磁场对通电导线的作用力高二下学期物理人教版（2019）选择性必修二

1.1磁场对通电导线的作用力(2)磁感应强度的大小

(比值定义法，B、L两者垂直)磁感应强度(1)定义：在导线与磁场垂直的情况下，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。(3)单位：际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是T，即复习安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。复习:下列有关实验时要满足的条件或者实验现象说法正确的是

A.甲图为奥斯特发现电流磁效应的实验，图中的通电导线应沿东西方向放置B.乙图中当通电直导线附近的小磁针如图所示，则导线中的电流方向向下C.丙图中当两通电导线的电流方向相同时，两通电导线会互相排斥D.丁图中当导线环中沿逆时针方向通过电流时，小磁针最后静止时N极指向纸内B磁场的基本性质是对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用。问题：安培力的方向与哪些因素有关？通电导线在磁场中受到的力叫安培力。实验探究：U金属导轨可自由移动的金属杆12利用水平导轨上的金属棒进行实验，首先保持电流方向不变，改变磁极位置即改变磁场方向，观察受力方向是否改变；然后保持磁场方向不变，改变导线中电流方向，观察受力方向是否改变。一、安培力1、定义：通电导线在磁场中的受力称为安培力2、矢量性：（1）有大小（2）有方向3、力的性质：场力4、安培在磁场对电流的作用的突出贡献而命名为安培力二、安培力的方向实验方案：1.实验方法：控制变量法2.实验步骤：按照图所示，组装好器材，进行实验，观察导体棒受力方向。（1）上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察导体棒受力方向是否改变。（2）改变导体棒中电流的方向，观察受力方向是否改变。演示实验磁场向上、电流向外，安培力向左磁场向上、电流向里，安培力向右磁场向下、电流向外，安培力向右磁场向下、电流向里，安培力向左数据分析B、I、F三个物理量两两垂直1、左手定则：伸出左手，四指与大拇指垂直，让磁感线从手心穿过手掌，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、先看磁，再看电，最后在判断二、安培力的方向例2.画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。当电流与磁场方向夹角为θ时:BFB⊥B∥BIF一定与B垂直，一定与I垂直；即安培力垂直于电流和磁场所在的平面.但B与I不一定垂直.电流与磁场方向不垂直的安培力方向3、安培力方向的特点(1)F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I

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于电流与磁场所决定的平面，所以仍可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．BI通电导线间的相互作用如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。用学过的知识加以分析同向电流间的相互作用反向电流间的相互作用F同向电流间的相互作用F12先看场，再看电，最终再判断FF反向电流间的相互作用先看场，再看电，最终再判断4、通电导线间的相互作用（1）同向电流相互吸引（2）异向电流相互排斥F、B、I的方向关系BIF位置关系示意图安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面。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。左手定则：例1.下列各图安培力F的方向正确的是(

)C试解释：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥。在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。即

F=BIL结论:当两者不垂直时，安培力的大小呢？当I与B平行时，安培力为零；BθIB⊥B∥当I与B成一夹角θ时，F=BILsinθ例2、通电直导线I与通电闭合线框abcd在同一平面内，不计重力，若直导线固定，那么闭合线框将（）A.在纸面内向上运动B.在纸面内向下运动C.在纸面内远离导线D.在纸面内靠近导线D例3、如图所示，金属杆ab的质量为m，长为L，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面夹角为θ斜向上，金属杆ab始终静止于水平导轨上，则以下正确的是（）A．金属杆受到的安培力的大小为B．金属杆所受摩擦力大小为C．金属杆对导轨压力可以为0D．仅使磁感应强度B反向，其它条件不变，摩擦力大小不变D例4、等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接，已如导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为

。1.5F对安培力大小计算公式的深刻理解①公式F＝ILB中L指的是“有效长度”。当B与I垂直时，F最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0。②当B与I垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点之间的长度，相应的电流沿L由始端向末端。F=BIL例4（法二）：已如导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为

F。1.5FI1=0.5I2磁电式电流表磁电式电流表的构造铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动.所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈转到什么位置，线圈平面都与磁感线平行。观察蹄形磁铁和铁芯间的磁场有什么特点？（均匀辐向磁场)FF均匀辐向磁场是匀强磁场吗？

不是匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆周上，各点的磁感应强度大小相等。电流表的工作原理

(1)当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力使线圈发生转动，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的作用，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍作用和安培力使线圈转动的作用相平衡时，线圈停止转动。(2)磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的使线圈转动的作用也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。表盘的刻度均匀，θ∝I(3)当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。磁电式仪表有哪些优点？灵敏度高，可以测出很弱的电流。磁电式仪表有哪些缺点？

由于绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱，若电流超过允许值，很容易烧坏。若希望用它测量较大的电流值，就要扩大其量程。CD例5、(多选)如图是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图示方向的电流I，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.线圈平面总与磁场方向垂直C.线圈将顺时针转动 D.a、b导线受到的安培力大小均为BIL例6、质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4，磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示。现调节滑动变阻器的滑片，为使杆ab静止不动，则通过杆ab的电流范围为多少？(g取10m/s2)。题干精简：已知m=0.02kg，d=0.2m，μ=0.4，B=2T。=37°杆ab静止不动，求通过杆ab的电流范围?0.14~0.46A安培力与力学综合问题的解题思路1.受力分析前，将三维立体图转化为二维平面图。2.在平面图中，利用左手定则判断安培力方向。3.进行受力分析。4.结合矢量三角形或者平衡条件求解。例7、如图，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O´，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ。则磁感应强度方向和大小可能为（）A．z正向，

B．y正向，C．z负向，

D．沿悬线向上，BCB选项：y正向,?θ正确m，LθAC选项：z正向，z负向？B=?

z负向，m，LD选项：沿悬线向上，?θ错误m，Lθm，L拓展：磁感应强度至少为多大，导线才能在该位置保持静止？F安mgT安培力作用下导体的运动问题思考：如图所示，一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合。当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，则线圈L1将怎样运动？尝试用几种不同的方法分析。方法1：结论法通电线圈L1或L2都可看作由两个半圆环电流组成，半圆环中的电流可等效为同向或反向电流，根据“同向电流相吸引，反向电流相排斥”，可知从左向右看，线圈L1将顺时针转动。方法2：电流元法把线圈L1以水平转动轴为界分成上、下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在固定线圈L2产生的磁场中；根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上；由左手定则可得，上半部分各电流元所受安培力均指向纸外，下半部分各电流元所受安培力均指向纸内；因此从左向右看线圈L1将顺时针转动。方法3:等效法把通电线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流L2的中心，小磁针最终静止时，N极应指向环形电流L2产生的磁场在该点的磁感应强度方向。由安培定则知，L2产生的磁场在其中心处的磁感应强度竖直向上，而小磁针转动前N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为竖直向上，即从左向右看，线圈L1将顺时针转动。key：小磁针/条形磁铁环形电流例8．如图所示，将通电直导线AB用悬线悬挂在电磁铁的正上方