【课件】通电导线在磁场中受到的力-（人教版选修3-1）

第三章

磁场3.4磁场对通电导线的作用力一安培力二磁电式电流表三安培定则的应用四安培力与动力学综合问题一、安培力

二、磁电式电流表磁电式电流表即为中学物理常用的测量闭合回路电流大小的仪器。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈左右两边所受安培力的方向相反，安装在轴上的线圈就会转动。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。三、安培定律的应用原因（电流方向）结构（磁场方向）直线电流的磁场大拇指四指环形电流的磁场四指大拇指1.在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”2.磁场的叠加（1）磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解；（2）两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的。思维升华：解决磁场的叠加的思路和步骤（1）根据安培定则确定各导线在某点产生的磁场方向；（2）判断各分磁场的磁感应强度的大小关系；（3）根据矢量合成法则确定合磁场的大小和方向。通电导体在安培力作用下常用的判断方法四、安培力与动力学综合问题1.分析导体在磁场中平衡和加速问题的思路（1）确定要研究的导体；（2）按照已知力-重力-安培力-弹力-摩擦力的顺序，对导体受力分析；（3）分析导体的运动情况；（4）根据平衡条件或牛顿第二定律列式求解。2.受力分析的注意事项（1）安培力的方向特点：F⟂B，F⟂I，即F垂直于B和I决定的平面；（2）安培力的大小：应用公式F=BILsinθ计算弯曲导致在匀强磁场中所受的安培力的大小时，有效长度L等于曲线两端点的直线长度；（3）视图转换：对于安培力作用下的力学问题，导体棒的受力往往分布在三维空间的不同方向上，这时应利用俯视图、剖面图或侧视图等，变立体图为二维平面图。安培力做功的实质：能量的转化。①.安培力做正功：将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或转化为其他形式的能。②.安培力做负功：将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能。题点知识精讲通电导线在磁场中的转动1.转动情况线圈受到的力使它顺时针转动，线圈由于惯性会越过平衡位置，线圈受到的力使它顺时针转动。①.平衡位置是指线圈平面与磁感线垂直的位置，此时线圈相对的两边电流方向相反，所受的力方向也相反，大小相等。②.上面的线圈会在平衡位置往返摆动，最终停在平衡位置不再转动。③.应用与实例a.直流电动机(a)构造：由换向器、线圈、蹄形磁铁、电刷组成。(b)原理：直流电动机是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的。(c)换向器的作用：每当线圈转过平衡位置时，换向器自动改变线圈中的电流方向。(d)能量转化：电能转化为机械能。(e)改变直流电动机转动方向的方法：A.改变通电线圈中的电流方向，即把电源的两极对调。B.改变磁感线的方向，即把磁铁的两极对调。(f)改变直流电动机转速的方法：改变线圈中电流的大小。b.磁电式电流表(a)基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的线圈。(b)工作原理：磁场的方向总沿着经线均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是相等的，保证B的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈垂直。

A、B、C、根据安培定则判断知：左侧导线在a点产生的磁场方向向里，在c点产生的磁场方向向外，右侧导线在a点产生的磁场方向向里，在b点产生的磁场方向向外，根据磁感线的疏密表示磁场的强弱，可知离直导线越远，磁场越弱，可知：a处磁感线比c处密，则a处的磁感应强度大小比c处的大．由磁场的叠加可知：a、c两处的磁感应强度方向相反．故A正确，BC错误；D、由于左右侧导线在b处产生的磁感应强度方向相反，大小相等，所以b处的磁感应强度为零，故D正确．故选：AD．如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有方向相同的电流，i1大于i2，a受到的磁场力大小为F1，此时b受到的磁场力大小为F2，则（）A．F1=F2，为吸引力 B．F1=F2，为排斥力 C．F1＞F2，为吸引力 D．F1＜F2，为排斥力解：两导线分别在对方的磁场中受到磁场力的作用；二者为作用力和反作用力；故二力大小相等，两电流通以同向电流，则二者相吸引，故a受力向右，b受力向左；故A正确；BCD错误；故选：A．如图所示，一个条形磁铁放在水平放置的台秤上，在它正中央的上方固定着一条垂直于纸面的水平导线，导线与磁铁垂直，如果给导线通以垂直于纸面向外的电流，则（）A．台秤的示数增大B．台秤的示数减小C．台秤的示数不变D．以上说法都不正确B试题分析：转化研究对象法，对导线受理分析可知，导线会受到磁铁对其向下的安培力，由牛顿第三定律可知，导线会对条形磁铁竖直向上的反作用力，则台秤压力减小，示数减小，B正确。如图所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起，棒上有如图所示的持续交流电流I，周期为T，最大值为Im，图1中I所示方向为电流正方向。则金属棒（）A.一直向右移动B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化D.受到的安培力在一个周期内做正功ABC试题分析:由图知在0-T/2时间内根据左手定则可判断金属棒受向右的安培力，且安培力的大小F=BIL保持不变，再根据牛顿第二定律F=BIL=ma，知金属棒先向右做匀加速运动，在T/2-T时间内，电流变为反方向，同理安培力方向向左，大小不变，故金属棒向右做做匀减速运动，T时刻速度恰好减为零，然后重复运动，其v-t图如图所示:故A、B、C正确；受到的安培力在一个周期内先做正功，后做负功，故D错误。一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈上L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图所示的电流时，从左向右看，则线圈Ｌ1将().A.不动B.顺时针转动C.逆时针转动D.向纸面内平动思路分析：方法一：利用结论法环形电流L1、L2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得L1的转动方向应是：从左向右看线圈L1顺时针转动.方法二：等效分析法把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流L2的中心，通电后，小磁针的N极应指向环形电流L2的磁场方向，由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前N极应指向纸内，因此应由向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈Ｌ1顺时针转动.方法三：直线电流元分