人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案3：1 1 磁场对通电导线的作用力

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE11.1磁场对通电导线的作用力〖学习目标〗1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F＝IlB或F＝IlBsinθ，明确它们的使用条件。2．知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。3．了解磁电式电流表的工作原理。〖知识梳理〗一、安培力的方向1.安培力通电导线在磁场中受的力称为安培力。2.影响安培力方向的因素安培力的方向与方向、方向有关。3.左手定则用左手定则判断安培力的方向:伸开手,使拇指与其余四指,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心垂直进入,并使四指指向的方向,这时所指的方向就是通电导线在磁场中所受的方向。二、安培力的大小如图甲、乙所示,导线电流为I,长度为l,磁场的磁感应强度为B。1.如图甲,通电导线与磁场方向垂直,此时安培力F=。2.如图乙,通电导线与磁场方向平行,此时安培力F=。三、磁电式电流表1.写出图中磁电式电流表各部件的名称。①,②,③,④,⑤,⑥。2.原理:安培力与电流的关系。3.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,使线圈无论转到什么位置,它的平面都与磁场方向平行,从而使刻度盘刻度均匀。〖要点深入〗一、安培力的方向1.安培力的方向特点:不管电流方向与磁场方向是否垂直,安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面,即总有F⊥I和F⊥B,即F垂直于B、I决定的平面。2.电流I、磁场B和安培力F三个方向的关系:(1)已知I、B的方向,可唯一确定F的方向;(2)已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向;(3)已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能唯一确定。3.安培力方向的判断:在判断安培力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,然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向。例1长度为l、通有电流为I的导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向如图所示,已知磁感应强度为B,下列各图中,导线所受安培力的方向如何?规律方法左手定则应用的两个要点(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,所以应用左手定则时,必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直。(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直,所以磁场方向可能与四指方向成某一夹角,此时要对磁场方向进行分解。但四指一定要指向电流方向。二、安培力的大小F=IlBsinθ的理解与应用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(如图所示);相应的电流沿l由始端流向末端。3.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。4.F=IlBsinθ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,公式仅适用于很短的通电导线。注意：电荷在电场中一定会受到静电力作用,但是通电导线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,通电导线不受安培力作用。例2由导线组成的直角三角形框架静止放在匀强磁场中(如图所示),若导线框中通以图示方向的电流时,导线框将()A.沿与ab边垂直的方向加速运动 B.仍然静止C.以c为轴转动 D.以b为轴转动三、磁电式电流表1.磁电式电流表的工作原理通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转。线圈偏转的角度越大,被测电流就越大;线圈偏转的方向不同,被测电流的方向不同。2.磁电式电流表的磁场特点两磁极间装有极靴,极靴中间有铁质圆柱,使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向,保持线圈转动时,所受安培力的方向总与线圈平面垂直,使表盘刻度均匀。3.磁电式电流表的灵敏度(1)电流表的灵敏度:是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小,偏角越大,灵敏度越高。(2)提高灵敏度的方法:如果要提高磁电式电流表的灵敏度,就要使在相同电流下导线所受的安培力增大,可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。例3(多选)以下关于磁电式电流表的说法正确的是()A.线圈平面跟磁感线平行B.通电线圈中的电流越大,指针偏转角度也越大C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场D.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〖随堂演练〗1．一条劲度系数较小的金属弹簧处于自由状态，当弹簧通以电流时，弹簧将()A．保持原长B．收缩C．伸长D．不能确定2．关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是()A．安培力的方向可以不垂直于直导线B．安培力的方向总是垂直于磁场的方向C．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半3．如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()A．竖直向下B．竖直向上C．水平向右D．水平向左4．长为L的通电直导线放在倾角为θ的光滑斜面上，并处在磁感应强度为B的匀强磁场中。如图所示，当B方向竖直向上，电流为I1时导体处于平衡状态；若B方向改为垂直斜面向上，则电流为I2时导体处于平衡状态，那么电流比值I1∶I2应为()A．cosθB．eq\f(1,cosθ)C．sinθD．eq\f(1,sinθ)5．如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N方向的电流，平衡时两细线与竖直方向夹角均为θ。如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是()A．棒中的电流变大，θ角变大 B．两细线等长变短，θ角变小C．金属棒质量变大，θ角变大 D．磁感应强度变大，θ角变小

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖知识梳理〗一、磁场电流左垂直电流拇指安培力二、BIl0三、永磁铁极靴软铁螺旋弹簧线圈指针〖要点深入〗例1〖解析〗A图中,由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直纸面向外;B图中,由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直于导线斜向左上方;C图中,由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直于导线斜向左上方;D图中,由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为水平向右。〖答案〗垂直纸面向外;垂直于导线斜向左上方;垂直于导线斜向左上方;水平向右。例2〖答案〗B〖解析〗ab和bc两段电流可等效为长度等于ac,方向由a到c的一段电流,由左手定则以及安培力公式可知ab和bc两段电流所受安培力的合力和ac受到的安培力方向相反、大小相等,线框整体合力为0,仍然静止,故选B。例3〖答案〗ABD〖解析〗磁电式电流表内磁场是均匀辐射磁场,不管线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行,线圈所在各处的磁场大小相等、方向不同,所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关,电流越大,安培力越大,指针转过的角度越大,正确的选项为A、B、D。〖随堂演练〗1．〖答案〗B〖解析〗弹簧通电时，同向电流相吸，使得弹簧缩短，故B正确。2．〖答案〗B〖解析〗根据左手定则可知，安培力的方向垂直于电流I和磁场B确定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A错误，B正确；当电流I的方向平行于磁场B的方向时，直导线受到的安培力为零，当电流I的方向垂直于磁场B的方向时，直导线受到的安培力最大，可见，安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关，C错误；如图所示，电流I和磁场B垂直，直导线受到的安培力F＝BIl，将直导线从中点折成直角，分段研究导线受到的安培力，电流I和磁场B垂直，根据平行四边形定则可得，导线受到的安培力的合力F′＝eq\f(\r(2),2)BIl，D错误。3．〖答案〗B〖解析〗首先根据安培定则判断通电螺线管在导线A处产生的磁场方向水平向左。再根据左手定则判断可知，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向竖直向上，故A、C、D错误，B正确。4．〖答案〗B〖解析〗若磁场方向竖直向上，则安培力水平向右，由平衡条件可