安培力 【知识精讲架构+备课精研精梳】 高二物理 （沪科版2020选择性必修第二册）

第五章

磁场5.1安培力选择性必修二1目录234安培力的方向安培力的大小安培力的应用巩固提升复习回顾1.用右手螺旋定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向2.定量描述磁场强弱和方向的物理量是什么？如何计算？磁感应强度（匀强磁场

且

电流与磁场方向垂直）I磁场I安培力安培首先通过实验总结出这个力的特点。人们把通电导体在磁场中受到的力称为安培力。通电导体棒的运动状态改变法国安培1775-1836改变的原因受到磁场力安培力的方向壹安培力的方向安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即

安培力的方向总是垂直于电流和磁场所在的平面安培力的方向磁场方向、电流方向和安培力方向

这三者之间的关系可以用左手定则来判定IFB伸开左手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面里把左手放入磁场中，让磁感线穿过掌心，使四指指向电流方向这时大拇指所指的就是安培力的方向。磁感线四指大拇指穿手心电流方向安培力方向安培力的方向研究安培力的问题要涉及三维空间，为了描述方便，我们可以将立体图转平面图，物理学规定“×进·出”垂直于纸面向里的磁场垂直于纸面向外的磁场垂直于纸面向里的电流垂直于纸面向外的电流问：下列各图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和通电直导线所受安培力F的方向,其中正确的是()C

BIBFIB30°FFIIBBBFF练习使用左手定则请补充每幅图中的B、I或者F的方向FIBIIBIB练习使用左手定则请补充每幅图中的B、I或者F的方向若磁场方向与通电导体棒方向平行，我们可以发现到导体棒在磁场中不受安培力的作用因为左手定则第一步就要求四指要和掌心处以同一个平面内无法正确使用左手定则IIII同向电流反向电流FF′F′F同向电流相互吸引反向电流相互排斥平行通电直导线之间的相互作用平行通电直导线之间的相互作用电流电流磁场原因分析：FFFFIIIIIIII同向电流相互吸引反向电流相互排斥从下往上看分析同向电流的情况如图所示，通电直导线AB固定，CD可以自由移动，请判断通电后CD的运动情况两相交直导线间的相互作用：ABDC×××···××××××······FF思考：ICDIAB有转到同向的趋势。平行通电直导线之间的相互作用直线电流（固定）与环形电流（自由移动）间的作用各个导线之间直接利用已知结论，把所有边受到的安培力进行矢量求和思考：I1I2I2I2I2I1I2I2I2I2FFFFFFFF平行通电直导线之间的相互作用安培力的大小贰安培力的大小

（理论推导）磁感应强度B是定量描述磁场强弱和方向的物理量（匀强磁场

且

电流与磁场方向垂直）安培力F=BIL（匀强磁场

且

电流与磁场方向垂直）安培力的大小

（实验探究）探究安培力的大小观察实验装置，如何调整影响安培力的因素BIL更换磁铁移动滑片调节匝数BIθB⊥B∥安培力的大小

（实验探究）在匀强磁场B中，通电直导线长度为L，电流为I，导线所受安培力为FF＝BIL（1）当B⊥I时（2）当B∥I时F＝0（3）当B和I夹角为θ时F＝B┴IL

＝Bsinθ

IL（1）导线所处磁场应为匀强磁场，在非匀强磁场中，

F＝BILsinθ仅适用于很短的通电导线，即直线电流元。（2）对于弯曲导线，F=BIL中的L为“有效长度”。（3）任一闭合通电导线的有效长度为0，即所受安培力为0。（4）当通电导线平行于磁场放置时，安培力F＝0。若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。LLLL安培力的大小

安培力公式的理解如图所示,一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,其中lAB=lBC=lCD=lDE=l,且∠C=120°,∠B=∠D=150°。现给这根导线通入由A至E的恒定电流I,则导线受到磁场作用的合力大小为(

