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1.1 磁场对通电导线的作用力
人教版（2019）物理（选择性必修第二册）
第一章 安培力与洛伦兹力
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
素养目标
1.知道通电导线在磁场中受安培力
2.知道左手定则的内容，会用左手定则熟练判断安培力的方向
3.熟练使用F＝ILBsinθ并掌握有关计算
4.了解磁电式电流表的构造及其工作原理
导体棒中有电流流过时，导体棒就会因受力而发生运动。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？
新课讲解
在必修三中，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
为了纪念安培，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力，把电流的单位定为安培。
安培于1820年通过实验发现磁场对通电导线有力的作用，他是电动力学的创始人，被誉为“电学中的牛顿”，在电磁学方面有杰出的贡献。
温故知新
一、安培力的方向
根据上面的知识想一想：觉得安培力方向与那些因素有关？
猜想：磁感应强度方向、电流方向 …
磁感应强度
安培力
通电导线的长度
通电导线的电流
如何设计实验方案研究？
按照图所示，组装好器材，进行实验，观察导体棒受力方向。
问题二：改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？
问题一：上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，导线受力的方向是否改变
（控制变量法）
实验探究：安培力的方向
实验探究：安培力的方向
实验现象
问题一：上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，导线受力的方向是否改变
观察发现，改变磁场的方向，导线所受安培力的方向发生改变
实验现象
问题二：改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？
观察发现，改变电流的方向，导线所受安培力的方向发生改变
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。
实验结论
B
F
×
B
F
B
F
×
B
F
二、左手定则
通电导线所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直
试着画出通电导线所受安培力的方向、电流方向及磁感应强度的方向
二、左手定则
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。
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
磁感线从掌心进入，不一定垂直掌心
A
B
A
B
FB
FA
FB
FA
同向电流相互吸引
异向电流相互排斥
利用左手定则判断平行通电直导线之间的相互作用
经典例题
（1）
I
B
F
F
（2）
I
B
I
B
（3）
F
F
判断安培力的方向
I
（4）
B
先将下图转化为平面图，再画出安培力
经典例题
当电流与磁场方向夹角为θ时:
B
F
B⊥
B∥
B
I
F 既 B，也 I，垂直B、I 决定的平面；即安培力的方向总是垂直于电流和磁场所在的平面。但B与I 不一定垂直。
拓展：当电流与磁场方向不垂直时，如何判断安培力方向？
在匀强磁场B中，通电直导线与磁场方向垂直和平行时，导线上的电流为I。如图导线所受安培力F应怎样求？
F＝ILB
（1）当B⊥I 时
（2）当B∥I时
F＝0
（3）当B和I夹角为θ时
F＝
二、安培力的大小
（3）当导线（电流I）与磁场B方向夹θ角时:
F = B2IL＝BILsinθ (θ 为 B 与 I 的正向夹角)
B1
B2
B
法一：分解磁感应强度B
思路：变不垂直成垂直
法二：投影导线
L1
F = BIL1＝BILsinθ (θ 为 B 与 I 的正向夹角)
对安培力公式的理解
(1) 公式 F = BILsinθ 中 L 指的是“有效长度”。匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度。
（2）公式 F = BILsinθ的适用条件
导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线。
（3）公式F = BILsinθ 中θ 是B 和I 方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析。
（4）电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用。当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。
一、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）
三、磁电式电流表
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
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，当线圈转动时B与I 始终互相垂直。
并非匀强磁场
问题1：该磁场是否匀强磁场？
问题2：该磁场的特点？
电流表中极靴与铁芯之间磁场都沿半径方向。
所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面都跟磁感线平行。
二、原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。
蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的（不是匀强磁场），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，这两个力产生的力矩使线圈发生转动。
（1）线圈偏转的角度越大，被测电流就越大。
（2）根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向。
(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
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。
科学漫步
“电学中的牛顿”——安培
安培把导线绕成圆筒状，制成螺线管。尽管螺线管不是用铁丝而是用铜线绕成的，但是接通电源以后却能够吸引小铁钉。
今天几乎任何电子仪器都离不开线圈，可见安培这一发现的重要性。
安培十分重视学术交流。他能敏感地从他人的工作中提出前瞻性的课题，抓住机遇迅速进入新的研究领域。
今天，在各种电器的铭牌上常常可以看到安培名字的第一个字母A，那是人们用电流的单位来纪念安培。
1.如图，一段半圆形粗铜线固定在绝缘水平桌面（纸面）上，铜线所在空间有一匀强磁场，磁场方向竖直向下，当铜线通有顺时针方向电流时，铜线所受安培力的方向( )
A.向前
B.向后
C.向左
D.向右
经典例题
A
答案：A
解析：半圆形导线所受的安培力等效于直径长的直导线所受的安培力，由左手定则可知，铜线所受安培力的方向向前。故选A。
经典例题
2.下列关于电流的磁场和通电导体在匀强磁场中所受安培力的判断正确的是( )
