磁场对通电导线的作用力

2.1.1磁场对通电导线的作用力【内容出处】人教版选择性必修二第一章第1节【课标要求】通过实验，认识安培力。能判断安培力的方向，会计算安培力的大小。了解安培力在生产生活中的应用。例1利用电流天平等简易装置测量安培力。例2了解磁电式电表的结构和工作原理。【学习目标】1.通过观察实验、归纳分析，学会应用左手定则判定安培力的方向。2.通过理论推导，得出安培力的大小与B、I、θ之间的关系式。3.了解磁电式电流表的结构与功能，并用安培力解释其工作原理。【评价任务】【学习过程】课前准备1.实验器材：安培力演示装置、磁电式电流表。2、通读课本，做好笔记。课中学习任务一：安培力1.什么是安培力？2.施力物体和受力物体分别是？3.安培力的三要素分别是？4.安培力的作用效果是？答案：1.通电导线在磁场中受到的力称为安培力施力物体是产生磁场的通电导线或者磁体，受力物体是通电导线大小、方向、作用点改变通电导线的运动状态任务二:安培力的方向1.实验按照图1.11所示，组装好器材，进行实验，观察导体棒的受力方向。①上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察并记录导体棒受力方向；②改变导体棒中电流的方向，观察并记录导体棒受力方向。123456磁场方向向下向上向下向上向里向里电流方向向里向里向外向外向里向外受力方向答案：水平向左、水平向右、水平向右、水平向左、无力、无力③.画出各种情况下三者的方向，并进行归纳分析，试试找到规律。画图：2.左手定则：①答案：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若电流方向与磁场方向不垂直，如何应用左手定则？答案：分解③.安培力方向与电流方向、磁场方向的关系：答案：安培力垂直于电流方向，垂直于磁场方向、垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面【巩固练习】画出各图中磁场对通电导线安培力的方向。答案：判断安培力方向的程序：【典例】在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，则下列关于过c点的导线所受安培力的方向表述正确的是()A．与ab边平行，竖直向上B．与ab边平行，竖直向下C．与ab边垂直，指向左边D．与ab边垂直，指向右边答案：C导线a在c处产生的磁场方向由安培定则可知垂直ac向左下方，同理导线b在c处产生的磁场方向垂直bc向右下方，则由平行四边形定则可知，过c点的合磁场方向平行于ab向下，根据左手定则可判断导线c受到的安培力与ab边垂直，指向左边，C正确。规律总结：【巩固练习】（1）.在赤道上空，水平放置一根通以由西向东方向的电流的直导线，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答案A[赤道上空的地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示意图如图所示，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，A正确。]（2）.如图所示，D是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()A．竖直向上 B．竖直向下C．水平向左 D．水平向右答案A[在开关S接通后，线圈中电流由左侧流入，由安培定则可知电磁铁右侧为N极，故导线所在处的磁场方向向左，由左手定则可知，导线所受安培力的方向竖直向上，故A正确。]任务三安培力的大小1.思考与讨论：①通电导线电流方向与磁场方向垂直时：②通电导线电流方向与磁场方向平行时：③通电导线电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时：有效长度：①公式F＝ILBsinθ中L指的是导线在磁场中的“有效长度”，试证明：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。证明：②推论：在匀强磁场中，任意形状的闭合共面通电线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度l＝0，整个通电线圈所受安培力F＝0，如图甲、乙所示。【巩固练习】1.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∠abc＝∠bcd＝135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。导线abcd受到的磁场的作用力的合力为()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)ILBC．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)ILBA[导线abcd在磁场中的等效长度为ad两点连线的长度，即l有效＝L＋2Lcos45°＝(eq\r(2)＋1)L，则F＝Il有效B＝(eq\r(2)＋1)ILB；等效电流方向为a→d，根据左手定则，安培力方向沿纸面向上，A正确。]2.如图所示，将六分之一圆弧导线固定于方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，圆弧导线两端点A、C连线竖直。若给导线通以方向由A到C、大小为I的恒定电流，圆弧的半径为R，则导线受到的安培力的大小和方向是()A．IRB，水平向左 B．IRB，水平向右C．eq\f(π,3)IRB，水平向左 D．eq\f(π,3)IRB，水平向右A[根据几何知识可得导线在磁场中受安培力的有效长度为l＝2Rsin30°＝R，导线受到的安培力的大小为F＝IlB＝IRB，根据左手定则可知安培力的方向为水平向左，故A正确，B、C、D错误。]任务三磁电式电流表结构：磁场分布特点：尝试解释工作原理：优缺点：【练习】如图甲是磁电式电流表的结构示意图。极靴和铁质圆柱间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则()A．该磁场是匀强磁场B．穿过该线圈的磁通量为BL2C．a导线受到的安培力方向向下D．b导线受到的安培力大小为ILBABD[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方向是相反的，故A正确；根据安培力公式F＝IlB，可知线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大，故B正确；在线圈转动的范围内，各处的磁场都是均匀辐射分布，线圈平面都跟磁感线平行，但辐射状磁场的磁感线方向不同，并不是匀强磁场，故C错误；磁场呈辐射状，故电流与磁场相互垂直，结合安培力公式可知，线圈所受安培力大小与电流有关，而与所处位置无关，故D正确。]2.(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式仪表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法正确的是()A．线圈在磁场中转动时，它的平面始终跟磁感线平行B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．当线圈转到图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿逆时针方向转动D．当线圈转到图乙所示的位置，线圈不受安培力的作用