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第一章
安培力与洛伦兹力
1.1 磁场对通电导线的作用力
新课引入
问题：为什么“心”会转动？其中会有怎么样的规律呢？
一、知识回顾
如何描述磁场强弱？
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
安德烈-马里安培（法语∶André-Marie Ampere，FRS，1775年1月20日-1836年6月10日）是法国物理学家、数学家，经典电磁学的创始人之一。
1. 上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察导体棒受力方向是否改变。
组装好器材，进行实验，观察导体棒受力方向。
2. 改变导体棒中电流的方向，观察受力方向是否改变。
众多实验表明：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
实验探究
实验结果分析
试画出下述两实验结果的正视图：
B
B
I
F
I
F
F、B、I方向关系
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
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;让磁感应线从掌心进入,并使四指指向电流的方向，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
遵循左手定则
再次提醒：一定要使用左手！
I
B
F
F
I
B
F
I
B
I
B
F
二、安培力方向的判断
F
I
B
F
I
B
α
α
B
B
I
F
α
B
I
30°
F
F
I
I
I
B
B
B
二、安培力方向的判断
问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用
请使用刚学过的知识解释本实验结果。
同向电流相互吸引。
反向电流相互排斥。
结论:
F
F
F
同向电流
F
反向电流
（1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。
问题:如果既不平行也不垂直呢？
即：
（2）平行时：
B
θ
I
三、安培力的大小
I
B
把磁感应强度B分解为两个分量：
一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ
另一分量与导线平行 B2=Bcosθ
平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定
即F=ILB1
F=ILBsinθ
θ
B2
B1
将B1=Bsinθ代入得
通电直导线与磁场方向不垂直的情况
三、安培力的大小
公式： F=ILBsinθ
θ表示磁场方向与电流方向间的夹角
注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场
问题1:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？
三、安培力的大小
结论：F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直。
问题2：F、B、I一定两两垂直吗？
L
F=BIL
F=BIL中的L为有效长度
L
L
L
思考与讨论
试指出下述各图中的安培力的大小。
例题：如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b的稳定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法： ( )
A、适当增大电流I
B、将电流反向并适当改变大小
C、适当增大磁场
D、将磁场反向并适当改变大小
AC
a
b
I
0
0.02N
水平向右
0.02N
垂直导线，
斜向左上方
将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向
I
B
I
B
30°
I
B
巩固练习
自由
固定
F
F
˙
×
×
×
×
×
×
˙
˙
˙
˙
˙
解析：两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势
例题
两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（　）
A.顺时针方向转动，同时靠近ab
B.逆时针方向转动，同时离开ab
C.顺时针方向转动，同时离开ab
D.逆时针方向转动，同时靠近ab
a
b
c
d
如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是( )
巩固练习
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外，S极向纸内转动
D．N极向纸内，S极向纸外转动
C
B
a
c
b
I
如图所示，直角三角形abc组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC=40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。
巩固练习
把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电波,当开关接通后,将看到的现象 是( )
A.弹簧向上收缩
B.弹簧被拉长
C.弹簧上下振动
D.弹簧仍静止不动
S
C
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）。
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
.
四、磁电式电流表
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。线圈在磁场中受力的情况如图所示。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用。由左手定则可以判定，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动
线圈转动时，图1.1-6 中的螺旋弹簧变形，以反抗线圈的转动。电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大，达到新的平衡。所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。
从前面的分析可知，安培力总与磁感应强度的方向垂直。电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。这样，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，如图1.1-8所示。线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都相等
电流表的特点
1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；
2、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的；
3、电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。
回顾导入：你知道我的“心”为什么在动了吗？
利用左手定则知道左边电流受到安培力向里，右边的向外，不断变换，我的“心”就动起来了。
BCD
1、一根长为0.2 m的电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是（ ）
A、0.4N B、0.2N
C、0.1N D、0
×
2、试画出下列各图中安培力的方向：
课堂练习
3、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
4、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线 ( )
A、受到竖直向上的安培力
B、受到竖直向下的安培力
C、受到由南向北的安培力
D、受到由西向东的安培力
课堂练习
A
5、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（ ）
A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用
C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用
D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用
A
课堂练习
6、如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)
θ
N
B
G
FN
F安
课堂练习

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