13版高中物理《課時講練通》3.4通電導(dǎo)線在磁場中受到的力（人教版選修3-1）

1、4 通電導(dǎo)線在磁場中受到的力,1.知道安培力的方向與電流、磁感應(yīng)強度方向的關(guān)系，會用左手定則判斷安培力的方向。2.理解安培力的計算公式，會應(yīng)用公式計算勻強磁場中安培力的大小。3.知道磁電式電表的基本構(gòu)造及運用它測量電流大小和方向的基本原理。,重點：1.正確應(yīng)用左手定則判斷安培力的方向。 2.勻強磁場中安培力大小的計算。難點：安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系。,一、安培力的方向1．安培力_________

2、在磁場中受的力。2．決定安培力方向的因素(1)_____方向。(2)___________方向。,通電導(dǎo)線,電流,磁感應(yīng)強度,3．左手定則如圖所示，伸開左手，使拇指與其余四個手指_____，并且都與手掌在同一個平面內(nèi);讓磁感線從_____進入，并使四指指向___________，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。,垂直,掌心,電流的方向,4．安培力的特點與電流方向、磁感應(yīng)強度的方向都___

3、__，即安培力F______于B和I所決定的平面。,垂直,垂直,二、安培力的大小及磁電式儀表1.安培力的大小(1)當(dāng)通電導(dǎo)線垂直磁場方向放置時所受安培力的大小為：F=____。(2)當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與通電導(dǎo)線平行時，導(dǎo)線所受安培力F=__。(3)當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與通電導(dǎo)線方向成θ角時，F(xiàn)=_________。θ為B與I的夾角。,ILB,0,ILBsinθ,2.磁電式儀表(1)基本組成部分：磁鐵和放在磁鐵兩極之間

4、的_____。(2)工作原理：,線圈,如圖所示，當(dāng)電流通過線圈時，線圈在磁場中受到_______的作用而偏轉(zhuǎn)，電流越大，安培力就越大，線圈偏轉(zhuǎn)角度也就越大，并且與電流大小成_____。根據(jù)線圈的偏轉(zhuǎn)角度大小，就可以判斷通過的電流大小。當(dāng)線圈中的_________改變時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變，所以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向即可判斷被測電流的方向。(3)優(yōu)、缺點：優(yōu)點是_____度高，能測出很弱的電流；缺點是線圈的導(dǎo)

5、線很細，允許通過的電流很弱。,安培力,正比,電流方向,靈敏,【判一判】(1)安培力的方向一定與電流的方向垂直。( )(2)通電導(dǎo)體只要在磁場中就會受到安培力。( )(3)由于線圈偏轉(zhuǎn)角度與電流大小成正比，所以磁電式儀表的刻度盤的刻度是均勻的。( ),提示：(1)根據(jù)左手定則可以判斷，安培力的方向一定與電流的方向垂直，故(1)正確。(2)當(dāng)磁感應(yīng)強度方向與電流方向平行時，安培力為零，故(2)錯誤。(3)線圈偏轉(zhuǎn)角度與

6、通過的電流大小成正比，所以磁電式儀表的刻度盤的刻度是均勻的，從刻度盤上就可以讀出被測電流大小，故(3)正確。,1.演示如圖所示實驗，觀察現(xiàn)象，回答以下問題：,(1)上下交換磁極的位置以改變磁場的方向，觀察受力方向是否改變，說明什么問題？提示：改變磁場的方向，受力方向相反，說明安培力的方向與磁場的方向有關(guān)。,(2)改變導(dǎo)線中電流的方向，觀察受力方向是否改變，說明了什么？提示：改變電流方向，受力方向相反，說明安培力的方向與電流方向有關(guān)。

7、(3)你能否根據(jù)實驗現(xiàn)象畫出安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系？提示：安培力方向與電流方向和磁場方向都垂直，三者的空間關(guān)系如圖所示。,(4)試根據(jù)安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系，總結(jié)通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力方向的判斷方法。提示：安培力、電流、磁感應(yīng)強度三者方向的空間關(guān)系可以用左手定則判斷：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)。讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所

8、指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。,2.安培力垂直于通電導(dǎo)線、磁場方向，那么電流方向也一定與磁場方向垂直嗎?提示：根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力一定垂直于導(dǎo)線、磁場的方向，但由于導(dǎo)線可以沿任何方向放入磁場，所以電流方向與磁場方向可以成任意角度。,【誤區(qū)警示】對于安培力、電流方向和磁場方向的空間關(guān)系，學(xué)生常常誤認為三者兩兩垂直，教師要向?qū)W生明確安培力的方向一定與電流、磁場方向都垂直，但電流方向與磁場方向可以

9、成任意角度。,3.當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場不垂直時，如何判斷安培力方向?【思路分析】當(dāng)通電導(dǎo)線和磁場不垂直時安培力方向的判斷是一難點，這里教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)矢量的分解方法，將磁感應(yīng)強度分解，從而把通電導(dǎo)線和磁場不垂直的情況分解成垂直和平行兩種情況，再利用安培定則判定通電導(dǎo)線的受力方向。,提示：如圖所示，可將磁感應(yīng)強度B垂直分解為兩個方向，一個是與通電導(dǎo)線垂直的B1，另一個是與通電導(dǎo)線平行的B2，與通電導(dǎo)線平行的磁場B2不會對通電導(dǎo)

