磁场对通电导线的作用力 学案-高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

1.1磁场对通电导线的作用力—人教版（2019）选择性必修第二册简案安培力的认识1、把通电导体置于磁场中，通电导体受到的作用力，称为安培力。注意：当电流方向与磁场方向平行时，导体不受力。2、安培力的计算公式F=BILsin（代表电流与磁场的夹角）注意：磁感应强度由磁场本身决定，与F和IL无关。左手定则作用：判断安培力的方向。方法：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，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。注意：大拇指伸直，磁场首先穿过手心。平行通电导体间的相互作用力若导体通电方向相同如图：AB受到向右的安培力，CD受到向左的安培力，相互吸引。AB受到向左的安培力，CD受到向右的安培力，相互排斥。四、磁电式电流表的认识磁电式电流表的外部构造如图（甲）所示在蹄形磁铁的两极间有一个可以绕轴转动的线圈，转轴上装有螺旋弹簧和指针（如图乙所示）蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，如图（丙）所示螺旋弹簧被扭动，线圈停止转动时满足NBIS=kθ，式中N为线圈的匝数，S为线圈的面积，I为通过线圈的电流，B为磁感应强度，θ为线圈（指针）偏角，k是与螺旋弹簧有关的常量。注意：根据NBIS=kθ解得：=更换k值更小的螺旋弹簧，电流表的灵敏度减大（灵敏度即减小）。例题讲解【例1】关于通电导线在磁场中受到的磁场力，下列说法正确的是（）A．磁场力方向可以不与磁场方向垂直B．磁场力的方向一定垂直于通电导线C．环形通电线圈在磁场中所受磁场力一定为零D．只有垂直磁场方向放置的通电导线才受磁场力解：AB、左手定则是判断磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间关系的法则，根据左手定则可知，安培力既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，故A错误，B正确；

C、环形线圈在磁场中会转动，说明受力会不为零，故C错误；

D、当通电导线在磁场中与磁场的方向平行时，不受安培力的作用，垂直磁场方向放置的通电导线受磁场力是最大的，故D错误。

故选：B。【例2】在图所示的四幅图中，正确标明了通电导线所受安培力F方向的是（）A．B．C．D．解：A、让磁感线从掌心进入，使四指指向电流的方向，拇指所指的方向就是安培力的方向，根据左手定则判断可知安培力F方向水平向左，故A错误；B、通电导线与磁场平行，不受安培力，故B错误；C、根据左手定则判断可知安培力F方向竖直向上，故C正确；D、根据左手定则判断可知安培力F方向水平向左，故D错误。故选：C。【例3】在正三角形ABC的三个顶点A、B、C处，各固定有一根垂直于三角形的长直导线，每根导线通有大小相同的恒定电流，电流方向如图所示，已知导线A受到的安培力大小为F，则导线C受到的安培力（）A．大小为F，方向平行AB向左下B．大小为F，方向平行AB向右上C．大小为F，方向垂直AB向右下D．大小为F，方向垂直AB向左上解：设两长直导线间的相互作用力大小为F1，反向电流相互排斥，同向电流相互吸引，对长直导线A研究，根据力的合成可得2F1cos60°=F解得F1=F对长直导线C研究，根据力的合成可得，C受到的安培力为FC＝2F1cos30°＝F方向垂直AB向右下，故C正确，ACD错误；故选：C。【例4】如图所示，两平行导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨之间接有电动势E=3V，内阻r=0.5Ω的直流电源，两导轨间的距离L=0.4m,在导轨所在空间内分布着磁感应强度B=0.5T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。现把一个质量m=0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好刚要滑动。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒的电阻R=1.0Ω，金属导轨电阻不计，滑动摩擦力等于最大静摩擦力，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：

