高中物理选修3-1第三章磁场-4.磁场对通电导线的作用力（课件）
文档属性
| 名称 | 高中物理选修3-1第三章磁场-4.磁场对通电导线的作用力（课件） |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 3.1MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-08-27 17:48:42 | ||
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文档简介
(共59张PPT)
吕 叔 湘 中 学
庞 留 根
磁场对通电导线
的作用力
教学目标
一、安培力的方向 左手定则 练行通电直导线之间的的相互作用
二、安培力的大小 注意 安培力与库仑力的区别
三、磁电式电流表 1、电流表的组成及磁场分布
2、电流表的工作原理
3、磁电式仪表的特点
A组能力训练题 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15
B组能力训练题1 2 3(2012年海南卷10) 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13(2012年天津卷2) 14
15 16（2015年江苏卷4） 17 (2014年理综新课标卷Ⅰ15.)
磁场对通电导线的作用力
教学目标
1、知道什么是安培力。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题.
2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.
3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。
重点：安培力的方向确定和大小的计算。
难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。
一、安培力的方向
第四节 磁场对通电导线的作用力
安培力：磁场对电流的作用力。
【演示】按照P81图3.1-3所示进行演示。
（1）改变电流的方向，观察发生的现象.
（2）调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象.
［现象］导体向相反的方向运动.
［现象］导体又向相反的方向运动
2、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.
1、安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系.
图3.4-1
F
B
I
左手定则：
伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么,拇指所指的方向，
就是通电导线在磁场中的
受力方向．（如图）。
图3.4-2
一般情形的安培力方向法则：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心,只要不从手背穿过就行。
练习：
判断下图中导线A所受磁场力的方向.
F
F
F
（2）F垂直于纸面向外
B
A
A
N
S
A
（1）
（2）
（3）
分析：
图3.4-3
I2
I1
右边的通电导线I2在左边的通电导线处所产生的磁场方向向里，
I1
I2
左边的通电导线I1在右边的通电导线处所产生的磁场方向向外，
平行的同向电流相互吸引：
同理平行的反向电流相互排斥。
使左边的通电导线受到向右的安培力F1 ；
使右边的通电导线受到向左的安培力F2 ；
因此平行的同向电流相互吸引。
F1
F2
平行通电直导线之间的的相互作用
二、安培力的大小
通电导线（电流为I、导线长为L）和磁场（B）方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小：
F = BIL（最大）
如果电流和磁场平行，那么安培力为零。
如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解,取垂直分量代入公式即可,
当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，有
F = ILBsinθ
即F = ILB（I⊥B） 和 F = 0（I∥B）
两种特例：
注意:
尽管公式F=ILB是从公式B=F/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。
①公式B=F/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。
②公式F=ILB则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。
安培力与库仑力的区别
一般情况下的安培力大于零，小于BIL，方向与磁场方向垂直。
电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。
而电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，
电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；
电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL，
三、磁电式电流表
1、电流表的组成及磁场分布
永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘.
（最基本的是磁铁和线圈）
（1）电流表的组成：
a、铁芯、线圈和指针是一个整体；
b、蹄形磁铁内置软铁是为了（和铁芯一起）造就辐向磁场；
c、铁芯转动时螺旋弹簧会形变。
螺旋弹簧
软铁
线圈
极靴
图3.4-5
注意：
（2）电流表中的磁场分布
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的.
所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的.
S
N
图3.4-7
F
F
2、电流表的工作原理
（1）线圈的导线处于蹄形磁铁和圆柱铁芯间均匀辐向分布的匀强磁场中.
（2）设导线所处位正用感应强度大小为B，线框长为L、宽为d、匝数为n，当线圈中通有电流时
其中安培力的大小为：F=nBIL,
M1=F d，
安培力对转轴产生力矩：
M1=nBILd=nBIS
故安培力的力矩大小为：
（3）当线圈发生转动, 不论通电线圈转到什么位置,它的平面都跟磁感线平行,安培力的力矩不变.
