第1节磁场中的通电导线

1、打开电磁学的大门第1节磁场中的通电导线学习目掃1.知道通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力.2知道影响安培力大小和方向的因素.知道左手定则和安培力大小的计算公式. 能用左手定则判断安培力的方向， 能计算 在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时安培力的大小. (重点+难点)3了解线圈在 磁场中的运动情况，以及磁电式仪表的工作原理和电动机的工作原理.一、会动的导线1 安培力定义：通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力2. 安培力方向：可以用左手定则来判定，伸开左手，四指与拇指在同一平面内并相互垂直, 让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，则拇指所指的方向就是安培力的方向.3. 安培力的大小

2、实验表明，如图所示.通电导线所受的安培力大小与磁感应强度、电流大小以及磁场中 垂直磁场方向导线的长度有关.(2) 进一步实验研究表明：在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，安培力的大小等 于电流、磁感应强度和导线长度的乘积.(3) 公式表达：F = BIL.从安培力的角度给出磁感应强度的定义：B= |l.有人根据公式B = F认为“磁感应强度 B与F成正比，与II成反比”这种观点对吗?提示：不对.某点的磁感应强度由磁场本身决定.公式b=f只是反映了数值关系4两根通电导线之间的相互作用力：两同向电流间的安培力是吸引力反向电流间的安培 力是排斥力.二、会动的线圈1通电线圈在磁场中会转动：线圈与

3、磁场平行放置，当线圈通有电流时，与磁场垂直的两 个边会受到安培力作用，根据左手定则判断知，两个力方向相反，使线圈绕中心轴转动.2. 如图所示，磁电式电流计就是根据这一原理制成的.第一个磁电式电流计是安培制作的，由此实现了电流的定量测量.、揭开电动机旋转的奥秘线圈要不间断地转下去， 在转过与磁场方向垂直的位置后，就要改变线圈中的电流方向，能 够改变电流方向的装置就是换向器，与电源相连接的金属片是电刷，如图所示.电动机转动的部分（如线圈）叫转子，固定不动的部分（如永久磁铁和电动机的外壳）叫定子.知识点1 对安培力的理解和方向判断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.三个方向之间的

4、关系可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向.1. 由左手定则可判定 F丄I , F丄B,但B与I不一定垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场 方向和电流方向所决定的平面.在判断时，首先确定磁场与电流所决定的平面，从而判断出安培力的方向.2. 若已知B、丨方向，安培力的方向唯一确定；但若已知B（或I）与安培力的方向，1（或B） 的方向不唯一.3. 注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系.安培力的方向总是与磁场的 方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行.命

5、题视角1对安培力F = BIL的理解例1 在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，为研究安培力与电流大小的关系，实验时应保持不变的物理量是（）A .只有电流B .只有磁感应强度C.只有导线在磁场中的长度D .磁感应强度和导线在磁场中的长度解析由F = BII知要研究F与I的大小关系，应保持 B和I不变.答案D命题视角2对安培力方向的判断'(多选)如图中，表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场对电流作用力 F的方向关系 正确的是()ABC解析由左手定则，A图中磁场对电流作用力 F的方向应竖直向上，所以 A错误，而B、 C、D都符合左手定则.答案BCD在判断安培力方向时， 必须首先判定磁场方向和

6、电流方向所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上， 然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向.安培力的方向总是垂直于导线、磁感线所确定的平面."山h Hl 1下图中分别标出一根垂直放置于磁场里的通电直导线的电流I、磁场B和所受磁场作用力的方向，其中图示正确的是()AliCD解析：选B.根据左手定则判断可知，A中受力向下，C中受力向下，D中受力向下，都错误， 只有B项中方向正确.知识点2 安培力大小的计算1. 影响安培力大小的因素安培力的决定因素有两个：一个是放入磁场中的一段导体的II的乘积，另一个是磁场本身，即磁场的磁感应强度 B.因而安培力的改变(1) 通过改变磁感应强度

7、 B的大小来改变；(2) 通过改变通电导线的长短I来改变；(3) 通过改变通电导线电流I的大小来改变；(4) 通过改变通电导线在磁场中的放置位置来改变.2. 应用F= BII计算安培力时的注意事项(1) 公式F = BII适用于匀强磁场，且导线与磁场方向垂直的情况，若通电导线所在区域的B的大小和方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处范围B的大小和方向近似相同，求出各段导线所受的磁场力，然后再求合力.安培力表达式中，若载流导体是弯曲导线，且导线所在平面与磁感应强度方向垂直，则I指弯曲导线中始端指向末端的直线长度.如图所示：对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长

