第2节 磁场对通电导线的作用——安培力

1、第三章第2节理解教材新知把握热点考向应用创新演练知识点一知识点一知识点二知识点二考向一考向三随堂基础巩固随堂基础巩固课时跟踪训练课时跟踪训练考向二返回返回返回1磁场对通电导线的作用力称为磁场对通电导线的作用力称为 安培力，安培力的方向由左手定则判定。安培力，安培力的方向由左手定则判定。2当通电导线与磁场方向平行时，当通电导线与磁场方向平行时， 导线不受安培力，当通电导线与磁导线不受安培力，当通电导线与磁 场方向垂直时，导线受安培力作用，场方向垂直时，导线受安培力作用， 其大小为其大小为FBIL。3电动机是靠安培力做功，将电能转电动机是靠安培力做功，将电能转 化成机械能的装置。化成机械能的装置。

2、返回返回 1探究磁场对通电导线的作用探究磁场对通电导线的作用 (1)实验原理：将通电导线置于磁场中，它将受到力实验原理：将通电导线置于磁场中，它将受到力的作用。取一蹄形磁铁，认为它的两极间的磁场均匀，将的作用。取一蹄形磁铁，认为它的两极间的磁场均匀，将一通电线框置于蹄形磁铁的两极间。电流的大小可以由滑一通电线框置于蹄形磁铁的两极间。电流的大小可以由滑动变阻器调节，通电导线在磁场中的长度可由并用的磁铁动变阻器调节，通电导线在磁场中的长度可由并用的磁铁数目改变，安培力的大小可通过弹簧测力计的读数求出。数目改变，安培力的大小可通过弹簧测力计的读数求出。自学教材自学教材返回(2)实验装置：如图实验装置

3、：如图321所示。所示。 (3)实验器材：铁架台、蹄形磁体实验器材：铁架台、蹄形磁体(2个个)，线框，弹簧，线框，弹簧测力计，电流表，电源、滑动变阻器，开关，导线若干。测力计，电流表，电源、滑动变阻器，开关，导线若干。图图321返回 (4)实验过程：实验过程： 按如图按如图321所示装置安装、连接实验器材，并使线所示装置安装、连接实验器材，并使线框下端与磁场方向垂直。框下端与磁场方向垂直。 在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数F0。 接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I1，记录弹，记录弹簧测力计的读数簧测

4、力计的读数F1。 继续调节滑动变阻器使电流表读数为继续调节滑动变阻器使电流表读数为I2，I3，In，观察并记录弹簧测力计相应的读数观察并记录弹簧测力计相应的读数F2，F3，Fn。 分别计算出分别计算出F1F0，F2F0，F3F0，FnF0，并，并填入表格中。填入表格中。返回Ii/AFiF0/N 列出列出Ii与与FiF0(i1,2,3，n)的对应关系。的对应关系。 紧挨着蹄形磁体再并排放上一个相同的蹄形磁紧挨着蹄形磁体再并排放上一个相同的蹄形磁体体(相同的极性在同一侧相同的极性在同一侧)。仍保持线框的竖直边在磁场。仍保持线框的竖直边在磁场区外，重复过程。区外，重复过程。返回 (5)实验结论：实验

5、结论： 当通电导线与磁场方向平行时，导线不受力。当通电导线与磁场方向平行时，导线不受力。 当通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线有当通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线有力的作用，力的大小与导线中的电流、导线长度和磁场强力的作用，力的大小与导线中的电流、导线长度和磁场强弱有关。精确实验表明：通电导线与磁场方向垂直时，磁弱有关。精确实验表明：通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线作用力的大小与导线长度和电流大小都成正场对通电导线作用力的大小与导线长度和电流大小都成正比，比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关。比，比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关。返回 2安培力的大小和方向安培力的大小

6、和方向 (1)定义：磁场对通电导线的作用力。定义：磁场对通电导线的作用力。 (2)公式：公式：FILB。 式中式中I的单位为安的单位为安(A)，L的单位为米的单位为米(m)，F的单位的单位为牛为牛(N)。 返回 (3)安培力方向的判定安培力方向的判定左手定则左手定则 内容：伸出左手，四指并拢，使大内容：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向沿电流方向，手心，四指指向沿电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向，如则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向，如

7、图图322所示。所示。图图322返回重点诠释重点诠释 1对安培力的理解对安培力的理解 (1)公式公式FILB是在通电导线与磁场方向垂直的情况下得是在通电导线与磁场方向垂直的情况下得出的。出的。 (2)安培力方向的特点：通电导线在磁场中受到的安培力安培力方向的特点：通电导线在磁场中受到的安培力方向，既与电流方向垂直，又与磁场方向垂直，或者说安培方向，既与电流方向垂直，又与磁场方向垂直，或者说安培力方向垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面。力方向垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面。 (3)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决