（5）由力矩平衡条件M1=M2得：
（4）当线圈转过角θ指针偏角也为θ时，两弹簧产生阻碍线圈转动的扭转力矩M2=kθ
3、磁电式仪表的特点
（1）灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小。
（2）电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的
（3）电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。
A组能力训练题1
1. 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向
B
B
B
B
I
I
I
I
θ
θ
A
B
C
D
E
F
G
H
B
B
B
B
F
F
F
F
F
F
F 向外
F
F 向外
A组能力训练题2
通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图所示的电流时，通电直导线A受到水平向 的安培力作用.当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受到的安培力方向水平向 ．
右
右
A
I
I
B
A组能力训练题3
3.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈与该磁场的关系，下列说法中正确的有 ( )
A.通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强度大小也不同
B.不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强度大小都相等
C.通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角也不同
D.不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相平行
BD
A组能力训练题4
B
A
C
D
4．一根容易形变的弹性导线，两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的
四个图示中正确
的是（ ）
D
匀强磁场竖直向上、和导线平行，导线受到安培力为0，A错；
匀强磁场水平向右，根据左手定则可知导线受到安培力向里，B错；
匀强磁场垂直纸面向外，由左手定则可知导线受到安培力水平向右，C错、D对。
解：
A组能力训练题5
5.如图所示，在匀强磁场中有一矩形线圈，它的平面与磁场平行，在磁场作用下发生转动，转动方向是 （ ）
A.ab边转向纸外，cd边转向纸内
B.ab边转向纸内，cd边转向纸外
C.ad边转向纸内，cd边转向纸外
D.ad边转向纸外，cd边转向纸内
a
b
c
d
B
A组能力训练题6
6.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的均匀辐向分布的磁场，下列说法中正确的有（ ）
A.该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同
B.该磁场的磁感应强度方向处处相同，大小不等
C.该磁场的磁感应强度大小和方向都不相同
D.线圈所处位置的磁感应强度大小都相等
D
A组能力训练题7
如图，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
（B）0.5BIl
（C）BIl
（D）2BIl
60°
B
导线有效长度为2lsin30°，所以该V形通电导线受到的安培力大小为BIl，选C。
C
【解析】
A组能力训练题8
8．通电矩形线圈平面垂直于匀强磁场的磁感线,则有 （ ）
A．线圈所受安培力的合力为零
B．线圈所受安培力以任一边为轴的力矩为零
C．线圈所受安培力以任一对角线为轴的力矩不为零
D．线圈所受安培力必定使其四边有向外扩展形变的效果
AD
A组能力训练题9
9． 如图所示，匀强磁场中有一通以方向如图的稳定电流的矩形线abcd，可绕其中心轴OO' 转动,则在转动过程中（ ）
A．ab和cd两边始终无磁场力作用。
B．ab和cd两边所受磁场力大小和方向在转动过程中不断变化。
C．线圈在磁场力作用下转动
过程中合力始终不为零。
D．ab、cd两边受到和磁场力的大小
和方向在转动过程中始终保持不变。
O
O'
B
a
b
c
d
D
A组能力训练题10
10． 如图，当左边的线圈通以逆时针电流I 时，天平恰好平衡，此时天平右边的砝码为m，若改为顺时针方向的电流且大小不变，则需在天平右边增加△m的砝码，通电线圈受到磁场力大小为 （ ）
A．△mg/2
B．(m+△m)g
C． △mg
D．(m+△m)g/2
B
A
A组能力训练题11
11．把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈中心,且在线圈平面内。当线圈通以图示方向的电流时线圈将 ( )
A．发生转动,同时靠近磁铁
B．发生转动,同时远离磁铁
C．不发生转动,只靠近磁铁
D．不发生转动,只远离磁铁
S
N
A
A组能力训练题12
12．直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离,直导线固定,线圈可以自由运动,当通过如图所示的电流时(同时通电)从左向右看,线圈将 ( )
A．顺时针转动,同时靠近直导线AB
B．顺时针转动,同时离开直导线AB
C．逆时针转动,同时靠近直导线AB
D．不动
A
B
C
A组能力训练题13
13.通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行。关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是 （ ）
A．线框有两条边所受的安培力方向相同
B．线框有两条边所受的安培力大小相同
C．线框所受安培力的合力朝左
D．cd边所受安培力对
ab边力矩不为零
N
a
b
c
d
M
左
右
BC
A组能力训练题14
14．在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，一段长为0.5m的通电导体在外力作用下做匀速直线运动，设通过导体的电流为4A，运动速度是0.6m/s，电流方向、速度方向、磁场方向两两相互垂直，则移动这段导线所需要的功率是________W.
