（2021新人教版）高中物理选择性必修第二册第1章 1.磁场对通电导线的作用力讲义.doc

1、1 1. .磁场对通电导线的作用力磁场对通电导线的作用力 学习目标：学习目标：1.物理观念物理观念知道安培力的概念，会用左手定则判断安培力的方知道安培力的概念，会用左手定则判断安培力的方 向。向。2.科学思维科学思维掌握安培力的计算公式掌握安培力的计算公式 FIlBsin ，并会进行有关计算。，并会进行有关计算。 3.科学态度与责任科学态度与责任了解磁电式电流表的构造和原理。了解磁电式电流表的构造和原理。 一、安培力一、安培力 1定义：通电导线在定义：通电导线在磁场磁场中受到的力中受到的力。 2方向：用方向：用左手定则左手定则判断判断。 判断方法：伸开左手判断方法：伸开左手，使拇指与其余四个手

2、指使拇指与其余四个手指垂直垂直，并且都与手掌在同一并且都与手掌在同一 个平面内；让磁感线从个平面内；让磁感线从掌心掌心垂直垂直进入进入，并使四指指向并使四指指向电流的方向电流的方向，这时这时拇指拇指所所 指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 3安培力方向的特点安培力方向的特点 安培力方向与安培力方向与电流电流方向方向、磁感应强度的方向都垂直磁感应强度的方向都垂直，即垂直于导线即垂直于导线、磁感磁感 应强度决定的平面应强度决定的平面。 二、安培力的大小二、安培力的大小 F IlB B 与与 I 垂直垂直 0 B 与与 I 平行平行 ILBsi

3、n B 与与 I 的夹角为的夹角为 三、磁电式电流表三、磁电式电流表 1磁电式电流表的构造特点磁电式电流表的构造特点 (1)构造：磁铁构造：磁铁、线圈线圈、螺旋弹簧螺旋弹簧、指针指针、极靴极靴。(如图甲所示如图甲所示) (2)特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都使极靴与圆柱间的磁场都 沿沿半径半径方向均匀分布方向均匀分布，使线圈平面都与磁感线使线圈平面都与磁感线平行平行，使表盘刻度使表盘刻度均匀均匀。(如图乙如图乙 所示所示) 甲甲乙乙 2原理原理 (1)通电线圈在磁场中受通电线圈在磁场中受安培力安培力作用发生作用发生转动转动。螺

4、旋弹簧变形螺旋弹簧变形，反抗反抗线圈的线圈的 转动转动。 (2)线圈偏转的线圈偏转的角度角度越大越大，被测电流就越大被测电流就越大，所以根据线圈偏转角度的所以根据线圈偏转角度的大小大小， 可以确定被测电流的可以确定被测电流的大小大小；根据线圈偏转的；根据线圈偏转的方向方向，可以知道被测电流的方向可以知道被测电流的方向。 3优缺点优缺点：优点是灵敏度高优点是灵敏度高，可以测出可以测出很弱很弱的电流的电流；缺点是线圈的导线很缺点是线圈的导线很 细细，允许通过的电流很弱允许通过的电流很弱。如果希望它测量较大的电流值如果希望它测量较大的电流值，就要根据在必修第就要根据在必修第 三册中学到的方法扩大其量

5、程三册中学到的方法扩大其量程。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”，错误的打错误的打“”“”) (1)安培力的方向可能与磁场方向垂直安培力的方向可能与磁场方向垂直，也可能不垂直也可能不垂直。( () ) (2)通电导线在磁场中一定会受到安培力的作用通电导线在磁场中一定会受到安培力的作用。( () ) (3)安培力的方向与导线方向一定垂直安培力的方向与导线方向一定垂直。( () ) (4)磁电式电流表中的磁场为匀强磁场磁电式电流表中的磁场为匀强磁场。( () ) 2一根容易发生形变的弹性导线两端固定一根容易发生形变的弹性导线两端固定。导线中通有电流导线中通有电流，方向竖直向方向竖直向

