2022-2023学年人教版选择性必修第二册 第一章 第1节　磁场对通电导线的作用力 学案

1、第一章 eq blc|rc (avs4alco1(,) 安培力与洛伦兹力第1节磁场对通电导线的作用力1知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向。2.理解并熟练应用安培力的计算公式FIlBsin 。 3.了解磁电式电流表的构造及原理。eq avs4al(一、安培力的方向)1填一填(1)安培力：通电导线在磁场中受到的力。(2)决定安培力方向的因素：磁场方向；电流方向。(3)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，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。2判一判(1)安培力的方向与磁场方向相同。(

2、)(2)安培力的方向与电流方向一定垂直。()(3)安培力的方向与磁场方向一定垂直。()3想一想如图所示，两条平行的通电直导线会通过彼此之间产生的磁场发生相互作用，那么在什么情况下两条直导线相互吸引，什么情况下两条直导线相互排斥？提示：每一条通电直导线均处在另一条通电直导线产生的磁场中，根据安培定则可判断出直线电流产生的磁场的方向，再根据左手定则可判断出每一条通电直导线所受的安培力，由此可知，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。eq avs4al(二、安培力的大小)1填一填一段长为l的导线，通过的电流为I时所受安培力为F，则(1)当通电导线垂直于磁场B的方向放置：FIlB。(2)当通电导线平行于

3、磁场B的方向放置：F0。(3)当通电导线与磁场方向不平行也不垂直时：FIlBIlBsin 。2判一判(1)若匀强磁场中磁感应强度为B1 T，导线中电流I1 A，导线长度l1 m，则导线所受安培力F1 N。()(2)若通电导线在某处不受安培力，则该处磁感应强度一定为零。()(3)同样情况下，当导线垂直于磁场放置时，安培力最大。()3想一想在磁场越强的地方通电导体受到的安培力一定越大吗？提示：不一定，通电导体受安培力的大小与B、I、l及有关，当0(BI)时，无论B如何，总有F0。eq avs4al(三、磁电式电流表)1填一填(1)结构：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴、铁质圆柱等。(2)物理学原理

4、：通电线圈因受安培力而转动。(3)工作原理如图所示：当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，安装在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，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，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。(4)优缺点优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流。缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。2判一判(1)磁电式电流表指针偏转角度随电流的增大而增大。

5、()(2)磁电式电流表只能测定电流的大小不能确定被测电流的方向。()(3)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀强磁场。()3选一选所谓电流表的灵敏度，是指在通入相同电流的情况下，指针偏转角度的大小。偏角越大，灵敏度越高。下列关于提高磁电式电流表灵敏度的方法不正确的是()A增强永久磁铁的磁性B增大螺旋弹簧的劲度系数C增大线圈的面积D增加线圈的匝数解析：选B通电线圈在磁场中转动时，螺旋弹簧变形，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。要提高电流表的灵敏度，就要在通入相同的电流时，让指针的偏转角度增大，所以要减小螺旋弹簧的劲度系数，同时使安培力变大，即增强永久磁铁的磁性、增大

6、线圈的面积和增加线圈的匝数。利用左手定则判断安培力的方向学透用活1安培定则与左手定则的选取原则2两平行通电直导线的相互作用规律同向电流互相吸引；反向电流互相排斥。典例1画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。解析(1)中电流方向与磁场方向垂直，由左手定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示。(2)中条形磁铁在A处的磁场分布如图乙所示，由左手定则可判断A受到的安培力的方向如图乙所示。(3)中由安培定则可判断出电流A处合磁场方向垂直于纸面向外，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丙所示。(4)中由安培定则可判断出电流A处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示。答案见解析图

7、规律方法判断安培力方向常见的两类问题对点练清1一根容易形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如图中箭头所示。当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，下列描述导线状态的四个图示中正确的是()解析：选D根据左手定则可判断出A图中导线所受安培力为零，B图中导线所受安培力垂直纸面向里，C、D图中导线所受安培力向右，由导线受力以后的弯曲方向与受力方向的关系可知，D图正确。2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解析：选A赤道上空的地

8、磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方向图如图所示，由左手定则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，选项A正确。3如图所示，两段直导线相互垂直，但相隔一小段距离，其中一段ab是固定的，另一段cd能自由活动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，导线cd将()A不动B顺时针方向转动，同时靠近导线abC逆时针方向转动，同时离开导线abD逆时针方向转动，同时靠近导线ab解析：选D通电直导线ab产生的磁场在右边垂直纸面向里，在左边垂直纸面向外，在cd左右两边各取一小电流元，根据左手定则，左边的电流元所受的安培力方向向下，右边的电流元所受安培力方向向上，知cd导线逆时针方向转