F=BIL=0.8N.
解：
P=Fv =0.48W
0.48
A组能力训练题15
15．质量为m, 长为L的的金属棒ab用两根细金属丝悬挂在绝缘架MN下面,整个装置处在竖直方向的匀强磁场中，当金属棒通以由a向b的电流I 后,将离开原位置向前偏转 角而重新平衡，如图。求磁感应强度B的方向和大小。
N
I
M
a
b
画出金属棒ab的受力图（右视图）如图示，
由平衡条件得
所以
由左手定则磁感应强度B的方向竖直向上。
解：
b
mg
BIL
T
B组能力训练题1
1. 一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图所示的匀强磁场中，此时悬线的张力大于零而小于铜棒的重力。使悬线中张力为零,可采用的方法有 ( )
A．适当增大电流，方向不变
B．适当减小电流，方向反向
C．电流大小、方向不变
D．使原电流反向，并适当减弱磁场
B
I
A
B组能力训练题2
2. 一段通电的直导线平行于匀强磁场放入磁场中，如图所示导线上电流由左向右流过．当导线以左端点为轴在竖直平面内转过90°的过程中，导线所受的安培力 （ ）
A．大小不变，方向也不变
B．大小由零逐渐增大，方向随时改变
C．大小由零逐渐增大，方向不变
D．大小由最大逐渐减小到零，方向不变
B
I
C
B组能力训练题3
3．图中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动。下列说法正确的是 （ ）
A．若a接正极，b接负极，e接
正极，f接负极，则L向右滑动
B．若a接正极，b接负极，e接
负极，f接正极，则L向右滑动
C．若a接负极，b接正极，e接
正极，f接负极，则L向左滑动
D．若a接负极，b接正极，e接
负极，f接正极，则L向左滑动
B D
f
左
右
a
e
b
L
B组能力训练题4
4.关于通电导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是 ( )
A.安培力的方向就是该处的磁场方向
B.安培力的方向一定垂直于磁感线和通电导线所在的平面
C.若通电导线所受的安培力为零.则该处的磁感应强度为零
D.对给定的通电导线在磁场中某处各种取向中,以导线垂直于磁场时所受的安培力最大
BD
B组能力训练题5
5．电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流 I 从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与 I 成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。
L
I
现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是 （ ）
A．只将轨道长度 L变为原来的2倍
B．只将电流 I 增加至原来的2倍
C．只将弹体质量减至原来的一半
D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度 L变为原来的2倍，其它量不变
利用动能定理有
解得
所以正确答案是B、D。
B=kI
【解析】
BD
B组能力训练题6
如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L，质量为m的通电直导线,电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上,则外加磁场的磁感应强度的大小和方向可以是 （ ）
A. ,方向垂直斜面向下
B. ,方向竖直向下
C. ,方向水平向左
D. ,方向水平向右
θ
I
ABC
B组能力训练题7
7．如图所示，长直导线通电为I1，通过通以电流I2环的中心且垂直环平面，当通以图示方向的电流I1、I2时，环所受安培力 （ ）
A. 沿半径方向向里
B. 沿半径方向向外
C. 等于零
D. 水平向左
E. 水平向右
I1
I2
C
B组能力训练题8
B
D
A
C
A. 逆时针方向转动，同时靠近导线AB
B. 顺时针方向转动，同时靠近导线AB
C. 逆时针方向转动，同时离开导线AB
D. 顺时针方向转动，同时离开导线AB
8.两条导线互相垂直，如图所示，但相隔一段较小的距离, 其中一条AB是固定的, 另一条CD能自由转动，当直流电流按
图示方向通入两条导线时，
