第3章第1节打开电磁学的大门

1、第第1节磁场中的通电导线节磁场中的通电导线课标定位课标定位学习目标：学习目标：1. 通过实验，认识到通电导线在磁通过实验，认识到通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力场中受到的作用力称为安培力2知道影响安培力大小和方向的因素知道左知道影响安培力大小和方向的因素知道左手定则和安培力大小的计算公式能用左手定则手定则和安培力大小的计算公式能用左手定则判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，当通判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时安培力的大小电导线与磁场方向垂直时安培力的大小3了解线圈在磁场中的运动情况，以及磁电式了解线圈在磁场中的运动情况，以及磁电式仪表的工作原理仪表的工作

2、原理4知道电动机的工作原理，了解电动机的发明和知道电动机的工作原理，了解电动机的发明和利用在能源利用方式和工业发展中所起的作用利用在能源利用方式和工业发展中所起的作用重点难点：重点难点：1.影响安培力的因素及安培力大小的计影响安培力的因素及安培力大小的计算算2正确应用左手定则判断安培力的方向正确应用左手定则判断安培力的方向核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第1节节课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、会动的导线一、会动的导线1安培力定义：通电导线在磁场中受到的作用力安培力定义：通电导线在磁场中受到的作用力称为称为_2安培力方向：可以用左手定

3、则来判定，伸开左安培力方向：可以用左手定则来判定，伸开左手，四指与拇指在同一平面内并相互垂直，让磁手，四指与拇指在同一平面内并相互垂直，让磁感线垂直穿过手心，感线垂直穿过手心，_指向电流的方向，则指向电流的方向，则_所指的方向就是安培力的方向所指的方向就是安培力的方向3安培力的大小安培力的大小安培力安培力四指四指拇指拇指(1)实验表明，如图实验表明，如图311所示通电导线所受所示通电导线所受的安培力大小与磁感应强度、电流大小以及磁场的安培力大小与磁感应强度、电流大小以及磁场中垂直磁场方向导线的长度有关中垂直磁场方向导线的长度有关图图311(2)进一步实验研究表明：在匀强磁场中，当通电进一步实验

4、研究表明：在匀强磁场中，当通电导线与磁场垂直时，安培力的大小等于电流、磁感导线与磁场垂直时，安培力的大小等于电流、磁感应强度和导线长度的乘积应强度和导线长度的乘积(3)公式表达：公式表达：F_.BIl思考感悟思考感悟4两根通电导线之间的相互作用力：两同向电流间两根通电导线之间的相互作用力：两同向电流间的安培力是的安培力是_力，两反向电流间的安培力是力，两反向电流间的安培力是_力力二、会动的线圈二、会动的线圈1通电线圈在磁场中会转动：线圈与磁场平行放置，通电线圈在磁场中会转动：线圈与磁场平行放置，当线圈通有电流时，与磁场垂直的两个边会受到当线圈通有电流时，与磁场垂直的两个边会受到_作用，根据左手

5、定则判断知，两个力方向相作用，根据左手定则判断知，两个力方向相反，对线圈产生了转动反，对线圈产生了转动_的作用，使线圈绕中心的作用，使线圈绕中心轴转动轴转动2如图如图312所示，磁电式电流计就是根据这一原所示，磁电式电流计就是根据这一原理制成的第一个磁电式电流计是理制成的第一个磁电式电流计是_制作的，由制作的，由此实现了电流的定量测量此实现了电流的定量测量吸引吸引排斥排斥安培力安培力力矩力矩安培安培图图312三、揭开电动机旋转的奥秘三、揭开电动机旋转的奥秘线圈要不间断地转下去，在转过与磁场方向垂直的线圈要不间断地转下去，在转过与磁场方向垂直的位置后，就要改变线圈中的电流位置后，就要改变线圈中的

