物理人教版（浙江版）选修3-1课件第三章磁场4

第三章

磁场4通电导线在磁场中受到的力知识内容通电导线在磁场中受到的力考试要求必考加试cd课时要求1.知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向.2.知道安培力公式F＝ILB的适用条件，并会用公式解决简单问题.3.会用矢量分解方法推导导线与磁场不垂直时的安培力公式.4.了解磁电式电流表的工作原理.内容索引知识探究题型探究达标检测知识探究1一、安培力的方向导学探究按照如图1所示进行实验．(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？受力的方向改变；答案图1(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？受力的方向改变；安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则．答案知识梳理1.安培力：通电导线在

中受的力.2.决定安培力方向的因素(1)

方向；(2)

方向.3.左手定则：如图2所示，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平面内：让磁感线从_______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安培力的方向.4.安培力的特点：F⊥I，F⊥B，即F垂直于B和I决定的平面.磁场磁场图2电流掌心电流的方向即学即用判断下列说法的正误.(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直.(

)(2)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直.(

)(3)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向.(

)(4)若电流和磁场方向都变为与原来反向，则安培力的方向也变为与原来反向.()√√√×二、安培力的大小导学探究(1)在图1所示的实验中，探究安培力的大小与磁场强弱、电流大小、导线长度的关系.①在B、L一定时，增大电流I，导线受力怎么变化？答案安培力变大②实验中如何改变导线长度L？在B、I一定时，增大导线的长度L，导线受力怎么变化？答案分别将不同的接点连入电路安培力变大(2)长为l的一段导线放在磁场B中，通以电流I，当导线按以下两种方式放置时，所受磁场的作用力分别是多大？①导线和磁场垂直放置；②导线和磁场平行放置.答案F＝IlB答案F＝0(3)当导线和磁场方向的夹角为θ时，如何计算安培力的大小？答案将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，分别计算两分磁场对导线的作用力.同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同.(1)如图3甲，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力最大，F＝

.(2)如图乙，通电导线与磁场方向平行，此时安培力最小，F＝

.知识梳理IlB0图3(3)如图丙，通电导线与磁场方向成θ角.可以把磁感应强度B分解为与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分量B∥，如图丁所示.则有B⊥＝Bsinθ，B∥＝Bcosθ，其中B∥不产生安培力，导线受的安培力只是B⊥产生的，因此又得到F＝

，这是一般情况下安培力的表达式.IlBsinθ即学即用判断下列说法的正误.(1)通电导线在磁场中不一定受安培力.()(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定是零.(

)(3)若磁场一定，导线的长度和电流也一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小.(

)√××三、磁电式电流表的构造和原理知识梳理1.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

.根据线圈

，可以知道被测电流的方向.2.构造：

、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴.3.特点：极靴与圆柱间的磁场沿

方向，线圈转动时，安培力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.线圈平面与磁场方向

，如图4所示.安培力偏转的方向越大图4半径平行磁铁4.优点：灵敏度高，可以测出

的电流.缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱.很弱判断下列说法的正误.(1)指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的.(

)(2)通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大.(

)(3)在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场.(

)(4)在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关.(

)即学即用√√×√2题型探究一、安培力的方向1.安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面.2.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定的平面，所以仍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，而是斜穿过手心.例1

画出图5中各磁场对通电导线的安培力的方向.图5答案解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则.如图所示二、安培力的大小1.公式F＝ILBsinθ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响.2.公式F＝ILBsinθ中L指的是导线在磁场中的“有效长度”，

弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图6所示)；相应的电流沿L由始端流向末端.图63.公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夹角，当θ＝90°时sinθ＝1，公式变为F＝ILB.例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是答案解析√A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故F＝BILcosθ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，B错误；C图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，C错误；D图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，D错误.例3

(2016·浙江舟山中学期中)如图7所示，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相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为A.0 BIlC.BIl

D.2BIl答案解析√图7V形通电导线的等效长度为图中虚线部分，所以F＝BIl，故选C.三、安培力的实际应用例4如图8所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度.天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面.当线圈中通有电流I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m1、m2的砝码时，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，天平又重新平衡.由此可知图8答案解析√因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里.电流反向前，有m1g＝m2g＋m3g＋NBIL，其中m3为线圈质量.电流反向后，有m1g＝m2g＋m3g＋mg－NBIL.两式联立可得B＝

.故选B.技巧点拨天平两臂平衡时，对左、右两盘向下的压力(等于重物或砝码的重力)和拉力的合力相等.针对训练如图9所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以A.适当减小磁感应强度 B.使磁场反向C.适当增大电流

D.使电流反向答案解析√首先对MN进行受力分析：受竖直向下的重力G、受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力.处于平衡时：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大.图9达标检测31.把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是A.安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B.安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直C.安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度的方向垂直D.安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又跟电流方向垂直√答案解析安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流的方向，即垂直于磁场与电流所决定的平面，但电流方向与磁场方向不一定垂直.12342.下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是答案√12343.如图10是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图.三块相同马蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中轻而柔软的细导线1、2、3、4悬挂起来，它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路.认为导体棒所在位置附近为匀强磁场，最初导线1、4接在直流电源上，电源没有在图中画出.关于接通电源时可能出现的实验现象，下列叙述正确的是图101234A.改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒摆动方向将会改变B.仅改变电流方向或者仅改变磁场方向，导体棒摆动方向一定改变C.增大电流同时改变接入导体棒上的细导线长度，接通电源时，导体棒

摆动幅度一定增大D.仅拿掉中间的磁铁，导体棒摆动幅度不变√答案解析1234由F＝BIL和左手定则可知，仅改变电流方向或者仅改变磁场方向，F的方向一定改变，即导体棒摆动方向一定改变，而两者同时改变时，F方向不变，则导体棒摆动方向不变，故B正确，A错误；当I增大，但L减小时，F大小不一定增大，C错误；仅拿掉中间的磁铁，意味着导体棒受力长度减小，F应减小，则导体棒摆动幅度一定改变，D错误.12344.如图11，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为F1，若棒中电流大小不变方向相反，两线上的拉力大小均为F2，且F2＞F1，则铜棒所受安培力大小为A.F1＋