6、上上。当没有磁场时当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右和水平向右和 垂直于纸面向外的匀强磁场时垂直于纸面向外的匀强磁场时，如图所示描述导线状态的四个图示中正确的是如图所示描述导线状态的四个图示中正确的是 () ABCD D用左手定则可判断出用左手定则可判断出， A 中导线所受安培力为零中导线所受安培力为零， B 中导线所受安培力中导线所受安培力 垂直于纸面向里垂直于纸面向里，C、D 中导线所受安培力方向水平向右中导线所受安培力方向水平向右，导线受力以后的弯曲导线受力以后的弯曲 方向应与受力方向一致，方向应与受力方向一致，D 正确，

7、正确，A、B、C 错误。错误。 3(多选多选)关于磁场对通电直导线的作用力的大小关于磁场对通电直导线的作用力的大小， ，下列说法中正确的是下列说法中正确的是 () A通电直导线跟磁场方向平行时作用力为零通电直导线跟磁场方向平行时作用力为零 B通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大 C作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角无关作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角无关 D通电直导线跟磁场方向斜交时肯定有作用力通电直导线跟磁场方向斜交时肯定有作用力 ABD安培力既垂直于通电导线，又垂直于磁场。当导线与磁场方向垂直安培力既垂直于通电导线，又垂直于磁场。当导线与磁场方向垂直

8、时时，安培力最大安培力最大，当导线与磁场方向平行时当导线与磁场方向平行时，安培力为零安培力为零，选项选项 A、B 正确正确，选选 项项 C 错误；通电直导线跟磁场方向斜交时，可将磁场沿平行于导线方向和垂直错误；通电直导线跟磁场方向斜交时，可将磁场沿平行于导线方向和垂直 于导线方向进行分解，垂直于导线方向的磁场为有效磁场，安培力不为零，选于导线方向进行分解，垂直于导线方向的磁场为有效磁场，安培力不为零，选 项项 D 正确。正确。 安培力的方向安培力的方向 1.如下图如下图，改变导线中电流的方向改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变？观察受力方向是否改变？ 2上下交换磁极的位置以改变磁场的方向

9、上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化？观察受力方向是否变化？ 提示：提示：改变改变变化变化 1安培力安培力 F、磁感应强度磁感应强度 B、电流电流 I 的关系的关系 (1)已知已知 I、B 的方向的方向，可唯一确定可唯一确定 F 的方向的方向。 (2)已知已知 F、B 的方向的方向，且导线的位置确定时且导线的位置确定时，可唯一确定可唯一确定 I 的方向的方向。 (3)已知已知 F、I 的方向时的方向时，磁感应强度磁感应强度 B 的方向不能唯一确定的方向不能唯一确定。 2安培定则安培定则(右手螺旋定则右手螺旋定则)与左手定则的区别与左手定则的区别 安培定则安培定则(右手螺旋定

10、则右手螺旋定则)左手定则左手定则 用途用途判断电流的磁场方向判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的判断电流在磁场中的 受力方向受力方向 适用对象适用对象直线电流直线电流 环形电流或通电环形电流或通电 螺线管螺线管 电流在磁场中电流在磁场中 应用方法应用方法 拇指指向电流的拇指指向电流的 方向方向 四指弯曲的方向四指弯曲的方向 表示电流的环绕表示电流的环绕 方向方向 磁感线穿过手掌心磁感线穿过手掌心， 四指指向电流的方向四指指向电流的方向 结果结果 四指弯曲的方向四指弯曲的方向 表示磁感线的方表示磁感线的方 向向 拇指指向轴线上拇指指向轴线上 磁感线的方向磁感线的方向 拇指指向电流受到的拇指指向