6、电流_，能够改变，能够改变电流方向的装置就是电流方向的装置就是_，与电源相连接的金，与电源相连接的金属片是电刷，如图属片是电刷，如图313所示所示方向方向换向器换向器图图313电动机转动的部分电动机转动的部分(如线圈如线圈)叫叫_，固定不动的，固定不动的部分部分(如永久磁铁和电动机的外壳如永久磁铁和电动机的外壳)叫叫_转子转子定子定子核心要点突破核心要点突破一、安培力方向的判断一、安培力方向的判断安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又跟电流方向垂直三个方向之间的关系可以用跟电流方向垂直三个方向之间的关系可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指跟其余四左手

7、定则来判定：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向的方向1由左手定则可判定由左手定则可判定FI，FB，但，但B与与I不一不一定垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场方向和定垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面在判断时，首先确定磁电流方向所决定的平面在判断时，首先确定磁场与电流所决定的平面，从而判断出安培力的方场与电流所决定的平面，从而判断出安培力

8、的方向向2若已知若已知B、I方向，安培力的方向唯一确定；但方向，安培力的方向唯一确定；但若已知若已知B(或或I与安培力的方向，与安培力的方向，I(或或B)的方向不唯的方向不唯一一3注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系安培力的方向总是与磁场的方向垂方向的关系安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行直，而电场力的方向与电场的方向平行即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1图图314中磁感应强度中磁感应强度B，电流，电流I和安培力和安培力F之间的方向关系错误的是之间的方向关系错误的是()图图314解析：解

9、析：选选D.由左手定则可以判定由左手定则可以判定A、B、C三三项中电流方向，磁感应强度方向和所受安培项中电流方向，磁感应强度方向和所受安培力方向间的关系正确，力方向间的关系正确，D项中所受安培力应向项中所受安培力应向左，故左，故D错误错误二、安培力大小的计算二、安培力大小的计算1影响安培力大小的因素影响安培力大小的因素安培力的决定因素有两个：一个是放入磁场中的安培力的决定因素有两个：一个是放入磁场中的一段导体的一段导体的Il的乘积，另一个是磁场本身，即磁的乘积，另一个是磁场本身，即磁场的磁感应强度场的磁感应强度B.因而安培力的改变：因而安培力的改变：(1)通过改变磁感应强度通过改变磁感应强度B

10、的大小来改变；的大小来改变；(2)通过改变通电导线的长短通过改变通电导线的长短l来改变；来改变；(3)通过改变通电导线电流通过改变通电导线电流I的大小来改变；的大小来改变；(4)通过改变通电导线在磁场中的放置位置来改通过改变通电导线在磁场中的放置位置来改变变2应用应用FBIl计算安培力时的注意事项计算安培力时的注意事项(1)公式公式FBIl适用于匀强磁场，且导线与磁场方适用于匀强磁场，且导线与磁场方向垂直的情况，若通电导线所在区域的向垂直的情况，若通电导线所在区域的B的大小的大小和方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导和方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处范围线所处范围B的大小和方

11、向近似相同，求出各段的大小和方向近似相同，求出各段导线所受的磁场力，然后再求合力导线所受的磁场力，然后再求合力安培力表达式中，若载流导体是弯曲导线，且导安培力表达式中，若载流导体是弯曲导线，且导线所在平面与磁感应强度方向垂直，则线所在平面与磁感应强度方向垂直，则l指弯曲导指弯曲导线中始端指向末端的直线长度如图线中始端指向末端的直线长度如图315所所示：示：图图315对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度场方向垂直时，线圈的有效长度l0，故通电后，故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定

12、为零即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(2011年济南学业水平测试模拟年济南学业水平测试模拟)在一根长为在一根长为0.2 m的直导线中通入的直导线中通入2 A的电流，将导线放在磁的电流，将导线放在磁感应强度为感应强度为0.5 T的匀强磁场中，则导线受到的的匀强磁场中，则导线受到的安培力的大小不可能是安培力的大小不可能是()A0.4 NB0.2 NC0.1 N D0解析：解析：选选A.当导线与磁场方向垂直时，有效长当导线与磁场方向垂直时，有效长度度 l 最 大 ， 安 培 力 最 大 ，最 大 ， 安 培 力 最 大 ， Fm a x B I l 0.520.2 N0.2