CD导线将（ ）
A
B组能力训练题9
9．如图,原来静止的圆形线圈通入逆时针方向的电流I，在其直径AB上靠近B点处放一根垂直于线圈的固定不动的长直导线，长直导线通以垂直于纸面向里方向的电流I' 的作用下，圆线圈将 ( )
A．向左平动
B．向右平动
C．以直径为轴转动
D．静止不动
A
B
O
I
I'
C
B组能力训练题10
10.条形磁铁放在水平面上，在它的上方偏右处有一根固定的垂直纸面的直导线，如图所示，当直导线中通以图示方向的电流时，磁铁仍保持静止.下列结论正确的是 （ ）
A.磁铁对水平面的压力减小
B.磁铁对水平面的压力增大
C.磁铁对水平面施加向左的静摩擦力
D.磁铁所受的合外力增加
BC
I
S
N
解见下页
画出导线处的磁感应线如图示，
以导线为研究对象，根据左手定则可知导线受到斜向右上的安培力F，
根据牛顿第三定律，导线给磁铁
的反作用力F'方向向左下方。
再以磁铁为研究对象，磁铁受到重力，向左下方的反作用力F' 和支持力。
根据磁铁受力平衡，可知支持力变大，即磁铁对水平面的压力增大，磁铁受到向右的静摩擦力。
根据牛顿第三定律，磁铁给水平面施加向左的静摩擦力。
解：
F
F'
B
N
S
B组能力训练题11
4. 如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1．当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为 ( )
A．F2
B．F1 - F2
C．F1 + F2
D．2F1 - F2
a
b
I
I
A
解见下页
导线a 受到导线b 中电流的作用力F1如图示
导线b 受到导线 a 中电流的作用力F1' 如图示
F2是导线a 受到外加磁场B的作用力FB和导线
b 中电流的作用力F1的合力
设后来b导线受到的磁场力大小变为 F2'
F2'是导线b 受到外加磁场B的作用力FB'和导线
a 中电流的作用力F1' 的合力
F1'和F1、FB'和FB方向相反，
大小相等。
所以 F2' = F2 ，选项A正确。
解：
a
b
I
I
F1
F1'
B组能力训练题12
12、在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图．过c点的导线所受安培力的方向 （ ）
A．与ab边平行，竖直向上
B．与ab边平行，竖直向下
C．与ab边垂直，指向左边
D．与ab边垂直，指向右边
a
b
c
上
右
C
解见下页
【解析】本题考查了左手定则的应用。
a
b
c
导线a在c处产生的磁场方向由安培定则可判断，
即垂直ac向左，
Ba
同理导线b在c处产生的磁场方向垂直bc向下，
Bb
则由平行四边形定则，过c点的合磁场方向平行于ab，
B合
根据左手定则可判断导线c受到
的安培力垂直ab边，指向左边。
B组能力训练题13
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的电流，平衡时两悬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. 两悬线等长变短,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
M
B
θ
θ
N
A
解见下页
水平的直线电流在竖直磁场中受到水平的安培力而偏转，与竖直方向形成夹角，此时它受拉力、重力和安培力而达到平衡,根据平衡条件有
所以棒中的电流增大θ角度变大；
两悬线变短，不影响平衡状态，
θ角度不变；
金属质量变大, θ角度变小；
磁感应强度变大, θ角度变大。
解析：
F安
T
mg
θ
B组能力训练题14
16.在倾角为θ的光滑斜面上，置一通有电流I，长为L，质量为m的导体棒，如图所示
（1）欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值为多少？方向如何？
（2）欲使棒静止在斜面上，且对斜面无压力，应加匀强磁场B的最小值为多少？方向如何？
（3）分析欲使棒静止在斜面
上且要求B垂直于L，应外加
磁场的方向及范围。
θ
（1）当磁场力与导体棒的重力沿斜面方向分力平衡时,磁场力最小,磁感应强度B的最小,
mgsinθ=BIL，
由左手定则判定得磁感应强度B的方向垂直斜面斜向上。
（2）当磁场力与重力平衡时对斜面无压力，
由左手定则判定得磁感应强度B的方向水平向左.