9、动。当cd导线转过90后，两电流为同向电流，相互吸引。所以导线cd将逆时针方向转动，同时靠近导线ab。故选项D正确。安培力大小的分析与计算学透用活1FIlBsin 适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，l为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿l由始端流向末端，如图所示。2同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；导线与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间。3在非匀强磁场中，只要通电直导线l所在位置的各点B矢量相等(包括大小和方向)，则导线所受安培力也能用上述公式计算。4当电流同时受到几

10、个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。典例2如图，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直匀强磁场放置，将M、N两点接入电压恒定的电源两端，通电时，线框受到的安培力为1.2 N，若将MON边移走，则余下线框受到的安培力大小为()A0.6 NB0.8 NC1.2 N D1.6 N解析根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向，如图所示，令电源电压为U，等边三角形MON的电阻为3R，曲线MON上产生的安培力合力竖直向上，与MN边受到的安培力方向相同，并联后总电阻为：eq f(2R,3)，根据欧姆定律，并联电路的总电流为：I1eq f(U,2R/3)eq f(3U,2R)，则安培力为

11、：FBI1Leq f(3BUL,2R)1.2 N，将MON边移走，余下线框受到的安培力大小为：FBI2Leq f(BUL,R)，比较可得F0.8 N。故B正确。答案B规律方法应用安培力公式FIlBsin 解题的技巧应用公式FIlBsin 求安培力大小时不能死记公式，应正确理解公式中各物理量的实质，可将Bsin 理解为有效磁感应强度或将lsin 理解为有效长度，为磁场方向与直导线l之间的夹角。对点练清1(2022浙江1月选考)利用如图所示装置探究匀强磁场中影响通电导线受力的因素，导线垂直匀强磁场方向放置。先保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，然后保持电流I不变，改变导线通电部分的长度

12、L，得到导线受到的力F分别与I和L的关系图像，则正确的是( )解析：选B根据FBIL, 若保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，则FI图像是过原点的直线，B正确，A错误；若保持电流I不变，改变导线通电部分的长度L，则FL图像是过原点的直线，C、D错误。2.如图所示，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。则导线abcd所受到的磁场的作用力的合力()A方向沿纸面向上，大小为(eq r(2)1)ILBB方向沿纸面向上，大小为(eq r(2)1)I

13、LBC方向沿纸面向下，大小为(eq r(2)1)ILBD方向沿纸面向下，大小为(eq r(2)1)ILB解析：选A由左手定则及力的合成可知合力方向沿纸面向上，C、D错误；导线abcd的等效长度为a到d的距离即为(eq r(2)1)L，由安培力公式FBIL可得合力大小为(eq r(2)1)ILB，A正确。3.如图所示，长度为L10 cm的一段直导线ab，与磁场方向垂直放置在磁感应强度B3102 T的匀强磁场中。今在导线中通以I10 A的电流，方向从b流向a。导线绕固定点O转动(设eq xto(Oa)3 eq xto(Ob)，由图中位置在纸面内按顺时针方向转过60角时，求：(1)导线受到的安培力的

14、大小和方向；(2)如果在ab所在的竖直面上，ab从图中位置绕O点转动，由纸面向纸面外转30角时，情况又如何？解析：由题知B3102 T，I10 A，L10 cm0.1 m。(1)导线绕O点顺时针转过60角时，B与I的夹角为150，安培力的大小FILBsin 1501.5102 N，安培力的方向垂直纸面向外。(2)导线绕O点向纸面外转过30角时，B与I仍垂直，安培力的大小FILB3102 N，安培力的方向与原ab方向成120角斜向下指向纸面外。答案：(1)1.5102 N方向垂直纸面向外(2)3102 N方向与原ab方向成120角斜向下指向纸面外安培力作用下导体的运动学透用活不管是电流还是磁体，

15、对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动，在实际操作过程中，往往采用以下五种方法：电流元法把整段导线分为许多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置(如转过90)，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行

