第三章 学案4课件

1、学案4通电导线在磁场中受到的力学习目标1.知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向.2.掌握安培力的公式FILBsin ，并会进行有关计算.3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理一、安培力的方向导学探究按照如图1所示进行实验图1(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)受力的方向改变；(2)受力的方向改变；安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则知识梳理安培力的方向判定(1)左手定则：如图2所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂

2、直，并且都与手掌在同一平面内让磁感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图2(2)说明：FB，FI，即F垂直于B、I决定的平面磁场方向和电流方向不一定垂直用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心即学即用在如下图所示的各图中，表示磁场B方向、电流I方向及电流受力F方向三者关系正确的是()答案A解析根据左手定则可得只有A正确二、安培力的大小导学探究(1)长为l的一段导线放在磁场B中，通以电流I，当导线按以下两种方式放置时，所受磁场的作用力分别是多少？导线和磁场垂直放置；导线和磁场平行放置(2)当导线和磁场方向的夹角

3、为时，如何计算安培力的大小？答案(1)FIlBF0(2)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，分别计算两分磁场对导线的作用力知识梳理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3所示图3(1)如图甲，IB，此时安培力最大，FILB.(2)如图乙，IB，此时安培力最小，F0.(3)如图丙，当I与B成角时，把磁感应强度B分解，如图丁此时FILBsin_.即学即用(多选)如图4所示，直导线处于足够大的磁场中，与磁感线成30角，导线中通过的电流为I，为了增大导线所受的安培力，可采取的办法是()图4A增大电流IB增加直导线的长度C使导线在纸面内顺时针转30角D使导线在

4、纸面内逆时针转60角答案ABD三、磁电式电流表知识梳理磁电式电流表的构造和原理：(1)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，被测电流就越大根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向(2)构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴(3)特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直线圈平面与磁场方向平行，如图5所示图5(4)优点：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即学即用(多选)根据以上对磁电式电流表的学习，判断以下说法正确的是()A指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力

5、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，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关答案ABD解析当阻碍线圈转动的螺旋弹簧的阻力力矩与安培力引起的动力力矩平衡时，线圈停止转动，故从转动角度来看二力方向相反磁电式电流表内磁场是均匀辐射磁场，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处的磁场大小相等、方向不同，所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，正确的选项为A、B、D.一、安培力的方向例1画出图6中各磁场对通电导线的安培力的方向图6解析无论B、I是否垂直

6、，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则答案如图所示总结提升(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍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，而是斜穿过手心二、安培力的大小例2如图7所示，长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()图7A0 B0.5BIl CBIl D2BIl解析V形通

7、电导线的等效长度为图中虚线部分，所以FBIl，故选C.答案C总结提升(1)公式FILBsin 中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响(2)公式FILBsin 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8所示)；相应的电流沿L由始端流向末端图8(3)公式FILBsin 中是B和I方向的夹角，当90时sin 1，公式变为FILB.针对训练由导线组成的直角三角形框架放在匀强磁场中(如图9所示)，若导线框中通以如图方向的电流时，导线框将()图9A沿与ab边垂直的方向加速运动B仍然静止C以c为轴转动D以

8、b为轴转动答案B解析ab和bc两段电流可等效为长度等于ac，方向由a到c的一段电流，由左手定则以及安培力公式可知ab和bc两段电流所受安培力的合力方向和ac受到的安培力方向相反，大小相等，线框整体合力为0，仍然静止，故选B.三、安培力的实际应用例3如图10所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面当线圈中通有电流I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m1、m2的砝码时，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平又重新平衡由此可知()图10A磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为B磁

9、感应强度方向垂直纸面向里，大小为C磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为D磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为解析因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里电流反向前，有m1gm2gm3gNBIL，其中m3为线圈质量电流反向后，有m1gm2gm3gmgNBIL.两式联立可得B.故选B.答案B1把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是()A安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直C安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度的

10、方向垂直D安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又跟电流方向垂直答案D解析安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流的方向，即垂直于磁场与电流所决定的平面，但电流方向与磁场方向不一定垂直2下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是()答案C3如图11是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图三块相同马蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中轻而柔软的细导线1、2、3、4悬挂起来，它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路认为导体棒所在位置附近为匀强磁场，最初导线1、4接在直流电源上，电源没有在图中画出关于接通电源时可能出现的实验现象，下列叙述正确的是()图11A改变电流方

11、向同时改变磁场方向，导体棒摆动方向将会改变B仅改变电流方向或者仅改变磁场方向，导体棒摆动方向一定改变C增大电流同时改变接入导体棒上的细导线长度，接通电源时，导体棒摆动幅度一定增大D仅拿掉中间的磁铁，导体棒摆动幅度不变答案B解析由FBIL和左手定则可知，仅改变电流方向或者仅改变磁场方向，F的方向一定改变，即导体棒摆动方向一定改变，而两者同时改变时，F方向不变，则导体棒摆动方向不变，故B正确，A错误；当I增大，但L减小时，F大小不一定改变，C错误；仅拿掉中间的磁铁，意味着导体棒受力长度减小，则F应减小，则导体棒摆动幅度一定改变，D错误4如图12所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I

