磁场对通电导线的作用力（第二课时）高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第1节磁场对通电导线的作用力课时2人教版选择性必修第二册——第一章安培力与洛伦兹力思考与讨论1.历史上最早发现电流的磁效应的人物是谁呢？奥斯特：通电导线对磁针有力的作用2.通电导线对小磁针的作用力是如何发生的？4.谁最早使用磁感应线形象的描绘磁场分布的？磁场法拉第3.通电导线产生的磁场方向如何判断？安培定则（右手螺旋定则）5.我们是如何定义磁感应强度的？安培力：通电导线在磁场中受到的力成为安培力。思考与讨论电场电荷磁场通电导线安培力安培力定义：电场力一、安培力的方向通电导线在磁场中受到的力称为安培力。安培是历史上最早通过实验发现磁场对通电导线有力的作用的科学家，他是电动力学的创始人，被誉为是“电学中的牛顿”，在电磁学上面有杰出的贡献。通电导线在磁场中受到的力——安培力安德烈·玛丽·安培一、安培力的方向

实验探究观察思考：安培力方向与什么因素有关？演示实验(控制变量法):(1)、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。(2)、改变磁场的方向，观察受力方向是否变化。与电流方向和磁场方向有关一、安培力的方向左手定则：BI一、安培力的方向

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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，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。F当电流与磁场方向夹角为不垂直时:BFIBI★注意：F一定与B垂直，一定与I垂直；即安培力垂直于电流和磁场所在的平面.一、安培力的方向B⊥B∥但B与I不一定垂直.要点归纳见《听课手册》P3一、安培力的方向内容安培定则（右手螺旋定则）左手定则用途判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向适用对象直线电流环形电流或通电螺线管磁场中的电流应用方法拇指指向电流的方向四指弯曲的方向表示电流的环绕方向磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向结果四指弯曲的方向表示磁感线的方向拇指指向轴线上磁感线的方向拇指指向电流受到的磁场力的方向示意图2.安培定则（右手螺旋定则）和左手定则的比较现象对比研究平行通电直导线之间的相互作用问题:如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用用学过的知识加以分析同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。结论:FFF同向电流F反向电流研究平行通电直导线之间的相互作用12思考：如图所示，通电直导线AB固定，CD可以自由移动，请你判断通电后CD的运动情况有转到

的趋势并相互

。ABDC×××××·····×××××××××··········FF同向×吸引两相交直导线间的相互作用：研究平行通电直导线之间的相互作用2．环形电流与环形电流间的作用（1）平行同向环形电流间作用是相互

，如图所示。（2）平行反向环形电流间作用是相互

，如图所示。（3）相互交叉环形电流间作用是转动成为

电流同时相互

，如图所示。研究平行通电直导线之间的相互作用同向吸引排斥吸引安培力的大小02

安培力与洛伦兹力安培力的大小（1）在匀强磁场B中垂直于磁场放置长为L、电流为I的通电直导线，则导线所受安培力F为：（2）通电直导线(电流I)与磁场B平行时：BIF安＝0BLI二、安培力的大小（3）当导线（电流I）与磁场B方向夹θ角时:F=B2IL＝BILsinθ(θ为B与I的夹角)适应于匀强磁场。B1B2B法一：分解磁感应强度B思路：变不垂直成垂直法二.投影导线L1F=BIL1＝BILsinθ(θ为B与I的夹角)二、安培力的大小43211.B垂直于I，匀强磁场，直导线。2.不垂直变垂直(分解B，或投影L)。3.弯曲导线变成直导线L是垂直磁场方向的有效长度，不一定是导线实际长度。结论：若是弯曲通电导线，可等效为起点到终点的一条通电直导线。对公式F=BIL的理解LLLL二、安培力的大小4.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。所以，任一闭合通电导线的有效长度为

，即所受安培力为

。00三、磁电式电流表1.构造：2.原理：3.优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。4.缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。力矩平衡安培力力矩与螺旋弹簧力矩平衡θ∝I，表盘的刻度均匀，刻度盘指针蹄形磁铁极靴铁芯螺旋弹簧线圈注意：铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。四、安培力作用下通电导体运动情况的判断1.思路：画出通电导线所在处的磁感线左手定则确定各段导线所受安培力牛顿运动定律确定运动状态2.常用方法：a.电流元法———适用于非匀强磁场或弯曲通电导线b.特殊位置法——分析导线某些特殊段受力或将导线、磁铁转到特殊位置c.等效替代法——将环形电流等效成小磁针，通电螺线管等效成条形磁铁d.推论分析法——同向电流相互吸引、反向电流相互排斥四、安培力作用下通电导体运动情况的判断例6.如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况。四、安培力作用下通电导体运动情况的判断例7.如图所示,把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面,当线圈内通入如图方向的电流后,则线圈()A.向左运动B.向右运动C.静止不动D.无法确定四、安培力作用下通电导体运动情况的判断例8.一弓形线圈通过逆时针方向的电流，在其圆弧的圆心处，垂直于纸面放置一直导线，当直导线通有指向纸内的电流时，线圈将()A．a端向纸内，b端向纸外转动，且靠近导线B．a端向纸内，b端向纸外转动，且远离导线C．a端向纸外，b端向纸内转动，且靠近导线D．a端向纸外，b端向纸内转动，且远离导线五、安培力作用下的平衡问题例9.如图，两平行光滑金属导轨间距L＝0.40m，导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，有匀强磁场竖直向上穿过该平面，磁感应强度B＝0.5T。导轨一端接有电动势E＝9.0V、内阻r＝0.5Ω的直流电源。现把一质量m＝0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒与导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间电阻R0＝2.5Ω,导轨电阻不计。若使导体棒静止在导轨上，滑动变阻器接入电路的电阻是多大？五、安培力作用下的平衡问题变式1：若例题中匀强磁场垂直导体棒穿过导轨平面。使导体棒静止在导轨上，接入电路中的电阻最大值为多少？五、安培力作用下的平衡问题变式2：若例题中磁场垂直导轨平面向上，金属棒与导轨平面的摩擦因数为0.5。使导体棒静止在导轨上，求接入电路中的电阻的取值范围。五、安培力作用下的平衡问题例10.有两个相同的全长电阻为9Ω的均匀光滑圆环,固定于一个绝缘的水平台面上,两环分别在两个互相平行的、相距为20cm的竖直面内,两环的连心线恰好与环面垂直,两环面间有方向竖直向下的磁感应强度B=0.87T的匀强磁场,两环的最高点A和C间接有一内阻为0.5Ω的电源,连接导线的电阻不计。今有一根质量为10g,电阻为1.5Ω的棒置于两环内侧且可顺环滑动,而棒恰好静止于如图所示的水平位置,它与圆弧的两接触点P、Q和圆弧最低点间所夹的弧对应的圆心角均为θ=60∘,取重力加速度g=10m/s2.试求此电源电动势E的大小。六、含安培力的动力学问题例11.如图所示，在同一水平面的两导