13、 N当导线与磁场方向平行当导线与磁场方向平行时，有效长度时，有效长度l0此时安培力最小，此时安培力最小，Fmin0，所以安培力大小的范围是所以安培力大小的范围是0F0.2 N，故，故B、C、D均正确，选均正确，选A.三、电动机工作原理分析三、电动机工作原理分析1均匀辐向分布的磁场：蹄形磁铁的两极分别装均匀辐向分布的磁场：蹄形磁铁的两极分别装上极靴，两极靴之间是圆柱状的软铁芯，磁化后总上极靴，两极靴之间是圆柱状的软铁芯，磁化后总是异名磁极相对，如图是异名磁极相对，如图316所示在铁芯和极所示在铁芯和极靴之间有一个很小的空间，磁场的分布是均匀辐向，靴之间有一个很小的空间，磁场的分布是均匀辐向，好像

14、是每一条磁感线都过圆柱的圆心由于线圈套好像是每一条磁感线都过圆柱的圆心由于线圈套在圆柱上，恰好处在辐向分布的磁场空间，不管线在圆柱上，恰好处在辐向分布的磁场空间，不管线圈转到哪个位置，线圈平面都是与磁感线平行，线圈转到哪个位置，线圈平面都是与磁感线平行，线圈所处的磁感应强度大小不变，就好像是处在匀强圈所处的磁感应强度大小不变，就好像是处在匀强磁场中磁场中图图3162安培力的力矩：当电流通过线圈的时候，线安培力的力矩：当电流通过线圈的时候，线圈上的跟铁芯轴线平行的两个边都受到安培力，圈上的跟铁芯轴线平行的两个边都受到安培力，这两个安培力的力矩使线圈发生转动线圈的这两个安培力的力矩使线圈发生转动线

15、圈的转动使螺旋弹簧扭转，产生一个阻碍线圈转动转动使螺旋弹簧扭转，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度的增大而增的力矩，其大小随线圈转动的角度的增大而增大当这两个力矩平衡时，线圈停止转动，稳大当这两个力矩平衡时，线圈停止转动，稳定在一个位置上电流越大，安培力的力矩越定在一个位置上电流越大，安培力的力矩越大，转动的角度就会越大大，转动的角度就会越大3表盘刻度均匀：根据胡克定律，螺旋弹簧表盘刻度均匀：根据胡克定律，螺旋弹簧的扭转力矩正比于形变量，这里的形变量就的扭转力矩正比于形变量，这里的形变量就是扭转的角度，安培力的力矩正比于电流是扭转的角度，安培力的力矩正比于电流I，扭转力矩等于安

16、培力的力矩，因此有扭转力矩等于安培力的力矩，因此有I，电流跟线圈转动的角度是线性关系，所以刻电流跟线圈转动的角度是线性关系，所以刻度均匀度均匀即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均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，下列说法中正确的是匀辐向分布的磁场，下列说法中正确的是()A该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同同B该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不等不等C使线圈平面始终与磁感线垂直使线圈平面始终与磁感线垂直D线圈所处位置的磁感应强度

17、大小都相等线圈所处位置的磁感应强度大小都相等解析：解析：选选D.两磁极之间装有极靴，极靴中间两磁极之间装有极靴，极靴中间又有一个铁质圆柱，极靴与铁质圆柱之间有又有一个铁质圆柱，极靴与铁质圆柱之间有一不大的缝隙，根据磁感线与磁极表面垂直一不大的缝隙，根据磁感线与磁极表面垂直的特点，磁化了的铁质圆柱与极靴间的缝隙的特点，磁化了的铁质圆柱与极靴间的缝隙处就形成了辐向分布的磁感线这样做的目处就形成了辐向分布的磁感线这样做的目的就是让通电线圈所在处能有一个等大的磁的就是让通电线圈所在处能有一个等大的磁场，并且磁感线始终与线圈平面平行，线圈场，并且磁感线始终与线圈平面平行，线圈受最大的磁场力故选项受最大的