应加匀强磁场B的最小值
解：
θ
BIL=mg
当安培力F方向在竖直向上方向到垂直斜面向下的范围内，均有可能与重力沿斜面方向分力平衡，即可能使棒静止在斜面上，
θ
所以外加磁场B的方向为水平向左到沿斜面向上的范围，如图示。
B
B
（3）分析欲使棒静止在斜面上且要求B垂直于L，应外加磁场的方向及范围。
F
F
题目
B组能力训练题15.
两根相互靠近的长直导线1、2中通有相同的电流，相互作用力为F．若在两根导线所在空间内加一匀强磁场后，导线2所受安培力的合力恰好为零．则所加磁场的方向是（ ）
（A）垂直纸面向里
（B）垂直纸面向外
（C）垂直导线向右
（D）垂直导线向左
解见下页
I
1
I
2
B
解析：
由右手螺旋法则，导线1的电流在导线2处产生的磁感应强度的方向垂直纸面向里，
要使导线2所受安培力的合力恰好为零，则导线2所在处的合磁感应强度恰好为零，
故所加外磁场的方向垂直纸面向外，
I
1
I
2
选项B正确。
B组能力训练题16.（2015年江苏卷4）
如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。 下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长 MN 相等，将它们分别挂在天平的右
臂下方。 线圈中通有大小相同的
电流，天平处于平衡状态。 若磁
场发生微小变化，天平最容易失
去平衡的是 （ ）
解见下页
(A)
M
N
(B)
M
N
(C)
M
N
(D)
M
N
A
解析：
根据F=BIL，处于磁场中的导体，有效长度越长，受安培力越大，天平越容易失去平衡，
由题图知，选项A中导体的有效长度最长，
(A)
M
N
(B)
M
N
(C)
M
N
(D)
M
N
所以选项A正确。
B组能力训练题17.
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
解见下页
B
解析：
本题考查安培力的大小和方向．
安培力总是垂直于磁场与电流所决定的平面，
因此，安培力总与磁场和电流垂直，
A错误，B正确；
安培力F＝BILsin θ，其中θ是电流方向与磁场方向的夹角，C错误；
将直导线从中点折成直角，则前半段受到的安培力为
后半段受到的安培力为
由于夹角θ不确定，所以F1、F2的合力不一定等于F1，
选项D错。
谢谢
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吕 叔 湘 中 学
庞 留 根
磁场对通电导线
的作用力
教学目标
一、安培力的方向 左手定则 练行通电直导线之间的的相互作用
二、安培力的大小 注意 安培力与库仑力的区别
三、磁电式电流表 1、电流表的组成及磁场分布
2、电流表的工作原理
3、磁电式仪表的特点
A组能力训练题 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15
B组能力训练题1 2 3(2012年海南卷10) 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13(2012年天津卷2) 14
15 16（2015年江苏卷4） 17 (2014年理综新课标卷Ⅰ15.)
磁场对通电导线的作用力
教学目标
1、知道什么是安培力。知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题.
2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.
3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。
重点：安培力的方向确定和大小的计算。
难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。
一、安培力的方向
第四节 磁场对通电导线的作用力
安培力：磁场对电流的作用力。
【演示】按照P81图3.1-3所示进行演示。
（1）改变电流的方向，观察发生的现象.
（2）调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象.
［现象］导体向相反的方向运动.
［现象］导体又向相反的方向运动
2、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.
1、安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系.
图3.4-1
F
B
I
左手定则：
伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么,拇指所指的方向，
就是通电导线在磁场中的
受力方向．（如图）。
图3.4-2
一般情形的安培力方向法则：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心,只要不从手背穿过就行。
练习：
判断下图中导线A所受磁场力的方向.