8、度1 = 0,故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零.由F = BII可得B= F,这是磁感应强度的定义式.通过实验可得出：在磁场中的同一点垂直磁场方向放置通电导线时，通电导线受到的安培力F与II的比值是一个常量，所以磁场中某点的磁感应强度与安培力F的大小、与II的大小无关，而在不同点安培力F与II的比值一般不同，因此磁感应强度是由磁场本身的性质决定的这就是比值法定义物理量.X X X XX X X XxxxX X X X例把一根长为L = 10 cm的直导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中.(1) 当导线中通以Ii = 2 A的电流时，导线受到的安培力大小为1.0X 107 N

9、，试求该磁场的磁感应强度的大小 B.(2) 若该导线中通以I2 = 3 A的电流，试求此时导线所受安培力大小F，并判断安培力的方向.解析(1)根据 F = BIL 得 B= IL = 5X 107 T(2) 当导线中电流变化时，导线所处的磁场不变，则 F = BIL = 1.5 X 107 n方向：根据左手定则，导线所受安培力方向垂直于导线向上答案(1)5 X 107T (2)1.5 X 107 N 方向垂直于导线向上国囲區囲应用公式F = BII进行计算时要明确三点：(1) 若B、I、I两两垂直时，F = BII.若B与1(1)夹角为B时,F = BIIs in©(3) 以上两种情

10、况中I 一定是“有效长度”“山hi：2在一根长为0.2 m的直导线中通入 2 A的电流，将导线放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，则导线受到的安培力的大小不可能是()A 0.4 NB.0.2 NC. 0.1 ND 0解析：选A.当导线与磁场方向垂直时，有效长度I最大，安培力最大，Fmax= BII = 0.5X 2 X 0.2N = 0.2 N .当导线与磁场方向平行时，有效长度I = 0此时安培力最小，Fmin = 0,所以安培力大小的范围是 0W F < 0.2 N，故B、C、D均正确，选 A.於拴0R周撐升馭舞15学朴短扬牧.随堂检测1磁感应强度的单位特斯拉，用国际单位制中的基

11、本单位可表示为()A. N/(A m)B.kg/(A s2)C. (kg m2)/s2D.(kg m2)/(A s2)解析：选 B.由 B= F，可得 1 T= 1 A N m= 1.m/s = 1 kg/(A s2),故 B 正确.2. 关于磁感应强度，下列说法中正确的是()A .由B= £可知，B与F成正比，与II成反比B .由B= £可知，一小段通电导线在某处不受磁场力，则说明该处一定无磁场C.通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强D .磁感应强度的方向就是小磁针北极受力的方向解析：选D.磁场中某点的磁感应强度B是客观存在的，与是否放通电导线及通电导线受力的大小无关，

12、所以选项 A、C均错.当电流方向与磁场方向平行时，磁场对电流无作用力， 但磁场却存在，所以选项B错.磁感应强度的方向就是小磁针静止时N极的指向，而不是通电导线的受力方向.3. 下面说法中正确的是()A .放在磁场中的通电导体一定会受到磁场力的作用B .放在磁场中的通电导体所受磁场力的方向可用安培定则来判定C. 放在磁场中的通电导体可能会受到磁场力的作用D. 以上说法都不对解析：选 C.磁场对电流的作用力与电流在磁场中的方向有关，平行时不受力，垂直时受到 的力最大.4. 如图光滑导轨的水平部分串联有电池，导轨平面和水平面成a角，所在空间有竖直方向的匀强磁场.质量为m的导线棒ab架在导轨上，和导轨

13、接触良好并保持水平静止.ab所受的安培力F的大小和磁场方向是()A . F = mg sin a,磁场方向向上B. F = mgtan a,磁场方向向上C. F = mgsin a,磁场方向向下D. F = mgtan a,磁场方向向下解析：选 B.磁场方向竖直，根据电流方向和左手定则，磁场必定竖直向上，这样才可能使 导线受力平衡.这时，导线受到重力，安培力，导轨的弹力，受力分析可知，安培力大小为F = mgta n a5. 磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是2.5 A，导线长1 cm,它受 到的安培力为5 X 102 n .求：(1) 这一点的磁感应强度是多大？(2) 如果