11、电流受到的 磁场力的方向磁场力的方向 3.两平行通电直导线的相互作用规律两平行通电直导线的相互作用规律：同向电流互相吸引同向电流互相吸引，反向电流互相排反向电流互相排 斥斥。 【例【例 1】下列各图中下列各图中，金属导体棒金属导体棒 ab 所受安培力所受安培力 F 方向正确的是方向正确的是() AB CD A根据左手定则根据左手定则，导体棒导体棒 ab 所受安培力方向垂直于导体棒斜向上所受安培力方向垂直于导体棒斜向上，A 正正 确；确；ab 棒和磁场方向平行，不受安培力，棒和磁场方向平行，不受安培力，B 错误；错误；ab 棒所受安培力方向垂直于棒所受安培力方向垂直于 导体棒向下，导体棒向下，C

12、 错误；错误；ab 棒所受安培力方向垂直于导体棒向左，棒所受安培力方向垂直于导体棒向左，D 错误。错误。 判断安培力方向常见的两类问题判断安培力方向常见的两类问题 跟进训练跟进训练 1在赤道上空在赤道上空，水平放置一根通以由西向东方向的电流的直导线水平放置一根通以由西向东方向的电流的直导线，则此导则此导 线线() A受到竖直向上的安培力受到竖直向上的安培力 B受到竖直向下的安培力受到竖直向下的安培力 C受到由南向北的安培力受到由南向北的安培力 D受到由西向东的安培力受到由西向东的安培力 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，画出此处赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西

13、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，选项是竖直向上的，选项 A 正确。正确。 安培力的大小安培力的大小 在匀强磁场在匀强磁场 B 中中，导线导线中中的电流为的电流为 I，当磁感应强度当磁感应强度 B 的方向与导线成的方向与导线成角角 时时，(如图如图)导线所受安培力导线所受安培力 F 应怎样求解？应怎样求解？ B 与导线夹角为与导线夹角为 提示提示： 把磁感应强度把磁感应强度 B 分解为两个分量分解为两个分量： 一个分量与导线垂直一个分量与导线垂直 B1Bsin

14、， 另一分量与导线平行另一分量与导线平行 B2Bcos (如图如图)，平行于导线的分量，平行于导线的分量 B2不对通电导线产不对通电导线产 生作用力生作用力， 通电导线所受作用力仅由通电导线所受作用力仅由 B1决定决定。 即即 FIlB1， 将将 B1Bsin 代入得代入得： FIlBsin 。 从右向左看甲图时从右向左看甲图时 B 与导线的关系与导线的关系 1FBILsin 适用于匀强磁场中的通电直导线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求弯曲导线在匀强磁场中 所受安培力时所受安培力时，L 为有效长度为有效长度，即导线两端点所连直线的长度即导线两端点所连直线的长度，相应的

15、电流方向相应的电流方向 沿沿 L 由始端流向末端由始端流向末端，如图所示如图所示。 2同样情况下同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时通电导线与磁场方向垂直时， ，它所受的安培力最大它所受的安培力最大；导线导线 与磁场方向平行时与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力它所受的安培力 介于介于 0 和最大值之间和最大值之间。 3在非匀强磁场中在非匀强磁场中，只要通电直导线只要通电直导线 L 所在位置的各点所在位置的各点 B 矢量相等矢量相等(包括包括 大小和方向大小和方向)，则导线所受安培力也能用上述公式计算则导线所受安培力也能用上述公

16、式计算。 4当电流同时受到几个安培力时当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的则电流所受的安培力为这几个安培力的 矢量和矢量和。 【例【例 2】如图所示如图所示，一段导线一段导线 abcd 位于磁感应强度大小为位于磁感应强度大小为 B 的匀强磁场的匀强磁场 中中，且与磁场方向且与磁场方向(垂直于纸面向里垂直于纸面向里)垂直垂直。线段线段 ab、bc 和和 cd 的长度均为的长度均为 L，且且 abcbcd135。流经导线的电流为流经导线的电流为 I，方向如图中箭头所示方向如图中箭头所示。导线段导线段 abcd 所受到的磁场的作用力的合力为所受到的磁场的作用力的合力为()

