高二物理磁场第4节磁场对通电导线的作用力人教实验版知识精讲

1、用心 爱心 专心高二高二物理磁场第物理磁场第 4 节磁场对通电导线的作用力节磁场对通电导线的作用力人教实验版人教实验版【本讲教育信息本讲教育信息】一. 教学内容： 磁场 第 4 节 磁场对通电导线的作用力知识要点：知识要点：1. 掌握安培力大小的计算方法2. 会用左手定则确定安培力的方向重点、难点解析：重点、难点解析：磁场对放入其中的通电导线有力的作用，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。 一、安培力的方向：如图所示为通电直导线在磁场中其 I、B、F 三者方向间的关系，其安培力 F 的方向可以用以下方法判定：伸开左手让大拇指与其余四指垂直并与手掌在同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿入手

2、心，并使伸直的四指指电流的方向，那么，大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。这就是判定通电导线在磁场中受力方向的左手定则。由图可知，通电导线在磁场中所受安培力 F 的方向与电流 I、磁感应强度 B 的方向都垂直，即安培力 F 垂直于 B、I 所形成的平面。注意：如图所示，不管电流 I 方向与磁感应强度 B 的方向是否垂直，安培力 F 的方向总垂直于电流 I 与磁感应强度 B 所形成的平面。例 1. 判断并画出下图中通电直导线所受安培力的方向。用心 爱心 专心例 2. 判断平行的通电直导线间的相互作用力。例 3. 判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向问题，常用以下几种方法：

3、 （1）电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元。先用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向。例如：如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N 极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动?分析此问题时我们可以把圆形线圈分成很多小段，每一小段可以看作一段直线电流，取其中的上下两小段分析，其截面图和受安培力的情况如图所示。根据其中心对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向磁铁运动。请同学们思考，若磁铁的 N、S 极对调，线圈如何运动? （

4、2）特殊位置分析法：根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置。例如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的电流 I 时，试判断导线的运动情况。用心 爱心 专心 根据如图所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况。将导线 AB 从 N、S 极的中间。分成两段，对 AO、BO 段所处的磁场方向如图所示，由左手定则可知 AO 段受安培力方向垂直于纸面向外，BO 段受安培力的方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线 AB 将绕 O 点逆时针转动。 再根据导线转过 90时的特殊位置判断其上下运动情况。如图所示，导线 AB 此

5、时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动。 综合上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安培力使AB 逆时针转动的同时还要向下运动。（3）等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针也可等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。例如。对（1）中所举的例子还可以用等效分析法来分析。将图中的环形电流根据安培定则可等效为一个小磁针，如图所示，所以磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动。我们还可以将图中的条形磁铁等效为环形电流，根据安培定则其等效电流方向如图所示。由同向平行电流相互吸引可知，磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动。用心 爱心 专心（4）判断通电导线

6、在立体框架上处于磁场中的受力问题要学会画剖面图。二、安培力的大小 将长为 L 通有电流强度为 I 的导线放入匀强磁场中，磁感应强度为 B。1、导线与磁场方向平行：（即 BI） 导线受力为 F02、导线与磁场方向垂直：（BI）此时导线所受的安培力最大，FBIL3、导线与磁场方向不平行，其夹角为 ，如下图所示，FBILsin，此为一般情况下安培力的表达式。 讨论： FBILsin 1、公式中 指磁场方向与电流方向的夹角 当 0时，B/I，F0 当 90时，BI，FBIL2、导线所处的磁场应为匀强磁场，在非匀强磁场中，公式 FBILsin 仅适用于很短的通电导线（即电流元） 。用心 爱心 专心三、安

7、培力与力学知识的综合运用方法总结 1、通电导体在磁场、重力场中的平衡与加速运动问题的处理方法和纯力学问题一样，无非是多了一个安培力。2、解决这类问题的关键（1）受力分析时安培力的方向千万不可跟着感觉走，牢记安培力方向既跟磁感应强度方向垂直又和电流方向垂直；（2）画出导体受力的平面图；作好这两点，剩下的问题就是纯力学问题了。例 4. 如下图所示，两平行光滑导轨相距为 20 cm，金属棒 MN 的质量为 10 g，电阻R8，匀强磁场的磁感应强度 B0.8T，方向竖直向下，电源电动势 E10V，内阻rl。当电键 K 闭合时，MN 恰好平衡，求变阻器 R1的取值为多少?设45。分析：分析：先根据左手定