16、的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向典例3如图所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环A、B，可沿轴线OO自由转动。现通以图示方向电流，沿OO看去会发现()AA环、B环均不转动BA环将逆时针转动，B环也逆时针转动，两环相对不动CA环将顺时针转动，B环也顺时针转动，两环相对不动DA环将顺时针转动，B环将逆时针转动，两者吸引靠拢至重合为止解析由安培定则可得，A环产生的磁场方向向下，B环产生的磁场方向向左，两

17、磁场相互作用后磁场的方向趋向一致，所以A环顺时针转动，B环逆时针转动，二者相互靠拢，直至重合，故选项D正确。答案D规律方法判断安培力作用下通电导体的运动方向的思路(1)首先应画出通电导体(或通电线圈)所在位置的磁感线方向。(2)根据左手定则确定通电导体(或通电线圈)所受安培力的方向。(3)由通电导体(或通电线圈)的受力情况判断通电导体(或通电线圈)的运动方向。对点练清1.用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图所示，当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有()A两导线环相互吸引B两导线环相互排斥C两导线环无相互作用力D两导线环先吸引后排斥解析：选A通电的导

18、线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用。由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，据同向电流相互吸引的规律，知两导线环应相互吸引，故A正确。2多选根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的炮弹发射装置电磁炮，它的基本原理如图所示，下列结论中正确的是()A要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自N向M的电流B要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流C要想提高炮弹的发射速度，可适当增大磁感应强度D使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向解析：选BC电磁炮是靠安培力加速，要使炮弹沿导轨向右发射

19、，则安培力向右，由左手定则可判断MN中的电流方向为MN，A错误；要想提高炮弹的发射速度，应增大安培力，由FBIL可得，B、C正确；使电流和磁感应强度方向同时反向，安培力方向不变，D错误。3如图所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关K的瞬间()AA端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变BA端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变CA端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小DA端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大解析：选D当开关K接通时，根据安培定则知电磁铁附近磁感线的分布如图所示，由左手定则知通电直导线此时A端受力指向纸内，B端受力指向纸外，故导线将

20、转动，由特殊位置法知当导线转到与磁感线垂直时，整个导线受到的磁场力方向竖直向下，故悬线张力变大，D正确。安培力作用下导体的平衡问题学透用活典例4如图所示，水平导轨间距为L0.5 m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m1 kg，电阻R00.9 ，与导轨接触良好；电源电动势E10 V，内阻r0.1 ，电阻R4 ；外加匀强磁场的磁感应强度B5 T，方向垂直于ab，与导轨平面成夹角53；ab与导轨间的动摩擦因数为0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab处于静止状态。已知sin 530.8，cos 530.6。求：(1)通过a

21、b的电流大小和方向。(2)ab受到的安培力大小。(3)重物重力G的取值范围。解析(1)由闭合电路的欧姆定律得Ieq f(E,RR0r)2 A，方向为a到b。(2)FBIL5 N。(3)对导体棒ab受力分析，如图所示，fm(mgFcos 53)3.5 N。当最大静摩擦力方向向右时，FTFsin 53fm0.5 N。当最大静摩擦力方向向左时，FTFsin 53fm7.5 N。所以由GFT可知0.5 NG7.5 N。答案(1)2 A方向为a到b(2)5 N(3)0.5 NG7.5 N规律方法求解安培力作用下导体的平衡问题的基本思路对点练清1.如图所示，一根质量为m的金属棒AC，用软线悬挂在磁感应强度

22、为B的匀强磁场中，通入AC方向的电流时，悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，可以采用的办法是( )A不改变电流和磁场方向，适当减小电流B不改变磁场和电流方向，适当增大磁感应强度C只改变电流方向，并适当增加电流D只改变电流方向，并适当减小电流解析：选B不改变电流和磁场方向，适当减小电流，可减小安培力，不能使悬线张力为零，故A错误。不改变磁场和电流方向，金属棒所受的安培力方向仍向上，适当增大磁感应强度，安培力增大，悬线张力可减小到零，所以B正确。只改变电流方向，金属棒所受安培力方向向下，悬线张力一定不为零，故C、D错误。2.如图所示，导体杆ab的质量为m，电阻为R，放置在与水平面夹角为的倾斜金属导轨上，导轨间距为d，电阻不计，系统处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，电池内阻不计，问：若导轨光滑，电源电动势E多大才能使导体杆静止在导轨上？解析：由闭合电路的欧姆定律得：EIR导体杆受力情况如图所示，则由共点力平衡条件可得F安mgtan F安BId由以上各式可得出Eeq f(mgRt