8、定的平面，所以仍可用左手定则来判断安直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。培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心。返回 (4)注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向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直，而电场力的关系：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。的方向与电场的方向平行。 (5)安培定则和左手定则的区别：安培定则和左手定则的区别： 安培定则确定的是电流方向和由电流产生的磁场方安培定则确定的是电流方向和由电流产生的磁场方向之间的关系。向之间的关系。 左手

9、定则确定的是磁场方向、电流方向和电流所受左手定则确定的是磁场方向、电流方向和电流所受磁场的作用力磁场的作用力(安培力安培力)的方向之间的关系。的方向之间的关系。返回2电场力与安培力的区别电场力与安培力的区别电场力电场力安培力安培力研究对象研究对象点电荷点电荷电流元电流元受力特点受力特点正电荷受力方向与电场方正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷相反向相同，负电荷相反安培力方向与磁场方安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直向和电流方向都垂直判断方法判断方法结合电场线方向和电荷正、结合电场线方向和电荷正、负判断负判断用左手定则判断用左手定则判断返回1在图在图323中标出了磁场的方向、通电直导线中电中标

10、出了磁场的方向、通电直导线中电流流I的方向，以及通电直导线所受安培力的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其的方向，其中正确的是中正确的是 ()图图323返回解析：解析：B选项导线和磁场方向平行，故通电导线不受安培选项导线和磁场方向平行，故通电导线不受安培力作用，再由左手定则，力作用，再由左手定则，C选项正确，选项正确，A、D错误。错误。答案：答案：C返回自学教材自学教材 1直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理 (1)直流电动机的构造：直流电动机的构造： 如图如图324所示是一个直流电动机的工作模型，由所示是一个直流电动机的工作模型，由磁场磁场(磁体磁体)、转动线圈、滑环、转动线圈、滑

11、环(两个半圆环两个半圆环A和和B)、电刷及、电刷及电源组成电源组成图图324返回 (2)工作原理：工作原理： 当电流由半圆环当电流由半圆环A流入时，则从流入时，则从B流出；当电流由流出；当电流由B流入时，则从流入时，则从A流出。因此，滑环在其中起了一个换流出。因此，滑环在其中起了一个换向器的作用。当线圈通电后，由于受到安培力的作用，向器的作用。当线圈通电后，由于受到安培力的作用，线圈在磁场中旋转起来。线圈在磁场中旋转起来。 2电动机的分类电动机的分类 (1)直流电动机。直流电动机。 (2)交流电动机。交流电动机。 返回 重点诠释重点诠释 (1)两个半圆环两个半圆环A和和B的作用是改变线圈中的电

12、流方向，的作用是改变线圈中的电流方向，从而确保线圈中安培力的方向与线圈转动方向一致。从而确保线圈中安培力的方向与线圈转动方向一致。 (2)无论直流电动机还是交流电动机，无论其结构多无论直流电动机还是交流电动机，无论其结构多复杂，但都是利用磁场对通电导线的作用把电能转化为机复杂，但都是利用磁场对通电导线的作用把电能转化为机械能的。械能的。返回2下列关于直流电动机的说法，错误的是下列关于直流电动机的说法，错误的是()A直流电动机是将电能转化为机械能的装置直流电动机是将电能转化为机械能的装置B直流电动机能把电能全部转化为动能直流电动机能把电能全部转化为动能C直流电动机是依靠磁场对电流的作用工作的直流

13、电动机是依靠磁场对电流的作用工作的D直流电动机工作时也会有发热现象，是电流的热效应直流电动机工作时也会有发热现象，是电流的热效应返回解析：解析：从能量角度来看直流电动机是把电能转化成机从能量角度来看直流电动机是把电能转化成机械能的装置。其工作原理是利用了磁场对电流的作用。械能的装置。其工作原理是利用了磁场对电流的作用。但由于线圈有一定的电阻，直流电动机在工作过程中但由于线圈有一定的电阻，直流电动机在工作过程中会产生一定的焦耳热。会产生一定的焦耳热。答案：答案： B返回返回 例例1如图如图325所示，一金所示，一金属直杆属直杆MN两端接有导线，悬挂于两端接有导线，悬挂于线圈上方，线圈上方，MN与

14、线圈轴线均处于与线圈轴线均处于竖直平面内，为使竖直平面内，为使MN垂直于纸面垂直于纸面向外运动，可以向外运动，可以 ()图图325返回 A将将a、c端接在电源正极，端接在电源正极，b、d端接在电源负极端接在电源负极 B将将b、d端接在电源正极，端接在电源正极，a、c端接在电源负极端接在电源负极 C将将a、d端接在电源正极，端接在电源正极，b、c端接在电源负极端接在电源负极 D以上判断都不正确以上判断都不正确 思路点拨思路点拨首先分析导线首先分析导线MN处线圈产生的磁场分处线圈产生的磁场分布情况，再根据左手定则判断布情况，再根据左手定则判断MN的受力情况。的受力情况。返回 解析解析按照按照A选项