)答案:C安培力大小的计算电子天平BcbdaI37.5gO如图所示是电流天平原理示意图，使用电流天平可测量通电导线在磁场中所受安培力。长方形线圈abcd共绕15匝，底边bc长5cm，挂在等臂天平的左端，并使线圈的bc边水平地悬于某一匀强磁场中，线圈平面跟磁场垂直。先使天平保持平衡，然后在线圈内通入0.5A的电流，天平失去平衡。设此时右盘上升，为使天平重新达到平衡，需在右端盘内再加入37.5g砝码。求：（1）线圈中电流的方向；（2）匀强磁场的磁感应强度大小。BcbdaI37.5gOF安mg（1）线圈通电流后，ab边和cd边在磁场部分所受的安培力沿水平方向等值反向而彼此平衡；bc边所受安培力方向应竖直向下，才会导致右盘上升而使天平失去平衡，由左手定则可判断线圈中的电流方向是a→b→c→d。F安F安（2）由于天平两臂等长，为使天平重新平衡，bc边n匝导线所受的安培力应该等于天平右端增加的砝码的重力。设bc边长为L，通过线圈的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，天平右端增加的砝码质量为Δm，则有电子天平MNEr30°30°立体图如图所示，相距L=10cm的两条平行导轨组成的平面与水平面夹角θ=30°，导轨两端M、N间接一电动势E=3V、内阻r=0.5Ω的电源，垂直于导轨平面有一匀强磁场，将质量m=10g的金属棒垂直放在平行导轨上，金属棒恰能静止不动。若两导轨间金属棒的电阻R=1Ω，试回答：（1）垂直于导轨平面的磁场方向是向上还是向下？（2）磁场的磁感应强度大小是多少？（导轨与金属棒接触良好，导轨与金属棒间摩擦力以及导轨电阻不计）涉及到哪些重要知识点：通电导体在磁场中受到安培力闭合电路欧姆定律受力分析正交分解斜面磁场中的电路问题MNEr30°30°30°BImgFNF安侧视图立体图画出平面图以平行导轨上的金属棒为研究对象进行受力分析mgsinθmgcosθ由于金属棒处于静止状态，则根据力的平衡条件，金属棒所受重力在斜面方向上的分力与安培力大小相等、方向相反，设通过金属棒的电流为I，则有解：由闭合电路欧姆定律B斜面磁场中的电路问题BI正视图立体图F安F安画出平面图IB以下环形线圈在匀强磁场中，线圈将会如何运动安培力的应用叁现在，你可以解释为什么电流表（电压表）通电后其指针会发生偏转了吗？磁电式电表的结构通电线圈在磁场中受到安培力使线圈发生偏转从而带动指针指示示数1-磁电式电表磁电式电表

工作原理线圈通电时，安培力使线圈转动时变形产生弹力阻碍转动安培力与弹力平衡，指针停止转动电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大思考：电流表的指针为什么最终能稳定的指向某一刻度，且偏转角度大小能反映电流大小？观察表盘发现，电流表表盘刻度是均匀的，

这说明了指针偏转角度与电流成正比，如何才能实现这一要求？磁电式电流表

表盘刻度均匀的原因极靴和铁质圆柱使磁场沿半径方向，旋转的线圈在磁场中受到的安培力大小处处相等。线圈转动的轨迹圆上B大小处处相等，当线圈转动时B与I始终互相垂直。F=BILθ

∝I，表盘的刻度均匀磁电式电表

优缺点（1）优点：灵敏度高，可以测量很弱的电流。（2）缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很小。通电线圈在磁场中受到安培力使线圈发生偏转从而带动指针指示示数2-动圈式扬声器动圈式扬声器原理简图3-电磁炮IF电磁炮原理图电磁炮是利用电磁系统中磁场产生的安培力来对抛射体（金属炮弹）加速，使其获得打击目标所需的动能。根据动能定理：巩固提高肆与安培力有关的力学问题D质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示。现调节滑动变阻器的滑片,为使杆ab静止不动,则通过杆ab的电流范围为多少?（g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8）斜面磁场中的电路问题解析:图甲、乙是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图根据甲图列式如下:F1-mgsinθ-Ff1=0，FN-mgcosθ=0，Ff1=μFN,F1=BImaxd解上述方程得Imax=0.46A根据乙图列式如下:F2+Ff2-mgsinθ=0，FN-mgcosθ=0，Ff2=μFNF2=BImind解上述方程得Imin=0.14A因此通过杆ab的电流范围是0.14~0.46A。磁电式电表如图是磁电式电流表的部分结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场辐向均匀分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则()A.该磁场是匀强磁场B．线圈平面总与磁场方向垂直C．线圈将沿逆时针方向转动D．a、b导线受到的安培力大小总为IlB答案：D电磁炮如图甲所示，电磁炮是一种新型的武器，其射程甚至可达数百公里，远远超过常规炮弹。它的主要原理如图乙所示，当弹体中通以强电流时，弹体在强大的磁场力作用下加速前进，最后从炮口高速射出。设两轨道间距离为0.10m，匀强磁场的磁感应强度为40T，电流为2000A，轨道长度为20m，不考虑电流产生的磁场对匀强磁场的影响，则()A．若不计任何阻力，质量为20g的炮弹最终获得的速度为400m/sB．若不计任何阻力，磁场的磁感应强度加倍，则炮弹获得的速度也加倍C．若阻力大小一定，轨道长度加倍，速度变为原来的倍D．若阻力大小一定，电流加倍，速度变为原来的倍答案：C

课堂小结遵循左手定则安培力的方向：安培力的大小：F