F
F
F
（2）F垂直于纸面向外
B
A
A
N
S
A
（1）
（2）
（3）
分析：
图3.4-3
I2
I1
右边的通电导线I2在左边的通电导线处所产生的磁场方向向里，
I1
I2
左边的通电导线I1在右边的通电导线处所产生的磁场方向向外，
平行的同向电流相互吸引：
同理平行的反向电流相互排斥。
使左边的通电导线受到向右的安培力F1 ；
使右边的通电导线受到向左的安培力F2 ；
因此平行的同向电流相互吸引。
F1
F2
平行通电直导线之间的的相互作用
二、安培力的大小
通电导线（电流为I、导线长为L）和磁场（B）方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小：
F = BIL（最大）
如果电流和磁场平行，那么安培力为零。
如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解,取垂直分量代入公式即可,
当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，有
F = ILBsinθ
即F = ILB（I⊥B） 和 F = 0（I∥B）
两种特例：
注意:
尽管公式F=ILB是从公式B=F/IL变形而得的，但两者的物理意义却有不同。
①公式B=F/IL是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验电流(电流元)受力情况，来确定这一位置的磁场的性质，它对任何磁场中的任何点都是适用的。
②公式F=ILB则是在已知磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。
安培力与库仑力的区别
一般情况下的安培力大于零，小于BIL，方向与磁场方向垂直。
电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的，方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。
而电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，
电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；
电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL，
三、磁电式电流表
1、电流表的组成及磁场分布
永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘.
（最基本的是磁铁和线圈）
（1）电流表的组成：
a、铁芯、线圈和指针是一个整体；
b、蹄形磁铁内置软铁是为了（和铁芯一起）造就辐向磁场；
c、铁芯转动时螺旋弹簧会形变。
螺旋弹簧
软铁
线圈
极靴
图3.4-5
注意：
（2）电流表中的磁场分布
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的.
所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的.
S
N
图3.4-7
F
F
2、电流表的工作原理
（1）线圈的导线处于蹄形磁铁和圆柱铁芯间均匀辐向分布的匀强磁场中.
（2）设导线所处位正用感应强度大小为B，线框长为L、宽为d、匝数为n，当线圈中通有电流时
其中安培力的大小为：F=nBIL,
M1=F d，
安培力对转轴产生力矩：
M1=nBILd=nBIS
故安培力的力矩大小为：
（3）当线圈发生转动, 不论通电线圈转到什么位置,它的平面都跟磁感线平行,安培力的力矩不变.
（5）由力矩平衡条件M1=M2得：
（4）当线圈转过角θ指针偏角也为θ时，两弹簧产生阻碍线圈转动的扭转力矩M2=kθ
3、磁电式仪表的特点
（1）灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小。
（2）电流和安培力成正比，所以电流表的刻度是均匀的
（3）电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。
A组能力训练题1
1. 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向
B
B
B
B
I
I
I
I
θ
θ
A
B
C
D
E
F
G
H
B
B
B
B
F
F
F
F
F
F
F 向外
F
F 向外
A组能力训练题2
通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图所示的电流时，通电直导线A受到水平向 的安培力作用.当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受到的安培力方向水平向 ．
右
右
A
I
I
B
A组能力训练题3
3.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈与该磁场的关系，下列说法中正确的有 ( )