10、線產(chǎn)生安培力的作用，所以用左手定則判斷與導(dǎo)線垂直的分磁場B1對導(dǎo)線的安培力方向，即為總磁場B對導(dǎo)線的安培力方向。,【知識點撥】 1.安培力方向的判斷(1)在判斷安培力方向時首先確定磁場和電流所確定的平面，從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上，然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向。(2)已知I、B的方向，可唯一確定F的方向;已知F、B的方向,且導(dǎo)線的位置確定時，可唯一確定I的方向;已知F、I的方向時，磁感應(yīng)強度B的方向不能唯一確

11、定。(3)平行通電直導(dǎo)線間的安培力的方向：電流方向相同，兩導(dǎo)線相互吸引，電流方向相反,兩導(dǎo)線相互排斥。,2.對比分析安培力方向和靜電力方向(1)通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向總是與磁場的方向垂直；(2)電荷在電場中所受電場力的方向與電場的方向相同或相反。,【探究歸納】1.安培力的方向用左手定則判斷。2.F安⊥I，F(xiàn)安⊥B，但B與I不一定垂直。,【典例1】(2012·濟南高二檢測)如圖所示的勻強磁場中,已經(jīng)標(biāo)出了電流

12、I和磁場B以及磁場對電流作用力F三者的方向,其中正確的是( ),【思路點撥】解答本題要把握以下兩點：(1)把平面圖轉(zhuǎn)化為立體圖。(2)安培力的方向應(yīng)用左手定則判斷。,【解析】選C。根據(jù)左手定則，A中受力方向應(yīng)該向下，A錯誤；B中電流方向與磁場方向平行，不受力，B錯誤；C正確；D中受力方向應(yīng)垂直紙面向外，D錯誤。,【變式訓(xùn)練】(2012·長春高二檢測)如圖所示，固定長直導(dǎo)線通以圖示方向的電流，導(dǎo)線旁有一導(dǎo)線框，

13、兩者共面，框中通以順時針方向的電流時，框的運動是( )A.繞軸順時針轉(zhuǎn)動B.離開長直導(dǎo)線向右平動C.靠近長直導(dǎo)線向左平動D.向上或向下平動,【解析】選C。線框左邊電流方向與直導(dǎo)線的電流方向相同，二者相互吸引，線框左邊受力方向向左，線框右邊電流方向與直導(dǎo)線的電流方向相反，二者相互排斥，線框右邊受力方向向右，但對線框來說，左邊受的力比右邊受的力大，合力方向向左，所以線框要靠近長直導(dǎo)線向左平動，C正確。,安培力的大小及磁電式儀表

14、1.探究安培力的大小從第2節(jié)的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道，垂直于磁場B放置、長為L的一段導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時，它受的安培力F＝BIL，這時導(dǎo)線受的安培力最大，試討論下面兩種情況下安培力的大小。(1)當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向平行時。提示：當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向平行時，導(dǎo)線受的安培力最小，為零。,(2)當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時。提示：當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時，可以把它分解成與導(dǎo)線垂直的分量

15、B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥，B⊥＝Bsinθ,B∥＝Bcosθ。其中B∥不產(chǎn)生安培力，導(dǎo)線受的安培力只由B⊥產(chǎn)生，所以一般情況下的安培力的表達式為F＝BILsinθ, θ為磁感應(yīng)強度方向與導(dǎo)線方向的夾角。,2.磁電式電流表中磁場分布有何特點呢?這樣分布的原因又是什么?提示：電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻向分布的，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度，該磁場并非勻強磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁

16、感應(yīng)強度B的大小是相等的。這樣的磁場,可使線圈轉(zhuǎn)動時，它的兩個邊所經(jīng)過位置的磁場強弱都相同，從而使表盤的刻度均勻。,【知識點撥】計算安培力應(yīng)注意的兩個問題(1)公式中L為有效長度。若導(dǎo)線是彎曲的，此時公式中的L并不是導(dǎo)線的總長度，而應(yīng)是彎曲導(dǎo)線的“有效長度”,它等于在磁場中連接導(dǎo)線兩端點直線的長度。相應(yīng)的電流方向沿兩端點連線由始端流向末端。(2)安培力公式一般用于勻強磁場。在非勻強磁場中，若導(dǎo)體很短時也可以使用，此時B的大小和方向

17、與導(dǎo)體所在處B的大小和方向相同;若在非勻強磁場中導(dǎo)體很長，可將導(dǎo)體分成若干小段，求出各段受的磁場力，然后求它們的合力。,【探究歸納】 1.安培力公式F=BILsinθ。(1)當(dāng)磁感應(yīng)強度與導(dǎo)線方向垂直時，F(xiàn)=BIL，所受安培力最大。(2)當(dāng)磁感應(yīng)強度與導(dǎo)線方向平行時，所受安培力最小，為零。(3)安培力的大小與磁感應(yīng)強度B、電流強度I、導(dǎo)線長度L以及電流和磁場方向的夾角θ四個因素有關(guān)。2.磁感應(yīng)強度B是磁場本身屬性和安培力F、

