第1节　磁场对通电导线的作用力 教学课件

物理第一章安培力与洛伦兹力第1节磁场对通电导线的作用力[学习目标]1．知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向。2．会推导匀强磁场中安培力的表达式，会计算匀强磁场中安培力的大小。3．知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理。01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标知识点1安培力的方向1．安培力：____________在磁场中受的力。2．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__________________，并使四指指向______的方向，这时____________的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。通电导线从掌心垂直进入电流拇指所指3．安培力方向、磁场方向、电流方向的关系：F⊥B、F⊥I，即F垂直于B和I所决定的平面。[判一判]1．(1)当通电直导线垂直于磁感应强度方向时，安培力的方向和磁感应强度方向相同。(

)(2)通电导线在磁场中一定会受安培力的作用。(

)××BIL0BILsinθ[判一判]2．(1)两根通电导线在同一匀强磁场中，若导线长度相同，电流大小相等，则所受安培力大小相等，方向相同。(

)(2)通以10A电流的通电直导线，长为0.1m，处在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中，所受安培力的大小可能为0.02N。(

)×√知识点3磁电式电流表1．构造：最基本的组成部分是______和放在磁体两极之间的______。磁体线圈2．原理(1)通电线圈在磁场中受安培力发生______。螺旋弹簧______，以______线圈的转动。

(2)线圈偏转的______越大，被测电流就越大，所以根据线圈偏转角度的______，可以判断通过电流的大小；电流方向改变时，指针的偏转方向也随着改变，根据指针的偏转______，可以知道被测电流的方向。转动变形反抗角度大小方向3．特点：表盘刻度______。4．优、缺点(1)优点：灵敏度高，可以测出______的电流。(2)缺点：线圈的导线______，允许通过的电流很弱。均匀很弱很细[判一判]3．(1)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。(

)(2)增加线圈匝数和增加线圈面积都可以提高磁电式电流表的灵敏度。(

)×√1．(安培力)如图所示，一根长直导线穿过载有恒定电流的金属环的中心且垂直于环面，导线和金属环中的电流如图所示，那么金属环所受安培力(

)

A．沿圆环半径向里 B．等于0C．沿圆环半径向外 D．水平向左解析：据安培定则可以确定，直导线产生的磁场与金属环中电流平行，故金属环不受安培力，B正确。√2．(左手定则)在下图所示的各图中，表示磁感应强度B、电流I及电流受力F三者方向关系正确的是(

)

解析：根据左手定则可得只有A正确。√3．(安培力的大小)一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图所示。在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力(

)A．大小不变，方向不变B．由0增大到最大，方向不变C．由最大减小到0，方向不变D．由0增大到最大，方向时刻变化√解析：导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导线不受安培力；当导线转过一个小角度后，电流与磁场方向不再平行，导线受到安培力的作用；当导线转过90°时，电流与磁场方向垂直，此时导线所受安培力最大。根据左手定则判断知，力的方向始终不变，B正确。4．(磁电式电流表)磁电式电流表的结构图如图甲所示，磁极间的磁场分布图如图乙所示，以下选项正确的是(

)①指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力矩与线圈受到的磁力矩方向是相反的②通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大③在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场④在线圈转动的范围内，线圈所受磁力矩与电流有关，而与所处位置无关A．①②

B．③④C．①②④

D．①②③④√解析：当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈转动的力矩平衡时，线圈停止转动，即两力矩大小相等、方向相反，故①正确；磁电式电流表的极靴与圆柱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③错误，④正确；电流越大，电流表指针偏转的角度也越大，故②正确。综上所述选C。探究一安培力的方向【问题导引】

利用如图所示的实验装置进行实验。(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，细铜杆受力的方向是否改变？(2)改变细铜杆中电流的方向，细铜杆受力的方向是否改变？(3)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？提示：(1)细铜杆受力的方向改变。(2)细铜杆受力的方向改变。(3)安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则。1．安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，即安培力的方向垂直于电流跟磁场决定的平面。判断安培力的方向时，首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，再根据左手定则判断安培力的具体方向。2．电流方向和磁场方向之间没有因果关系，这两个方向的关系是不确定的，这两个方向共同决定了安培力的方向。所以，已知电流方向和磁场方向时，安培力的方向是唯一确定的，但已知安培力和磁场方向时，电流方向不确定。3．与磁场力相比，电场力是纵向力，其方向总是与电场方向平行，而磁场力是横向力，其方向总是与磁场方向垂直。【例1】(2022·四川成都期末)如图，两条垂直于纸面放置的直导线，通有大小相等、方向相同的电流。O为两导线连线的中点，P、Q为两导线连线中垂线上的两点，且OP＝OQ。下列说法正确的是(