A.通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强度大小也不同
B.不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强度大小都相等
C.通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角也不同
D.不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相平行
BD
A组能力训练题4
B
A
C
D
4．一根容易形变的弹性导线，两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的
四个图示中正确
的是（ ）
D
匀强磁场竖直向上、和导线平行，导线受到安培力为0，A错；
匀强磁场水平向右，根据左手定则可知导线受到安培力向里，B错；
匀强磁场垂直纸面向外，由左手定则可知导线受到安培力水平向右，C错、D对。
解：
A组能力训练题5
5.如图所示，在匀强磁场中有一矩形线圈，它的平面与磁场平行，在磁场作用下发生转动，转动方向是 （ ）
A.ab边转向纸外，cd边转向纸内
B.ab边转向纸内，cd边转向纸外
C.ad边转向纸内，cd边转向纸外
D.ad边转向纸外，cd边转向纸内
a
b
c
d
B
A组能力训练题6
6.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的均匀辐向分布的磁场，下列说法中正确的有（ ）
A.该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同
B.该磁场的磁感应强度方向处处相同，大小不等
C.该磁场的磁感应强度大小和方向都不相同
D.线圈所处位置的磁感应强度大小都相等
D
A组能力训练题7
如图，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
（B）0.5BIl
（C）BIl
（D）2BIl
60°
B
导线有效长度为2lsin30°，所以该V形通电导线受到的安培力大小为BIl，选C。
C
【解析】
A组能力训练题8
8．通电矩形线圈平面垂直于匀强磁场的磁感线,则有 （ ）
A．线圈所受安培力的合力为零
B．线圈所受安培力以任一边为轴的力矩为零
C．线圈所受安培力以任一对角线为轴的力矩不为零
D．线圈所受安培力必定使其四边有向外扩展形变的效果
AD
A组能力训练题9
9． 如图所示，匀强磁场中有一通以方向如图的稳定电流的矩形线abcd，可绕其中心轴OO' 转动,则在转动过程中（ ）
A．ab和cd两边始终无磁场力作用。
B．ab和cd两边所受磁场力大小和方向在转动过程中不断变化。
C．线圈在磁场力作用下转动
过程中合力始终不为零。
D．ab、cd两边受到和磁场力的大小
和方向在转动过程中始终保持不变。
O
O'
B
a
b
c
d
D
A组能力训练题10
10． 如图，当左边的线圈通以逆时针电流I 时，天平恰好平衡，此时天平右边的砝码为m，若改为顺时针方向的电流且大小不变，则需在天平右边增加△m的砝码，通电线圈受到磁场力大小为 （ ）
A．△mg/2
B．(m+△m)g
C． △mg
D．(m+△m)g/2
B
A
A组能力训练题11
11．把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈中心,且在线圈平面内。当线圈通以图示方向的电流时线圈将 ( )
A．发生转动,同时靠近磁铁
B．发生转动,同时远离磁铁
C．不发生转动,只靠近磁铁
D．不发生转动,只远离磁铁
S
N
A
A组能力训练题12
12．直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离,直导线固定,线圈可以自由运动,当通过如图所示的电流时(同时通电)从左向右看,线圈将 ( )
A．顺时针转动,同时靠近直导线AB
B．顺时针转动,同时离开直导线AB
C．逆时针转动,同时靠近直导线AB
D．不动
A
B
C
A组能力训练题13
13.通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行。关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是 （ ）
A．线框有两条边所受的安培力方向相同
B．线框有两条边所受的安培力大小相同
C．线框所受安培力的合力朝左
D．cd边所受安培力对
ab边力矩不为零
N
a
b
c
d
M
左
右
BC
A组能力训练题14
14．在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，一段长为0.5m的通电导体在外力作用下做匀速直线运动，设通过导体的电流为4A，运动速度是0.6m/s，电流方向、速度方向、磁场方向两两相互垂直，则移动这段导线所需要的功率是________W.
F=BIL=0.8N.