17、A方向沿纸面向上方向沿纸面向上，大小为大小为( 21)ILB B方向沿纸面向上方向沿纸面向上，大小为大小为( 21)ILB C方向沿纸面向下方向沿纸面向下，大小为大小为( 21)ILB D方向沿纸面向下方向沿纸面向下，大小为大小为( 21)ILB 思路点拨：思路点拨：(1)通电导线所受的安培力等于各段所受安培力的合力。通电导线所受的安培力等于各段所受安培力的合力。 (2)匀强磁场中弯曲导线的有效长度匀强磁场中弯曲导线的有效长度 L，等于连接两端点间的线段的长度。，等于连接两端点间的线段的长度。 A应用应用 FBIL 求安培力求安培力， 其中其中 IB， L 为导线的有效长度为导线的有效长度。

18、导线段导线段 abcd 的有效长度为线段的有效长度为线段 ad 的长度，由几何知识知的长度，由几何知识知 Lad( 21)L，故线段，故线段 abcd 所受所受 的合力大小的合力大小 FILadB( 21)ILB，导线有效长度的电流方向为，导线有效长度的电流方向为 ad，据左手，据左手 定则可以确定导线所受合力方向沿纸面向上，故定则可以确定导线所受合力方向沿纸面向上，故 A 项正确。项正确。 应用安培力公式应用安培力公式 FBIlsin 解题的技巧解题的技巧 应用公式应用公式 FBIlsin 求安培力大小时不能死记公式，应正确理解公式中各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

19、实质物理量的实质， 可将可将 Bsin 理解为有效磁感应强度或将理解为有效磁感应强度或将 lsin 理解为有效长度理解为有效长度， 为磁场方向与直导线为磁场方向与直导线 l 之间的夹角。之间的夹角。 跟进训练跟进训练 2 如图所示如图所示， 导线框中电流为导线框中电流为 I， 导线框垂直于磁场放置导线框垂直于磁场放置， 磁感应强度为磁感应强度为 B， AB 与与 CD 相距为相距为 d，则则 MN 所受安培力大小所受安培力大小() A FBId B FBIdsin C F BId sin D FBIdcos C导线框中电流为导线框中电流为 I，导线框垂直于磁场放置导线框垂直于磁场放置，AB 与

20、与 CD 相距为相距为 d，此时此时 切割磁场的导线的长度为切割磁场的导线的长度为 d sin ，此时受到的安培力大小为 ，此时受到的安培力大小为 FBILBI d sin ， ， 方向垂直于方向垂直于 MN 向下，故向下，故 C 正确。故选正确。故选 C。 1(多选多选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场， 下列说法正确的是下列说法正确的是() A该磁场的磁感应强度大小处处相等该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向相同方向相同 B该磁场的磁感应强度的方向处处相同该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不等大小不等 C使线圈

21、平面始终与磁感线平行使线圈平面始终与磁感线平行 D该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度大小都相等该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度大小都相等 CD磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间均匀辐向分布的磁场磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间均匀辐向分布的磁场， 使线圈平面使线圈平面 始终与磁感线平行始终与磁感线平行， C 正确正确； 该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度大小处处相该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度大小处处相 等，但方向不同，等，但方向不同，A、B 错误，错误，D 正确。正确。 2如图所示如图所示，一根有质量的金属棒一根有质量的金属棒 MN， ，两端用细软导线连接后悬于两端用细软导线连接后悬于 a、

22、b 两点两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流棒中通有电流，方向方向从从 M 流向流向 N，此时悬线上有拉力此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零为了使拉力等于零，可以可以() A适当减小磁感应强度适当减小磁感应强度 B使磁场反向使磁场反向 C适当增大电流适当增大电流 D使电流反向使电流反向 C首先对首先对 MN 进行受力分析进行受力分析， MN 受竖直向下的重力受竖直向下的重力 G， 受两根软导线的受两根软导线的 竖直向上的拉力和安培力竖直向上的拉力和安培力。处于平衡时处于平衡时：2FBIlmg，重力重力 mg 恒定不变恒定不变，欲欲

