高中物理磁场3.4通电导线在磁场中受到的力学案

1、 / 6通电导线在磁场中受到的力【学习目标】.知道安培力的概念，会用左手定则判断安培力的方向.理解并掌握安培力的计算公式F= BILsin 0 . 了解磁电式电流表的构造及原理.1自主学习 f【网络构建】谶场对通电导线 的作用力一安 培力一、安培力的方向.安培力：通电导线在 中受的力。.决定安培力方向的因素： 和磁感应强度方向。.左手定则：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个平面内。让从掌心进入，并使四指指向 ,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 的方向。.安培力的特点：F B, F I,即F垂直于 决定的平面.平行通电导线间的作用力：电流方向相同，两导线相互 ;电

2、流方向相反，两导线相互 、安培力的大小 TOC o 1-5 h z .当通电导线垂直磁场方向放置时所受安培力的大小F=。.当磁感应强度 B的方向与通电导线平行时，导线受力F=。.当磁感应强度 B的方向与通电导线方向成0角时，F=,。为B与I的夹角。.想一想通电导线在磁场中一定受到安培力吗？若通电导线不受安培力作用，是否可以判定该处无磁场吗？.原理：通电线圈在磁场中受到 而偏转。线圈偏转的角度越大，被测电流就越大.根据线圈 偏转方向，可以知道被测电流的方向。.构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。.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沿半径方向，保持线圈转动时，安培力

3、的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直，使线圈平面都与磁场方向平行，使表盘刻度均匀。.优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱。5.想一想用磁电式电流表测量电流时，通电线圈的四条边是.否都受到安培力的作用？答案 一、1.磁场2.电流方向3. 磁感线 电流的方向 安培力4. B 和I 5. 吸引 排斥二、1. IlB 2. 0 3. IlB sin 0 4.当通电导线与磁场方向平行时不受安培力作用.若通电导线不受安培力作用，则该处可能无磁场，也可能有磁场。三、1.安培力5.不是.一通电线圈的左右两边与磁场方向垂直，受到安培力的作用；通电线圈的内

4、外 两边始终与磁场方向平行，不受安培力的作用知识点一 安培力的方向.如何判断安培力的方向(1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，即安培力的方向垂直于电流跟磁场决定的平面.所以判断安培力的方向时， 首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，再根据左手定则判断安培力的具体方向。(2)当电流方向与磁场方向不垂直时，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，只是磁感线不是垂直进入掌心。.电流方向、磁场方向和安培力方向三者的关系电流方向和磁场方向间没有因果关系，这两个方向的关系是不确定的.这两个方向共同决定了安培力

5、的方向，所 .以， 已知电流方向和磁场方向时，安培力的方向是唯一确定的，但已知安培力和磁场方向时，电流方向不确定。.电场力与磁场力的方向特点与磁场力相比，电场力是纵向力其方向总是与电场方向平行，而磁场力是横向力，其方向总是与磁场方向垂直。知识点一 安培力的方向【典例探究】【典例1】 在下列各图中，分别标出了匀强磁场的磁感应强度 B的方向、电流I 的方向以及通电直导线所受安培力 F的方 向，其中正确表示这三个方向关系的图是()【典例2】在下图中，表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场对电流作用力F的方向关系不正确的是()【名师点睛】(1) F1I , FB1, (1 B 与 I 不一定垂直。(2)

6、若已知R I方向，F方向惟一确定，但若已知B(或I)、F方向，1(或廿方向不惟一。(3)应用左手定则时，四指指向电流方向， 大拇指指向安 培力方向，但磁感线不一定要垂直穿过掌心， 磁感线的方向要 与大拇指垂直，不一定与四指垂直.(4)判断磁场力时用左手，判断电流磁效应时用右手(左力右电)，应.避免混淆。知识点二安培力大小的计算.对安培力 F=ILBsin 0的理解当磁场和电流成 0角时，如图所示。可以将磁感应强度B正交分解成Et=Bsin 0和B/=Bcos 0 ,而B/对电流没有作用。F= BIL = BILsin 。，即 F= BILsin 0 。(1)当B与I垂直时，即sin90 = 1

7、,则F= ILB; 当B与I成0角时，F=ILBsin 0 , 0是B与I的夹 角。2) L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长 度L,等于连接两端点直线的长度 (如图)；相应的等效 电流沿L由始端流向末端。2. F=ILBsin 0的适用条件导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中,知识点二安培力大小的计算【典例探究】【典例3】在等边三角形的三个顶点 a、b、c 处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通 有大小相等的恒定电流，方向如图所示.过 c点 的导线所受安培力的方向()! I二砂上b科4*右A.与ab边平行，竖直向上B.与ab边平行，竖直向下C.与ab边垂直，指向左边D.与ab边

