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物理也疯狂
人教版高中物理选择性必修第二册
第一章第1节
磁场对通电导线的作用力
目
录
contents
01
安培力的方向
02
安培力的大小
03
磁电式电流表
用如图所示的装置进行实验，合上开关，当导体棒中有电流流过时，你会看到什么现象？
现象：导体棒由静止开始滚动，表明它受到了安培力。
情境导入
情境导入
磁场对通电导线的作用力称为＿＿＿。
安培力
情境导入
F
F
F
F
思考：安培力的方向与哪些因素有关系？
安培力的方向
导学探究
如图所示，同向电流相互吸引，请利用安培力方向的知识解释？
答案　导线A在B处产生磁场BA，导线B在A处产生磁场BB，由左手定则判断，A导线对B导线作用力FAB和B导线对A导线的作用力FBA方向如图所示，由图可知两导线相互吸引。
安培力的方向
安培力是一个矢量，既有大小又有方向。
利用如图所示装置进行实验，探究影响安培力方向的因素。
【思考问题】（1）根据磁感应强
度的定义式 ，猜想安培力
的方向可能与哪些因素有关？
安培力的方向与哪些因素有关呢？
可能与磁感应强度B的方向和电流I的方向有关。
安培力的方向
利用如图所示装置进行实验，探究影响安培力方向的因素。
（2）本实验用什么研究方法？
（3）如何用一个截面图来表示电流的方向？
控制变量法
表示电流方向垂直纸面向里：
表示电流方向垂直纸面向外：
⊙
安培力的方向
（4）电流方向与磁场方向垂直时，安培力的方向与电流方向及磁场方向有怎样的关系？它们之间存在怎样的规律？
用如下表格记录实验结果：
安培力的方向
I
I
I
I
F
F
F
F
左手定则：伸开左手，使大拇指与四指垂直，且都与手掌在同一个平面内。让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
万箭穿心
仙人指路
一指乾坤
安培力的方向
（1）安培力的方向既与电流的方向垂直，也与磁场方向垂直，即安培力的方向垂直于电流方向与磁场方向所决定的平面，但电流方向不一定与磁场方向垂直；
（2）已知电流方向和磁场方向可以确定安培力的方向；
（3）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方向与磁场方向所决定的平面，仍可以用左手定则判断安培力的方向。
F
安培力的方向
F
F
F
F
反向电流相互排斥
同向电流相互吸引
跟踪练习
考点一　安培力的方向　左手定则
1.某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系如下列选项图所示，其中正确的是
√
跟踪练习
2.如图，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里。闭合开关S，A受到的通电螺线管产生的磁场的作用力的方向是
A.竖直向上　　B.竖直向下　　C.水平向右　　D.水平向左
√
首先根据安培定则判断出通电螺线管右端为N极，左端为S极，所以在A处产生的磁场方向水平向左。根据左手定则判断可知A受到的通电螺线管产生的磁场的作用力的方向竖直向上，选项A正确，B、C、D错误。
安培力的大小
导学探究
如图所示，导线长度为l，电流为I，磁场的磁感应强度为B。
1.写出甲、乙两图中导线所受安培力的大小；
答案　甲图：F＝BIl　乙图：F＝0
2.试推导丙图中导线所受安培力的大小。
答案　如图所示，分解磁感应强度B
F＝B⊥Il＝BIl·sin θ
安培力的大小
(1) 对安培力F＝BILsinθ的理解
①B对放入的通电导线来说是
外磁场的磁感应强度，不必考虑导线
自身产生的磁感应强度的影响；
②L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，相应的电流沿L由始端流向末端。
(2) 安培力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。
安培力的大小
(2) 安培力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。
①B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁感应强度的影响；
②L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，相应的电流沿L由始端流向末端。
跟踪练习
考点二　安培力的大小
3.(2023·山西运城高二校联考阶段练习)如图所示，水平放置的U形导线框中接有电源，电流为I，导线框垂直于匀强磁场放置，磁感应强度大小为B，导线框间距为d，一导体棒与竖直虚线成θ角放置，则导体棒所受安培力的大小和方向分别为
√
跟踪练习
4.如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三根导体棒中有等大的电流通过，则三根导体棒受到的安培力大小关系为
A.Fa＞Fb＞Fc
B.Fa＝Fb＝Fc
C.Fb＜Fa＜Fc
D.Fa＞Fb＝Fc
√
磁电式电流表
1.磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁体、极靴(软铁制成)、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成)。
2.磁电式电流表的工作原理：通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动
(1)被测电流越大， 的角度越大。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。这两种转动的效果叠加在一起，指针随之发生偏转；最终达到平衡，指针停止偏转。所以根据指针偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小。
(2)当线圈中电流方向改变时， 随之改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道 。
线圈偏转
安培力的方向
被测电流的方向
磁电式电流表
3.磁电式电流表的特点：
(1)磁体和铁芯之间是 的磁场
(2)线圈平面始终与磁感线_____
(3)表盘刻度均匀分布
4.优点：灵敏度高，可以测量 的电流。
5.缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流 。
辐向均匀分布
平行
很弱
很弱
磁电式电流表
结合磁电式电流表的工作原理，若要提高磁电式电流表的灵敏度，就要使在相同电流下线圈所受的安培力增大，可通过 (填“增加”或“减少”)线圈的匝数、 (填“增大”或“减小”)永磁体的磁感应强度、 (填“增加”或“减少”)线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。
增加
增大
增加
跟踪练习
考点三　磁电式电流表
7.(多选) 关于磁电式电流表，以下说法正确的是
A.指针稳定后，螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的
转动效果方向是相反的
B.通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大
C.在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与
所处位置无关
√
√
√
跟踪练习
6.如图甲是高中物理电学实验中常用的磁电式电流表的结构，其内部磁场分布和线圈中电流流向剖面示意如图乙所示。关于磁电式电流表的下列各项说法中正确的是
A.当线圈在如图乙所示位置时b端受到
的安培力方向向上
B.线圈中电流越大，安培力就越大，
螺旋弹簧的形变也越大，线圈偏转
的角度也越大
C.电流表中的磁场是匀强磁场
D.线圈无论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，所以线圈不受安培力
√
跟踪练习
根据左手定则可得线圈b端在磁场中受到的安培力的方向向下，A错误；
电流表中的磁场不是匀强磁场，C错误；
线圈平面和磁感线平行只能说明磁通量一直为零，但是导线和磁场不平行，所以安培力不可能为零，D错误，故选B。
跟踪练习
7.如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。重力加速度g取10 m/s2。
(1)导出用n、m、l、I、g计算B的表达式；
跟踪练习
跟踪练习
(2)当n＝9，l＝10.0 cm，I＝0.10 A，m＝8.78 g时，磁感应强度是多大？(保留两位有效数字)
本节内容到此结束

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