A. B.
C. D.
D
答案：D
解析：A.该图中电流和磁场平行，则不受安培力作用，选项A错误；B.根据左手定则可知，该电流受的安培力方向向上，选项B错误；C.根据左手定则可知，该电流受的安培力方向水平向右，选项C错误；D.根据左手定则可知，该电流受的安培力方向垂直直导线斜向右下，选项D正确。故选D。
一、安培力的方向
1.实验探究：安培力的方向与哪些因素有关？
2.左手定则
安培力的方向总是垂直于电流和磁场所在的平面。但B与I 不一定垂直。
二、安培力的大小
F = BILsinθ
三、磁电式电流表
原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。
线圈偏转的角度越大，被测电流就越大。
1.如图，宽为L的平行金属导轨与水平面成α角，质量为m、长为L的金属杆ab水平放置在导轨上。空间存在着垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，当回路中电流大小为I时，金属杆恰好能静止，重力加速度大小为g。则金属杆与导轨之间的动摩擦因数为( )
A. B.
C. D.
B
答案：B
解析：根据左手定则可知，金属杆ab受到的安培力沿斜面向下，金属杆恰好能静止，以金属杆ab为对象，根据受力平衡可得
又
联立解得
故选B。
2.（多选）如图甲所示，扬声器中有一线圈处于磁场中当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音.俯视图乙表示处于辐射状磁场中的线圈（线圈平面平行于纸面），磁场方向如图中箭头所示，在图乙中( )
A.当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
B.当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
C.当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
D.当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
BC
答案：BC
解析：A、把线圈看成一小段一小段的直导线连接而成，当电流沿顺时针方向时，根据左手定则可知，每一小段直导线受到的安培力都是垂直于纸面向外，则线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外，故A错误，B正确;C、把线圈看成一小段一小段的直导线连接而成，当电流沿逆时针方向时，根据左手定则可知，每一小段直导线受到的安培力都是垂直于纸面向里，则线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里，故D错误，C正确;故选:BC.
3.如图所示，三根长直通电导线中的电流大小相同，通过b、d导线的电流方向垂直纸面向里，通过c导线的电流方向垂直纸面向外，a点为b、d两点连线的中点，ac垂直bd，且ab=ad=ac，则c导线受到的安培力方向( )
A.由a指向c
B.由c指向a
C.由a指向b
D.由a指向d
A
答案：A
解析：根据安培定则知
b导线在c点产生的磁场方向斜向
左下，d导线在c点产生的磁场方
向斜向左上。c导线受到b导线产
生的磁场的作用力沿着bc连线斜
向右下，受到d导线产生的磁场
的作用下沿dc连线斜向左下，合力竖直向下，故A正确，BCD错误。
4.如图所示，AC是一个用长为L的导线弯成的、以O为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，当在该导线中通以由C到A、大小为I 的恒定电流时，该导线受到的安培力大小和方向是( )
A.BIL，平行于OC向左
B. ，平行于OC向右
C. ，垂直AC的连线指向左下方
D. ，垂直AC的连线指向左下方
C
答案：C
解析：弯曲的导线通以电流I时，其所受安培力的情况与直导线CA通以电流/时所受安培力情况相同。设圆弧对应的半径为r，则 ，所以 ，弯曲导线的等效长度为 。则导线受到的安培力为 ，方向垂直于AC的连线指向左下方。
A.BIL，平行于OC向左，与结论不相符，选项A不符合题意；
B. ，平行于OC向右，与结论不相符，选项B不符合题意；
C. ，垂直AC的连线指向左下方，与结论不相符，选项C符合题意；
D. ，垂直AC的连线指向左下方，与结论不相符，选项D不符合题意；
5.磁电式电流表为中学物理常用的测量闭合回路电流大小的仪器。如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈两边通以图示方向电流，线圈a、b两边所在处的磁感应强度大小相等，则下列选项正确的是( )
A.该磁场为匀强磁场
B.线圈将逆时针转动
C.运输时要用导线把两接线柱连在一起，
若适当换成更强的磁场可更好地减缓表针的摆动幅度
D.线圈转动过程中两边a、b受安培力大小会变化
C
答案：C
解析：A.磁场是均匀地辐向分布，不是匀强磁场，故A错误;
B.根据左手定则可知，线圈a边受到的安培力向上，b边受到的安培力向下，则线圈将顺时针转动，故B正确;
C.运输时要用导线把两接线柱连在一起，电流表短路，指针摆动时产生感应电流，感应电流受到安培力作用，可减缓表针摆动幅度，若适当换成更强的磁场可更好地减缓表针的摆动幅度，故C正确;
D.线圈转动过程中，由于各个位置的磁感应强度的大小不变，且磁场方向总是与电流方向垂直，所以两边a、b受安培力大小不变，故D错误。
故选C。

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