8、垂直，指向右边【典例4】如图所示，直导线”刈矩形线框 abcd在同一平面内，直导线中通有向上的电流I ,矩形线框中通有沿逆时针方向的电流I%则直导线中电流I的磁场对通电矩形线框各边的安培力 合力()A.大小为零公式仅适用于很短的通电导线。3.电流在磁场中的受力特点电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用。当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。【名师点睛】(1)公式F=ILBsin 0中0是B和I方向的夹角， 不能盲目应用题目中所给的夹角， 要根据具体情况进行 分析。(2)公式F= IBLsin 0中的Lsin 0也可以理解为 垂直于磁场方向的“有效长度”。

9、(3)为方便对问题的分析和列方程，在受力分析 时最好先将立体图画成平面图，即画成俯视图、剖面图或侧视图等。B.大小不为零，方向向左C.大小不为零，方向向右D.大小不为零，方向向上【典例5】 在匀强磁场中放入通有相同电流的三条不同形状的导线，如图所示，每条导线的 两个端点间的距离相等，问所受磁场力最大的导线是()A.甲线最大B.乙线最大C.丙线最大D.三条线一样大知识点三安培力作用下的物体平衡【典例探究】【典例6】 如图所示，在与水平方向夹角 为60。的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m的平行导轨上放一质量为叫0.3 kg的金属棒ab,通以从b-a, I=3 A的电流，磁场方向竖 直向上，这时

10、金属棒恰好静止.求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2) ab棒对导轨压力的大小。(g= 10 m/s2)知识点三安培力作用下的物体平衡.安培力作用下物体的平衡和运动是常见的一类题 型，体现了学科内知识的综合应用及知识的迁移能力，在 解决这类问题时应把握以下几点：(1)将立体图转化为平面(截面)图，将抽象的空间受 力分析转移到纸面上进行，一般是画出与物体垂直的平 面，将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上， 然后进行分析。(2)注意正确的受力分析顺序， 先重力，然后安培力, 最后弹力和摩擦力.因为弹力和摩擦力是被动力，力的有 无和方向与其他力有关。(3)注意安培力的方向由左手定则判定

11、安培力方向既垂直于磁场方向同时又垂直于电流方向，即一定垂直于 二者决定的平面。.解决安培力作用下的平衡问题与一般物体平衡方 法类似，只是多画出一个安培力.一般解题步骤为：(1)明确研究对象(2)把立体图画成平面图(3)受力分析，然后根据平衡条件F合=0列方程知识点四 利用转换对象法分析通 电导线对磁体的力因为电流之间、电流和磁体之 间的相互作用满足牛顿第三定律，所以在定性分析磁体在电流的磁 场中的受力情况时， 可先分析电流 在磁体厂的磁场中所受的安培力，然 后根据牛顿第三定律，再确定磁体 所受电流作用力的情况。知识点四利用转换对象法分析通电导线对磁体的力【典例7】 如图所示，条形磁铁放在水平桌

12、面上，在其正中央的 上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直.给导线通以垂直纸面向里 的电流，用Fn表示磁铁对桌面的压力，用Ff表示桌面对磁铁的摩擦力，导线通电后与通电前相比较 ()A. Fn减小，Ff=0B. Fn减小，FfWOC. Fn增大，Ff=0D. Fn增大，FfWO.【答案】A【解析】根据左手定则可判选项A正确。.【答案】AL解析】由左手定则以图中磁场对电渣作用力F的方向应竖直向上，所以自错误，而灰，D者的 合左手定则。.【答案】C【解析】 导线a在c处产生的磁场方向由安培定则可判断，即垂直 ac向左下方，同理导线 b在c处 产生的磁场方向垂直 bc向右下方，由平行四边形定则，过c点的

13、合磁场方向平行于 ab向下，根据左手定则可判断导线c受到的安培力垂直 ab边，指向左边。.【答案】C【解析】ad、bc受安培力大小相等，方向相反，互相抵消，而 ab、cd受的安培力不能抵消，由于 ab 离仙版些，故斥力大于引力，C选项正确。.【答案】D【解析】由题意可知，三个图中导线的有效长度相同，而且均垂直于磁场，故根据公式F= BIL可知，三条线所受安培力一样大，故 A B、C错误，D正确。.【答案】(1) 1.73 T (2) 6 N【解析】ab棒静止，受力情况如图所示，沿斜面方向受力平衡，则mgsin 60 = BILcos 60 。B =1.73 T 。m, ,mg 0.3X10对导轨的压力大小为：口 = FN=co