23、 使拉力使拉力 F 减小到减小到 0，应增大安培力应增大安培力 BIl，所以可增大磁场的磁感应强度所以可增大磁场的磁感应强度 B 或增加或增加 通过金属棒中的电流通过金属棒中的电流 I，或二者同时增大，或二者同时增大，C 对。对。 3一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中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导线上的电流方向由左 向右向右，如图所示如图所示。在导线以其中心点为轴转动在导线以其中心点为轴转动 90的过程中的过程中，导线受到的安培力导线受到的安培力 () A 大小不变大小不变，方向不变方向不变 B 由零增大到最大由零增大到最大，方向时刻改变方向时刻改变

24、 C 由最大减小到零由最大减小到零，方向不变方向不变 D 由零增大到最大由零增大到最大，方向不变方向不变 D设电流与磁场的夹角为设电流与磁场的夹角为，导体棒受的安培力为：，导体棒受的安培力为：FBIlsin ，其中，其中 从从 0 增大到增大到 90，sin 由由 0 增加到增加到 1，故安培力由零逐渐增大；根据左手定则，故安培力由零逐渐增大；根据左手定则， 安培力垂直于电流方向和磁场方向构成的平面安培力垂直于电流方向和磁场方向构成的平面，方向方向一直不变一直不变；故故 A、B、C 错错 误，误，D 正确。正确。 4如图所示如图所示，在南北方向安放的长直导线的正上方用细线悬挂一条形小磁在南北方

25、向安放的长直导线的正上方用细线悬挂一条形小磁 铁铁，当导线中通入图示的电流当导线中通入图示的电流 I 后后，下列说法正确的是下列说法正确的是() A磁铁磁铁 N 极向里转极向里转，悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力 B磁铁磁铁 N 极向外转极向外转，悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力 C磁铁磁铁 N 极向里转极向里转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力 D磁铁磁铁 N 极向外转极向外转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力 C由条形磁铁的磁场分布，并由左手定则，可知导线左半部分

26、受到安培由条形磁铁的磁场分布，并由左手定则，可知导线左半部分受到安培 力方向垂直纸面向外，右半部分安培力方向垂直纸面向里，由牛顿第三定律得力方向垂直纸面向外，右半部分安培力方向垂直纸面向里，由牛顿第三定律得 磁铁左半部分受到安培力方向垂直纸面向里，右半部分安培力方向垂直纸面向磁铁左半部分受到安培力方向垂直纸面向里，右半部分安培力方向垂直纸面向 外外，因此条形磁铁因此条形磁铁 N 极向里转极向里转。当转过当转过 90时导线受力竖直向上时导线受力竖直向上，则磁铁受力竖则磁铁受力竖 直向下，导致悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力，故直向下，导致悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力，故 C 正确。正确。 5

27、如图所示如图所示，电源电源、开关与光滑的金属导轨相连开关与光滑的金属导轨相连，导轨与水平方向成导轨与水平方向成 37 角放置角放置，当导线当导线 MN 放于导轨上时接通电源放于导轨上时接通电源，通过通过 MN 的电流可达的电流可达 5 A。把整个把整个 装置放在竖直方向的匀强磁场中装置放在竖直方向的匀强磁场中，则则 MN 刚好静止刚好静止。试画出导线的受力图试画出导线的受力图，并并 求出磁场求出磁场 B 的方向及大小的方向及大小。(已知已知 MN 的质量为的质量为 10 g，长为长为 20 cm，重力加速重力加速度度 g10 m/s2) 解析解析磁场方向在竖直方向磁场方向在竖直方向，由左手定则可知由左手定则可知，导体导体 MN 所受安培力在水所受安培力在水 平方向，要使导体平方向，要使导体 MN 静止，安培力必须水平向右。由左手定则可知磁场方向静止，安培力必须水平向右。由左手定则可知磁场方向 竖直向下。竖直向下。 对对 MN 棒受力分析，根据共点力平衡得棒受力分析，根据共点力平衡得 Fmgtan ， 又又 FBIL， 解得解得 Bmgtan IL 0.01 10tan 37 50.2 T7.510 2T。 。 答案答案0.075 T，方向竖直向下方向竖直向下