18、磁场力故选项D正确正确课堂互动讲练课堂互动讲练安培力方向的判断安培力方向的判断 如图如图317甲所示，两根靠近的平行直甲所示，两根靠近的平行直导线通以方向相同的电流时，它们相互间的作用导线通以方向相同的电流时，它们相互间的作用力的方向如何？若两根细导线互相垂直且紧贴在力的方向如何？若两根细导线互相垂直且紧贴在一起，但彼此绝缘放置在同一平面内如图乙，把一起，但彼此绝缘放置在同一平面内如图乙，把AB固定，则通电后固定，则通电后CD将怎样运动？将怎样运动？图图317【精讲精析】【精讲精析】要分析导线要分析导线AB的受力方向，的受力方向，先由安培定则判断出导线先由安培定则判断出导线CD产生的磁场方向产

19、生的磁场方向如图如图318甲所示，再由左手定则判断甲所示，再由左手定则判断AB受受到的安培力方向指向到的安培力方向指向CD，用同样的方法画出，用同样的方法画出AB产生的磁场方向，再判定产生的磁场方向，再判定CD受到的安培力受到的安培力的方向指向的方向指向AB，因而两导线通以同向电流时，因而两导线通以同向电流时，互相吸引互相吸引在题图乙中，由于导线在题图乙中，由于导线CD处在不同方向的磁处在不同方向的磁场中，应分段分析，先由安培定则确定导线场中，应分段分析，先由安培定则确定导线AB产生的磁场方向，再由左手定则判定产生的磁场方向，再由左手定则判定CD左半左半段和右半段受到的安培力方向，如图段和右半

20、段受到的安培力方向，如图318乙所示所以乙所示所以CD将沿逆时针方向转动，即两将沿逆时针方向转动，即两导线不平行时，将转到两导线相互平行，且电导线不平行时，将转到两导线相互平行，且电流方向相同时为止流方向相同时为止图图318【答案】【答案】见精讲精析见精讲精析【方法总结】【方法总结】在判断安培力方向时，必须首先在判断安培力方向时，必须首先判定磁场方向和电流方向所确定的平面，从而判判定磁场方向和电流方向所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向安培力的方左手定则判断出安培力的具体方向安培力的方向总是垂直于

21、导线、磁感线所确定的平面向总是垂直于导线、磁感线所确定的平面安培力大小的计算安培力大小的计算 在赤道上，地磁场可以看做沿南北方向并在赤道上，地磁场可以看做沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5105 T如果赤道上有一条沿东西方向的直如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长导线，长20 m，载有从东向西的电流，载有从东向西的电流30 A，地磁，地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如何？场对这根导线的作用力有多大？方向如何？【精讲精析精讲精析】磁场沿南北方向，导线沿东西磁场沿南北方向，导线沿东西方向，即方向，即Bl，所以，所以FBIl30205105

22、N3102 N，由左手定则可判定导线，由左手定则可判定导线所受安培力的方向竖直向下所受安培力的方向竖直向下【答案答案】3102 N竖直向下竖直向下【方法总结方法总结】应用公式应用公式FBIl进行计算时要进行计算时要明确三点：明确三点：(1)若若B、I、l两两垂直时，两两垂直时，FBIl.(2)若若B与与I(l)夹角为夹角为时，时，FBIlsin.(3)以上两种情况中以上两种情况中l一定是一定是“有效长度有效长度” 如图如图319所示，相距所示，相距20 cm的两根光滑的两根光滑平行铜导轨，导轨平面倾角为平行铜导轨，导轨平面倾角为37，上面放，上面放着质量为着质量为80 g的金属杆的金属杆ab，整个装置放在，整个装置放在B0.2 T的匀强磁场中的匀强磁场中(1)若磁场方向竖直向下，要使金属杆静止在导轨若磁场方向竖直向下，要使金属杆静止在导轨上，必须通过多大的电流？上，必须通过多大的电流？(2)