PART 03
PART 03
一、基本结构
磁电式电流表最基本结构是磁体和放置在磁体两极之间的线圈。
PART 03
二、工作原理
在线圈中间加上一块圆柱形软铁，用以改变磁场分步，使得磁场沿着圆柱半径方向，称之为均匀辐向分布（不是匀强磁场），相同半径同心圆上B的大小相同。
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，这两个力使线圈发生转动，由安培力计算公式可知，F只与I成正比。
二、工作原理
线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生阻碍线圈转动的力，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力和安培力使线圈平衡时，线圈停止转动。
F与I成正比，电流均匀变化时，安培力也均匀变化，刻度是均匀的，指针刻度可以反映出安培力大小，偏转方向可以反映电流方向。
PART 03
PART 03
(1)表盘上刻度均匀。
(2)灵敏度高，但过载能力差。
(3)满偏电流Ig和内阻Rg反映的是磁式电流表的内在属性，只与其自身结构有关，与其他因素无关。
三、磁电式电流表的特点
PART 03
四. 优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
缺点：虽然灵敏度高，但线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。
五. 灵敏度
1、增加线圈的匝数
2、增大磁铁的磁感应强度
3、增大线圈的面积等方法
解释：提高灵敏度，即在更微弱的电流下，依然能产生明显安培力，使得指针发生明显偏转。

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