12、，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力图12答案ILBcos ILBILB2IRB0解析A图中，FILBcos .这时不能死记公式，而写成FILBsin .要理解公式本质是有效长度或有效磁场，正确分解B图中，BI，故FILB.C图中导线整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为ac，故FILB.同理，D图中导线有从ab的半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为ab，故F2IRB.闭合的通电线圈受到的安培力为零E图中，F0.一、选择题(110题为单选题)1关于磁场对通电直导线作用力的大小，下列说法中正确的是()A通电直导线跟磁场方向平行时作用力最小

13、，但不为零B通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大C作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角大小无关D通电直导线跟磁场方向不垂直时肯定无作用力答案B解析由于安培力FBILsin ，为导线和磁场的夹角，当导线的方向与磁场的方向平行时，所受安培力为0；当导线的方向与磁场方向垂直时，安培力最大故选B.2图1为某同学设计的研究磁场对通电金属棒作用的实验装置当接通开关时，有电流通过金属棒，观察到金属棒向左运动，则下列说法正确的是()图1A此时通过金属棒的电流是由电源经b流向aB若调换U形磁铁的磁极，则金属棒仍向左运动C若调换流经金属棒的电流方向，则金属棒仍向左运动D若同时调换U形磁铁的磁极和流经金属棒的电流方向

14、，则金属棒仍向左运动答案D3.在xOy水平面中有一通电直导线与y轴平行，导线中电流方向如图2所示，该区域有匀强磁场，通电导线所受磁场力的方向与Oz轴正方向相同，该磁场的磁感应强度的方向是()图2A沿x轴负方向且一定沿x轴负方向B一定沿y轴负方向C可能沿z轴正方向D可能沿x轴负方向答案D4如图3所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是()图3答案B解析由左手定则可知，图A示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向后，图B示磁感应强度方向使炮弹受到的安培力向前，图C示磁感应强度方向使炮弹受

15、到的安培力为零，图D示磁感应强度方向使炮弹受的安培力为零，只有 B符合实际5.如图4中的D为置于电磁铁两极间的一段通电直导线，电流方向垂直于纸面向里在开关S接通后，导线D所受磁场力的方向是()图4A向上 B向下C向左 D向右答案A解析由右手螺旋定则，软铁芯在导线处的磁场方向向左，由左手定则，导线D受到的磁场力方向向上，选项A正确6如图5甲所示是磁电式电流表的结构图，图乙所示是磁极间的磁场分布图，以下选项中正确的是()图5指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力与线圈受到的磁场力方向是相反的通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场在线圈转动的范围内，线圈

16、所受磁场力与电流有关，而与所处位置无关A BC D答案C解析当阻碍线圈转动的力增大到与安培力产生的使线圈转动的效果抵消时，线圈停止转动，即两力大小相等、方向相反，故正确；磁电式电流表蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，均匀辐向分布的磁场特点是大小相等、方向不同，故错，正确；电流越大，电流表指针偏转的角度也越大，故正确正确选项为C.7.物理老师在课上做了一个“旋转的液体”实验，实验装置如图6：装有导电液的玻璃器皿放在上端为S极的蹄形磁铁的磁场中，器皿中心的圆柱形电极与电源负极相连，内壁边缘的圆环形电极与电源正极相连接通电源后液体旋转起来，关于这个

17、实验以下说法中正确的是()图6A液体中电流由边缘流向中心：从上往下俯视，液体逆时针旋转B液体中电流由边缘流向中心：从上往下俯视，液体顺时针旋转C液体中电流由中心流向边缘：从上往下俯视，液体逆时针旋转D液体中电流由中心流向边缘：从上往下俯视，液体顺时针旋转答案A8.如图7所示，三根通电长直导线P、Q、R互相平行且通过正三角形的三个顶点，三条导线中通入的电流大小相等，方向垂直纸面向里；通过直导线产生磁场的磁感应强度B，I为通电导线的电流大小，r为距通电导线的垂直距离，k为常量；则通电导线R受到的磁场力的方向是()图7A垂直R，指向y轴负方向B垂直R，指向y轴正方向C垂直R，指向x轴正方向D垂直R，

18、指向x轴负方向答案A9.如图8所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则MN所受安培力大小()图8AFBId BFBIdsin CF DFBIdcos 答案C解析题中磁场和电流垂直，角仅是导线框与金属杆MN间夹角，不是电流与磁场的夹角10如图9，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图9A方向沿纸面向上，大小为(1)ILBB方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC方向沿纸面向下，大小为(1)ILBD方向沿纸面向下，大小为(1)ILB答案A解析将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出各段所受安培力的方向，根据FILB计算出安培力的大小，再求合力导线所受合力F合ILB2BILsin 45(1)ILB，方向沿纸面向上二、非选择题11.如图10，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为0.1 T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固