15、中接法，由安培定则知螺线管上选项中接法，由安培定则知螺线管上端为端为N极，极，MN中电流方向自左向右，由左手定则知中电流方向自左向右，由左手定则知MN垂垂直于纸面向外运动。直于纸面向外运动。B选项中的接法使螺线管上端为选项中的接法使螺线管上端为S极，极，MN中电流方向自右向左，故由左手定则可判断，中电流方向自右向左，故由左手定则可判断，MN垂直垂直于纸面向外运动，所以于纸面向外运动，所以A、B正确。而正确。而C选项中螺线管上端选项中螺线管上端为为S极，极，MN中电流方向自左向右，则由左手定则可判知，中电流方向自左向右，则由左手定则可判知，MN垂直于纸面向内运动，所以选项垂直于纸面向内运动，所以

16、选项C不正确。不正确。答案答案 AB返回 对于这类对于这类“安培定则安培定则”“左手定则左手定则”同时应用的题目，同时应用的题目，弄清它们的应用范围是分析问题的关键。安培定则适用弄清它们的应用范围是分析问题的关键。安培定则适用于分析于分析“因电而生磁因电而生磁”类问题，而类问题，而“左手定则左手定则”适用于分析适用于分析“因电而受力因电而受力”类问题。类问题。返回1如图如图326所示，一根长直导线所示，一根长直导线穿过载有恒定电流的金属环的中心且穿过载有恒定电流的金属环的中心且垂直于环面。导线中和环中电流方向垂直于环面。导线中和环中电流方向如图所示，那么金属环受到的磁场力为如图所示，那么金属环

17、受到的磁场力为 ()A沿圆环半径向外沿圆环半径向外B等于零等于零C沿圆环半径向内沿圆环半径向内D水平向左水平向左图图326返回解析：解析：环形电流与直线电流激发的磁场处处平行，故环环形电流与直线电流激发的磁场处处平行，故环形电流形电流I1不受磁场力。故不受磁场力。故B正确。正确。 答案：答案：B返回 例例2如图如图327所示，把所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈极附近，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，则线圈电流后，则线圈() A向左运动向左运动

18、B向右运动向右运动 C静止不动静止不动 D无法确定无法确定图图327返回 审题指导审题指导解答本题应注意以下三点：解答本题应注意以下三点：(1)熟悉条形磁铁周围空间的磁场分布。熟悉条形磁铁周围空间的磁场分布。(2)通电线圈可等效成小磁针。通电线圈可等效成小磁针。(3)通电线圈也可看成由许多电流元组成。通电线圈也可看成由许多电流元组成。返回 解析解析法一：法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培安则，线圈等效成小磁针后，左端是由安培安则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动。极，异名磁极相吸引，线圈向左运动。法二：

19、法二：电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。圈向左运动。答案答案A返回 判断安培力作用下导体运动方向的常用方法判断安培力作用下导体运动方向的常用方法电流元法电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元受安培力的方向，然后判断整段导线每段电流元受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向所受安培力的方向，从而确定导线运动方向等效法等效法环形电流可等效

20、成小磁针，通电螺线管可以等效环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立返回特殊位特殊位置法置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向结论法结论法对于两平行直线电流，同向电流互相吸引，反向电对于两平行直线电流，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转到平行且电流方向相同的趋势转

21、换研转换研究究对象法对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律确定磁体所受电流磁场的反作用力，牛顿第三定律确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向从而确定磁体所受合力及运动方向返回2如图如图328所示，在蹄形磁铁的上方所示，在蹄形磁铁的上方用橡皮绳悬挂一根直导线用橡皮绳悬挂一根直导线CD，当导线，当导线中通有沿中通有沿CD方向的电流时，在磁场力方向的电流时，在磁场力的作用下，直导线的作用下，直导线CD将将 ()A向下平动，

22、橡皮绳再伸长一些向下平动，橡皮绳再伸长一些B向纸面外平动，橡皮绳再伸长一些向纸面外平动，橡皮绳再伸长一些CC端向纸面外转动，端向纸面外转动，D端向纸里转动，橡皮绳再伸长端向纸里转动，橡皮绳再伸长 一些一些DD端向纸面外转动，端向纸面外转动，C端向纸里转动，橡皮绳缩短一些端向纸里转动，橡皮绳缩短一些图图328返回解析：解析：用左手定则判断导线用左手定则判断导线CD左边受安培力垂直纸面向左边受安培力垂直纸面向外，导线外，导线CD右边受安培力垂直于纸面向里，故右边受安培力垂直于纸面向里，故C端向纸端向纸面外转动，面外转动，D端向纸面里转动，同时端向纸面里转动，同时CD还受到向下的安还受到向下的安培力，故橡皮绳中张力增大，橡皮绳的伸长量也增大一培力，故橡皮绳中张力增大，橡皮绳的伸长量也增大一些，故些，故C正确。正确。答案：答案：