)A．O点的磁感应强度不为零B．P、Q两点的磁感应强度方向相同C．若在Q点放置一条电流方向垂直于纸面向里的通电导线，其受力方向为Q→OD．若在P点放置一条电流方向垂直于纸面向里的通电导线，其受力方向为水平向左√[解析]

根据安培定则可以判断O点的磁感应强度为零，P点的磁感应强度方向水平向左，Q点的磁感应强度方向水平向右，故A、B错误；若在Q点放置一条电流方向垂直于纸面向里的通电导线，根据左手定则得受力方向为Q→O，故C正确；若在P点放置一条电流方向垂直于纸面向里的通电导线，根据左手定则得受力方向为P→O，故D错误。[针对训练1]一根容易变形的弹性导线，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，描述导线状态的四个图示正确的是(

)√解析：根据左手定则可得只有D正确。探究二安培力的大小【问题导引】1．如何计算磁场中弯曲导线所受安培力的大小？2．公式F＝ILBsinθ在非匀强磁场中是否适用？提示：1.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。2．仅适用于很短的通电导线。1．对安培力F＝ILBsinθ的理解(1)θ是B与I的夹角，当B与I垂直，即sin90°＝1时，F＝ILB。(2)B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。(3)L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(如图)；相应的电流沿L由始端流向末端。2．F＝ILBsinθ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。3．电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用，当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。【例2】(2022·江苏扬州期末)如图所示，直角三角形闭合线框abc处于匀强磁场中，∠acb＝30°，磁场方向垂直于线框平面向里，线框中通入顺时针方向电流时，下列说法正确的是(

)A．ab边受到的安培力向右B．ac边受到的安培力与ab边受到的安培力大小相等C．ab边与bc边受到的安培力的合力大于ac边受到的安培力D．整个线框所受的安培力的合力为零√[解析]

根据左手定则可知ab边受到的安培力向左，A错误；ac边受到的安培力大小Fac＝BIlac，ab边受到的安培力大小Fab＝BIlab，因为磁感应强度B和电流I大小相等，且lac＞lab，故ac边受到的安培力大于ab边受到的安培力，B错误；根据安培力大小的计算公式可知，线框三边受到的安培力的大小与三边长度成正比，又根据左手定则可知线框三边受到的安培力的方向，易知线框三边受到的安培力构成一个矢量三角形，因此整个线框所受的安培力的合力为零，故ab边与bc边受到的安培力的合力大小等于ac边受到的安培力大小，方向与之相反，C错误，D正确。[针对训练2]如图所示的各图中，磁场的磁感应强度大小相同，导线两端点a、b间的距离均相等，导线中电流均相等，则各图中有关导线ab段所受的安培力的大小的判断正确的是(

)

A．丁图最大 B．乙图最大C．一样大

D．无法判断√解析：安培力公式F＝BIL⊥，其中L⊥为垂直于磁场方向的有效长度，甲、乙、丙、丁四个图中导线的有效长度相等，所以所受的安培力大小相等。[针对训练3]

(多选)通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行。关于MN产生的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是(

)A．线框有两条边所受的安培力方向相同B．线框有两条边所受的安培力大小相等C．线框所受的安培力的合力为零D．线框所受的安培力的合力方向向右√√解析：直线电流周围的磁场不是匀强磁场，离电流越远处磁场越弱，磁感线是以电流为中心的同心圆，判断电流的磁场方向用安培定则，判断安培力方向用左手定则，由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外，bc边、ad边处于非匀强磁场中，但由于对应位置的磁感应强度相同，由F＝IlB及左手定则可判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反。ab边受到向右的安培力Fab，cd边受到向左的安培力Fcd，因为ab边所处位置的磁场较强，cd边所处位置的磁场较弱，故Fab＞Fcd，线框所受合力方向向右。B、D正确。探究三安培力的应用实例

【例3】图为某科技小组设计的一电流表的原理示意图。质量为m的匀质细金属棒MN的中点处通过挂钩与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连，绝缘弹簧劲度系数为k。在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，与MN的右端N连接的绝缘轻指针可指示标尺上的读数，MN的长度大于

，当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合；当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流。(1)当电流表示数为0时，弹簧伸长多少？(重力加速度为g)(2)若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接？[针对训练4]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发射炮弹的装置——电磁炮，其原理如图所示。把待发炮弹(导体)放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作为一个通电导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去。现要提高电磁炮的发射速度，下列方案在理论上可行的是(