（1）ab棒受到的安培力；

（2）ab棒与导轨的动摩擦因数μ。解：（1）根据闭合电路欧姆定律得：I==2A导体棒受到的安培力大小：F=ILB=2×0.4×0.5N=0.4N由左手定则可知，安培力方向平行于斜面向上（2）导体棒静止处于平衡状态，设导体棒所受静摩擦力为f,由平衡条件得：平行斜面方向上：mgsin37°+f=F垂直斜面方向上：FN=mgcos37°根据滑动摩擦力公式可知，μ=代入数据解得：μ=0.5。答：（1）ab棒受到的安培力大小是0.4N，方向平行于斜面向上。（2）ab棒与导轨的动摩擦因数μ为0.5。基础练习1、下列说法中正确的是（）A．磁场中磁感应强度大的地方，磁通量一定很大B．穿过某一面积的磁通量为零，则该处磁感应强度可能为零C．磁感应强度的方向与通电直导线在该处所受磁场力方向相同D．若一小段电流在某处所受的磁场力为零，则该处的磁感应强度一定为零2、如图所示，将长为2L的直导线折成边长相等、夹角为60°的“V”形，并置于与其所在平面垂直的、磁感应强度为B的匀强磁场中。若“V”形导线所受的安培力大小为F，则该直导线中通过的电流大小为（）A．B．C．D．3、在磁场中的同一位置放置很短的一段通电直导线，导线的方向与磁场方向垂直。如果在导线中通入不同的电流，则下列关于导线受到安培力的大小F与通过导线电流I的关系图象正确的是（）A．B．C．D．提升训练4、如图甲是磁电式表头的结构示意图，其中线圈是绕在一个与指针、转轴固连的铝框骨架（图中未指出）上。关于图示软铁、螺旋弹簧、铝框和通电效果，下列表述中正确的是（）A．线圈带动指针转动时，通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大B．与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是使得磁极之间产生稳定的匀强磁场C．铝框的作用是为了利用涡流，起电磁驱动作用，让指针快速指向稳定的平衡位置D．乙图中电流方向a垂直纸面向外，b垂直纸面向内，线框将逆时针转动5、如图所示的天平可用来测定磁感应强B．天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为l,线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面．当线圈中通有电流I（方向如图）时，在天平左、右两边加上质量各为m1，m2的砝码，天平平衡．当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡．由此可知（）A．B的方向垂直纸面向里，大小为B．B的方向垂直纸面向里，大小为C．B的方向垂直纸面向外，大小为D．B的方向垂直纸面向外，大小为6、如图所示，水平导轨间距为L=0.5m,导轨电阻忽略不计。导体棒ab垂直导轨放置，质量m=1kg,电阻R0=0.9Ω，与导轨接触良好。电源电动势E=10V，内阻r=0.1Ω，电阻R=4Ω。外加匀强磁场的磁感应强度B=6T，方向垂直于导轨平面。ab与导轨间动摩擦因数为μ=0.5（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），不计其余摩擦。细绳垂直于ab且沿水平方向跨过一轻质定滑轮悬挂一重物。重力加速度g=10m/s2，ab处于静止状态。求：（1）ab受到的安培力大小；（2）重物重力G的取值范围。答案详解1、解：AB.根据磁通量公式Φ=BSsinθ可知，当B=0时，Φ=0；当磁场方向与线圈平行，即sinθ=0时，无论B多大，Φ=0，故A错误，B正确；C.根据左手定则可知，磁场力方向与磁感应强度方向垂直，故C错误；D.根据安培力公式F=BILsinθ可知，当磁场方向与电流方向平行，即sinθ=0时，磁场力F=0，因此一小段电流在某处所受的磁场力为零，可能是因为磁场方向与电流方向平行，不一定是该处的磁感应强度为零，故D错误。故选：B。2、解：导线在磁场内有效长度为：L′=2Lsin30°=L，故该V形通电导线受到安培力大小为F=BIL′=BIL，解得：I=，故C正确，ABD错误。故选：C。3、解：根据安培力公式F=BIL，B、L不变，F与I成正比，F-I图象为过原点的一条直线，故B正确，ACD错误。故选：B。4、解：A、当通电线圈转动时，螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，则通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大，故A正确；B、与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是和中心软铁配合产生稳定的辐射状磁场，不是匀强磁场，故B错误；C、磁电式仪表的线圈通常是用铝框做骨架，把线圈绕铝框上，这样做的目的是为利用涡流而设计的，起电磁阻尼的作用，让指针快速指向稳定的平衡位置，故C错误；D、乙图中电流方向a垂直纸面向外，b垂直纸面向内，由左手定则可知，a受力向上，b受力向下，则线框将顺时针转动，故D错误。故选：A。5、解：AB、若B的方向垂直纸面向里，电流方向顺时针，线圈所受安培力竖直向下，大小为BIl,设线框质量为m0，根据平衡得：m1g=（m2+m0）g+BIl电流反向，线圈所受安培力竖直向上，大小为BIl,根据平衡得：m1g=（m2+m0+m）g-BIl联立解得：B==故A错误，B正确；CD、若B的方向垂直纸面向外，开始线圈所受安培力的方向向向上，电流反向后，安培力变为竖直向下，为保持平衡，应在天平左边加砝码，不符合题意，故CD错误；故选：B。6、解：（1）根据安培力公式，安培力F=B