18、IL乘積無關(guān)。3.磁電式電流表的工作原理是電流在磁場中受安培力的作用。,【典例2】(2012·常熟高二檢測)如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L＝0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ=37°，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強度B＝0.50 T、方向豎直向上的勻強磁場。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E＝4.5 V、內(nèi)阻r＝0.50 Ω的直流電源。現(xiàn)把一個質(zhì)量m＝0.06 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，

19、導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直、且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻R0=2.5 Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10 m/s2。已知sin37°=0.60，cos37°＝0.80，求：,(1)比較棒兩端a、b電勢高低，并求出兩端電勢差。(2)導(dǎo)體棒受到的安培力和摩擦力。(3)若斜面光滑，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，求所加勻強磁場的最小值及方向。,【思路點撥】解答本題需要把握以下三點：(1)應(yīng)用閉合

20、電路歐姆定律求導(dǎo)體棒中電流，進而求電勢差。(2)由安培力公式F=BIL求安培力大小。(3)對導(dǎo)體棒受力分析，根據(jù)平衡條件，列方程求摩擦力。,【解析】(1)b端電勢高(或a端電勢低)導(dǎo)體棒、金屬導(dǎo)軌和直流電源構(gòu)成閉合電路，根據(jù)閉合電路歐姆定律有： 代入數(shù)據(jù)有I=1.5 A，棒兩端的電勢差U=IR0=1.5×2.5 V=3.75 V(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小F安=BIL=0.50×1.5×

21、;0.40 N=0.3 N方向：水平向右對導(dǎo)體棒受力分析，導(dǎo)體棒沿斜面的方程：mgsin37°=F安cos37°+Ff代入數(shù)據(jù)得：Ff=0.12 N方向：沿斜面向上,(3)對導(dǎo)體棒受力分析知，當(dāng)安培力跟重力沿斜面的分力平衡時，安培力最小mgsin37°=F′安F′安=B′IL代入數(shù)據(jù)得磁感應(yīng)強度的最小值B′=0.6 T由左手定則知：B′的方向垂直斜面向上。答案：(1)b端電勢高 3

22、.75 V(2)0.3 N 水平向右 0.12 N 沿斜面向上(3)0.6 T 垂直斜面向上,【規(guī)律方法】與安培力相關(guān)的平衡問題的處理技巧正確解決安培力參與下的平衡問題，應(yīng)掌握以下技巧:(1)正確理解有安培力參與的物體平衡問題。此平衡與前面所學(xué)的物體平衡一樣，也是利用物體的平衡條件求解，其中的安培力是眾多受力中的一個。(2)明確解決此類問題所需的相關(guān)知識。①閉合電路歐姆定律;②安培力公式F=BI

23、Lsinθ和左手定則;③物體平衡條件。,(3)建立正確的解題思路。解決此類平衡問題與前面學(xué)習(xí)的共點力平衡的解題步驟相似，一般也是先進行受力分析，再根據(jù)共點力平衡的條件列出平衡方程求解，其中重要的是正確判斷安培力的方向。,【變式訓(xùn)練】如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135°。流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向

24、如圖中箭頭所示。導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力( )A．方向沿紙面向上，大小為B．方向沿紙面向上，大小為C．方向沿紙面向下，大小為D．方向沿紙面向下，大小為,【解析】選A。ab段所受安培力大小為BIL，方向斜向上；bc段所受安培力大小為BIL，方向向上；cd段所受安培力大小也為BIL，方向斜向上，根據(jù)矢量的合成法則可知導(dǎo)線所受合力為F＝BIL＋2BILsin45°＝ 方向沿紙面向上，

25、所以A正確。,【溫馨提示】安培力是一性質(zhì)力，在對物體受力分析時要分析安培力，當(dāng)物體受到安培力處于平衡狀態(tài)時，也滿足力的平衡條件。,【典例】如圖所示，兩傾斜放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L，電阻不計，導(dǎo)軌平面與水平方向的夾角為θ，導(dǎo)軌上端接入一內(nèi)阻可忽略的電源，電動勢為E。一粗細均勻的金屬棒電阻為R，金屬棒水平放在導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌接觸良好。欲使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上不動，則以下說法正確的是( ),A．可加豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強

26、度為B．可加豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為C．所加勻強磁場磁感應(yīng)強度的最小值為D．如果在所加豎直向下磁場下處于靜止?fàn)顟B(tài)的金屬棒的直徑變?yōu)樵瓉淼?倍，金屬棒將沿導(dǎo)軌向下滑動,【思路點撥】解答本題要把握以下四點：(1)安培力方向的判定；(2)安培力大小的計算公式；(3)物體受力平衡的條件；(4)歐姆定律的應(yīng)用。,【解析】選A。金屬棒在金屬導(dǎo)軌上處于靜止?fàn)顟B(tài)時，根據(jù)平衡條件可知所受合力為零，若加豎直向下的磁場，安培力的方