8、则判定安培力的方向，然后根据平衡条件列方程，再利用安培力公式以及闭合电路欧姆定律进行求解。解：解：金属棒平衡时的平面受力图，如图所示。当 MN 平衡时，有0cosBILsinmg由电路欧姆定律，得rRREI1由、式联立并代入数据，得 R17【点拨】改变观察角度，画出平面受力图，可使问题更便于分析。例 5. 质量为 m、长度为 L 的导体棒 MN 静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，方向与导轨平面成角斜向下，如图所示，求棒 MN 受到的支持力和摩擦力。用心 爱心 专心解析：解析：求解此题容易犯的错误就是认为磁感应强度 B 与棒 MN 斜交成角。实际上尽管磁感线

9、倾斜角，但磁场方向与棒 MN 仍是正交的。由左手定则判断安培力的方向时，要注意安培力的方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向，垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面，棒 MN 受力分析如图所示。由平衡条件有水平方向：sinFF竖直方向：mgFFNcos且BILF 从而得：sinBILF，mgBILFNcos答案：答案：sincosBILmgBIL四、磁电式电流表 磁铁和圆柱形铁芯间的磁场都沿半径方向，是均匀地辐向分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行。由左手定则可以判定，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动。 线圈转动时，螺旋弹簧就要变形，反抗线圈的转动

10、。电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变越大。所以，从线圈的偏转角度就能判断通过电流的大小。测量时指针偏转的角度跟电流强度成正比，这就是说，这种电流计的刻度是均匀的。这种利用永久磁铁来使通电线圈偏转的仪表叫做磁电式仪表。这种仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小。用心 爱心 专心【模拟试题模拟试题】1. 一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针上方，并与磁针指向平行，能使磁针的 S 极转向纸内，如图所示，那么这束带电粒子可能是（ ）A. 向右飞行的正离子束 B. 向左飞行的正离子束C. 向右飞行的负离子束 D. 向左飞行的负离子束2. 一根长为 0.2m

11、 的电流为 2A 的通电导线，放在磁感应强度为 0.5T 的匀强磁场中，受到的磁场力的大小可能是（ ） A. 0.4N B. 0.2N C. 0.1N D. 0N3. 关于磁场，以下说法正确的是 （）A. 电流在磁场中某点不受磁场力作用，则该点的磁感应强度一定为零B. 磁场中某点的磁感应强度，根据公式 B=F/IL，它跟 F，I，L 都有关C. 磁场中某点的磁感应强度的方向垂直于该点的磁场方向D. 磁场中任一点的磁感应强度由磁场本身决定4. 磁场中某点的磁感应强度的方向为（ ）A. 放在该点的通电直导线所受的磁场力的方向B. 放在该点的正检验电荷所受的磁场力的方向C. 放在该点的小磁针静止时

12、N 极所指的方向D. 通过该点磁场线的切线方向5. 如图所示，把轻质线圈用细线挂在一个固定的磁铁的 N 极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面。当线圈内通电时，下列结论中正确的是（ ）A. 电流方向如图中所示时，线圈将向左偏移B. 电流方向如图中所示时，线圈将向右偏移C. 电流方向与图中相反时，线圈将向左偏移D. 电流方向与图中相反时，线圈将向右偏移6. 关于通电导线所受安培力 F 的方向、磁场 B 的方向、电流 I 的方向之间的关系，下述说法中正确的是（ ）A. F，B，I 三者必须恒定保持垂直 B. F 必须垂直 B，I，但 B，I 可以不垂直C. B 必须垂直 F，I，但 F

13、，I 可以不垂直 用心 爱心 专心D. I 必须垂直 F，B，但 F，B 可以不垂直7. 如图所示，直线电流与通电矩形线圈同在纸面内，线框所受安培力的合力方向为 （）A. 向右 B. 向左 C. 向下 D. 向上8. 如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，其中央正上方固定一根直导线，导线与磁铁垂直，并通以垂直纸面向外的电流，（ ）A. 磁铁对桌面的压力减小、不受桌面摩擦力的作用B. 磁铁对桌面的压力减小、受到桌面摩擦力的作用C. 磁铁对桌面的压力增大，不受桌面摩擦力的作用D. 磁铁对桌面的压力增大，受到桌面摩擦力的作用9. 一根通有电流 I 的直铜棒用软导线挂在如图所示匀强磁场中，此时悬线中的张力大于零而小于铜棒的重力。欲使悬线中张力为零，可采用的方法有 （ ） A. 适当增大电流，方向不变B. 适当减小电流，并使它反向C. 电流大小、方向不变，适当增强磁场D. 使原电流反向，并适当减弱磁场10. 将长度为 30cm、通有 0.1A 电流的直导线放入一匀强磁场，导线与磁场方向夹角为30 度，已知磁感应强度为 1T，求导线所受的安培力。11. 如图，相距 20 cm 的两根光滑平行铜导轨，导