14、把通电导线中的电流强度增大到5 A时，这一点的磁感应强度是多大？(3) 如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否肯定这里没有磁场？ 解析：(1)由磁感应强度的定义式得B= _=B II5X 102.5 X 1X 10_2T = 2 T.（2）磁感应强度B是由磁场和空间位置决定的，和导线的长度I、电流I的大小无关，所以该点的磁感应强度是 2 T.（3）如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，则可能有两种可能：该处没有磁场，该处 有磁场，只不过通电导线与磁场方向平行.答案：见解析课时作业一、选择题1. 下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是（）A .通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大B .磁感线

15、的指向就是磁感应强度减小的方向C.放在匀强磁场中各处的通电导线，受力的大小和方向处处相同D .磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关解析：选 D.磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，磁感应强度的大小可 由磁感线的疏密来反映.安培力的大小不仅与B、I、丨有关，还与导体的放法有关.2. 如图所示，一处于匀强磁场中的金属棒，用绝缘丝线悬挂在水平位置上，若金属棒通以图示方向的电流时，向纸内摆动，则磁场的方向为（）FA .垂直纸面向里B.垂直纸面向外C.竖直向上D.竖直向下解析：选 D.金属棒向纸内摆动，则受到了向纸内的力，根据左手定则，可知磁场方向竖直 向下.3

16、. 关于通电直导线所受安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法正确的是（）A . F、B、丨三者必定均保持垂直B . F必定垂直于 B、I，但B不一定垂直于IC. B必定垂直于 F、I，但F不一定垂直于ID. I必定垂直于 F、B，但F不一定垂直于 B解析：选B.由左手定则知力 F垂直平面BI，但B和I不一定垂直，故选项 B正确.4. 有两根平行放置的通电直导线，当它们通以相反方向电流时，两根导线间的作用表现为相互排斥，这是因为（）A .两导线上的电荷通过各自产生的电场而发生相互作用的结果B .两导线上定向移动的电荷是同种电荷因而互相排斥C .两导线上定向移动的电荷通过各自产

17、生的磁场对另一方发生作用的结果D .导线上的电流，是电源产生的电场力对电荷作用使之定向移动形成的，两导线间的作用 也是由电源产生的电场力相互作用的结果解析：选C电流间的相互作用也是运动电荷通过磁场来完成的，一切磁现象都是这样的.5. 如图所示，一导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，并与金属导轨组成 闭合回路.当回路中通有电流时，导体棒受到安培力作用.要使安培力增大，可采用的方法 有（）A .增大磁感应强度C.减小导体棒的长度 解析：选A.根据公式B.减小磁感应强度D. 减小电流强度F = BIL，要增大F需要增大B、丨、L中的一个或多个.6. 根粗细均匀的导线AB长为0.5 m,质

18、量为10 g，用两根柔软的细线悬挂在磁感应强度A .由 A 至U B, 0.49 AC.由 A 到 B, 0.98 A 解析：选A.要使悬线拉力为零,B.由 B 至U A, 0.49 AD.由 B 至U A, 0.98 A 导线AB所受安培力方向只能竖直向上,由左手定则可判定为0.4 T的匀强磁场中，如图所示，要使悬线的拉力为零，则金属导线中的电流大小和方向电流方向从A到B,导线AB受力平衡，即F = BIl = mg , I = mg = 0.49 A，故A选项正确.Bl7如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央右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，磁铁

19、仍处于静止状态，则（）©JA 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解析：选 B.根据条形磁铁周围磁感线的分布可知，通电直导线处的磁场方向朝向左上方，根据左手定则，导线受到的安培力朝向左下方，由牛顿第三定律，磁铁受到方向为右上方的力，所以对桌面压力减小并受到摩擦力的作用.&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 组成如图所示的电路，当电键 S接通后，将看到的现象是 （）A.弹簧向上收缩C.弹簧上下跳动B.弹簧被拉长D.弹簧仍静止不动解析：选 C.通电后，弹簧的每一个圈都相当于一个环形电流，且 各圈的电流绕向相同.任取其中两圈，其相邻两侧一定形成异极性, 因此互相吸引(或者，也可把任意两圈的相邻各段，看做两个同向 电流而相互吸引)如