磁场对通电导线的作用力+高二下学期物理人教版（2019）选择性必修二

物理选择性必修二第一章安培力与洛伦兹力1.1磁场对通电导线的作用力一、磁场1.定义：磁体和电流周围存在的特殊物质真实存在2.磁体：具有磁性的物质特点：①吸引铁质物质②有NS极：同名磁极相斥，异名磁极相吸3.电流的磁效应发现者：奥斯特发现过程：导线南北放置，磁针放在导线下方，将导线通电发现小磁针发生偏转4.磁感线：在磁场中画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁感应强度方向一致特点：不相交，不存在，不是运动轨迹切线表示方向，疏密表示大小方向：由N极指向S极常见的几种磁感线：直线电流的磁场环形电流的磁场通电螺线管的磁场磁场判断方向的常用的两种方法：1.小磁针静止时N极所指方向为磁场方向2.磁感线某一点切线方向为磁场方向二.磁感应强度（矢量）1.定义：磁场对电流和导线长度乘积的比值（类比电场强度）可理解为描述磁场强弱和方向的物理量2.定义式：单位：特斯拉（特）符号：T1N/A·m＝1T各量含义：F—安培力I—电流L—导线的有效长度适用条件：1.匀强磁场2,I⊥B3由磁场本身决定，与F和IL无关导线产生磁感应强度决定式：其中μ为真空磁导率常数I为电流，r为距导线的距离可写成三.磁通量（标量）1.定义式：单位：韦伯（Wb）条件：B⊥S匀强磁场2.标量：有正负表示从不同面穿过物理意义：表示穿过某面磁感线多少3.大小B⊥SＢ∥ＳＢ与Ｓ成角度θ四．磁场对通电导线作用力1.安培力：磁场对通电导线的作用力2.公式：3.方向：安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面判断方向方法：左手定则4.左手定则：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个平面内，让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流方向这时拇指所指方向为通电导线在磁场所受安培力的方向B与I不一定垂直，但F一定垂直B和IFB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竖直向下的磁场竖直向上的磁场磁场和通电导线的平面图画法电场电荷磁场通电导线安培力安培力定义：通电导线在磁场中受到的力称为安培力。电场力一、安培力的方向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

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次数磁场方向电流方向安培力方向图4312向上向下垂直于纸面向外垂直于纸面向外垂直于纸面向里水平向右水平向左水平向左水平向右FFFF结论：安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直实验现象只交换磁极位置只改变电流方向同时改变电流和磁场方向受力方向改变受力方向改变受力方向不变实验结果：安培力方向与电流方向、磁场方向有关。左手定则：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。BIF说明：F⊥I,F⊥B,F⊥B、I决定的平面。但B、I不一定垂直。左手定则四指

电流磁感线

穿手心大拇指

受力X(F)oIFB注意：oIFBFBIFBIFIBIBFBI立体图转平面图，物理学规定“叉进点出”，具体：F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例2.画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。【解析】(1)中电流与磁场垂直，由左手定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示。(2)中条形磁铁在A处的磁场分布如图乙所示，由左手定则可判断A受到的安培力的方向如图乙所示。(3)中由安培定则可判断出A处合磁场方向如图丙所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丙所示。(4)中由安培定则可判断出A处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示。(1)F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I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于电流与磁场所决定的平面，所以仍可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．安培力方向的特点BBI

FBB当电流与磁场方向夹角为θ时:BFB⊥B∥IBI★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.但B与I不一定垂直.

安培定则左手定则用途判断电流产生的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向因果关系电流是因磁场是果电流和磁场都是因安培力是果安培定则与左手定则对比理解安培定则左手定则应用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向内容具体情况直流电流环形电流或通电螺旋管电流在磁场中条件拇指指向电流的方向四指指向电流的环绕方向磁感线穿手心，四指指向电流方向结果四肢弯曲是方向表示磁感线方向拇指指向轴线上磁感线的方向拇指指向电流受到的安培力反向问题: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现象对比思考：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的运动情况两相交直导线间的相互作用：有转到同向的趋势。ABDC×××××·····××××××××××··········FF【典型案例梳理】1．直线电流与直线电流间的作用：（1）平行同向直线电流间作用是相互吸引，如图甲所示。（2）平行反向直线电流间作用是相互排斥，如图乙所示。（3）相互交叉直线电流间作用是转动成为同向电流同时相互吸引，如图所示。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吸引，如图所示。（2）平行反向环形电流间作用是相互排斥，如图所示。（3）相互交叉环形电流间作用是转动成为同向电流同时相互吸引，如图所示。3．直线电流与环形电流间的作用（1）直线电流与环形电流共面时，看较近的两平行电流同向相互吸引，反向相互排斥。如图所示。（2）直线电流垂直环形电流平面时①若直线电流通过环形电流的圆心时，它们之间相互不受力，如图所示。②若直线电流不通过环形电流的圆心时，环形电流将以过直线电流的环形电流的直径为转轴转动，如图所示。电流元法把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向例3.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A解析：此题可以采用电流元法，也可采用等效法。解法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针。由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动。解法二：电流元法。如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。答案：A例4.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是（从上往下看）（）A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升C解析：现将导线AB从N、S极的中间O分成两段，AO、OB段所处的磁场方向如图所示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外，OB段受安培力的方向垂直纸面向里，课件从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动。再根据导线转过900时，如图所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动。故应选C。例5、如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是()A．静止不动B．向纸外平动C．N极向纸外，S极向纸内转动D．N极向纸内，S极向纸外转动C

例6、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（）A.顺时针方向转动，同时靠近abB.逆时针方向转动，同时离开abC.顺时针方向转动，同时离开abD.逆时针方向转动，同时靠近ababcdD例7.如图所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环，可沿轴线OO′自由转动，现通以图示方向电流，沿OO′看去会发现（）A．A环、B环均不转动B．A环将逆时针转动，B环也逆时针转动，两环相对不动C．A环