解：
P=Fv =0.48W
0.48
A组能力训练题15
15．质量为m, 长为L的的金属棒ab用两根细金属丝悬挂在绝缘架MN下面,整个装置处在竖直方向的匀强磁场中，当金属棒通以由a向b的电流I 后,将离开原位置向前偏转 角而重新平衡，如图。求磁感应强度B的方向和大小。
N
I
M
a
b
画出金属棒ab的受力图（右视图）如图示，
由平衡条件得
所以
由左手定则磁感应强度B的方向竖直向上。
解：
b
mg
BIL
T
B组能力训练题1
1. 一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图所示的匀强磁场中，此时悬线的张力大于零而小于铜棒的重力。使悬线中张力为零,可采用的方法有 ( )
A．适当增大电流，方向不变
B．适当减小电流，方向反向
C．电流大小、方向不变
D．使原电流反向，并适当减弱磁场
B
I
A
B组能力训练题2
2. 一段通电的直导线平行于匀强磁场放入磁场中，如图所示导线上电流由左向右流过．当导线以左端点为轴在竖直平面内转过90°的过程中，导线所受的安培力 （ ）
A．大小不变，方向也不变
B．大小由零逐渐增大，方向随时改变
C．大小由零逐渐增大，方向不变
D．大小由最大逐渐减小到零，方向不变
B
I
C
B组能力训练题3
3．图中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动。下列说法正确的是 （ ）
A．若a接正极，b接负极，e接
正极，f接负极，则L向右滑动
B．若a接正极，b接负极，e接
负极，f接正极，则L向右滑动
C．若a接负极，b接正极，e接
正极，f接负极，则L向左滑动
D．若a接负极，b接正极，e接
负极，f接正极，则L向左滑动
B D
f
左
右
a
e
b
L
B组能力训练题4
4.关于通电导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是 ( )
A.安培力的方向就是该处的磁场方向
B.安培力的方向一定垂直于磁感线和通电导线所在的平面
C.若通电导线所受的安培力为零.则该处的磁感应强度为零
D.对给定的通电导线在磁场中某处各种取向中,以导线垂直于磁场时所受的安培力最大
BD
B组能力训练题5
5．电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流 I 从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与 I 成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。
L
I
现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是 （ ）
A．只将轨道长度 L变为原来的2倍
B．只将电流 I 增加至原来的2倍
C．只将弹体质量减至原来的一半
D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度 L变为原来的2倍，其它量不变
利用动能定理有
解得
所以正确答案是B、D。
B=kI
【解析】
BD
B组能力训练题6
如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L，质量为m的通电直导线,电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上,则外加磁场的磁感应强度的大小和方向可以是 （ ）
A. ,方向垂直斜面向下
B. ,方向竖直向下
C. ,方向水平向左
D. ,方向水平向右
θ
I
ABC
B组能力训练题7
7．如图所示，长直导线通电为I1，通过通以电流I2环的中心且垂直环平面，当通以图示方向的电流I1、I2时，环所受安培力 （ ）
A. 沿半径方向向里
B. 沿半径方向向外
C. 等于零
D. 水平向左
E. 水平向右
I1
I2
C
B组能力训练题8
B
D
A
C
A. 逆时针方向转动，同时靠近导线AB
B. 顺时针方向转动，同时靠近导线AB
C. 逆时针方向转动，同时离开导线AB
D. 顺时针方向转动，同时离开导线AB
8.两条导线互相垂直，如图所示，但相隔一段较小的距离, 其中一条AB是固定的, 另一条CD能自由转动，当直流电流按
图示方向通入两条导线时，
CD导线将（ ）
A
B组能力训练题9
9．如图,原来静止的圆形线圈通入逆时针方向的电流I，在其直径AB上靠近B点处放一根垂直于线圈的固定不动的长直导线，长直导线通以垂直于纸面向里方向的电流I' 的作用下，圆线圈将 ( )
A．向左平动
B．向右平动
C．以直径为轴转动
D．静止不动
A
B
O
I
I'
C
B组能力训练题10
10.条形磁铁放在水平面上，在它的上方偏右处有一根固定的垂直纸面的直导线，如图所示，当直导线中通以图示方向的电流时，磁铁仍保持静止.下列结论正确的是 （ ）
A.磁铁对水平面的压力减小
B.磁铁对水平面的压力增大
C.磁铁对水平面施加向左的静摩擦力
D.磁铁所受的合外力增加
BC
I
S
N
解见下页
画出导线处的磁感应线如图示，
以导线为研究对象，根据左手定则可知导线受到斜向右上的安培力F，
根据牛顿第三定律，导线给磁铁
的反作用力F'方向向左下方。
再以磁铁为研究对象，磁铁受到重力，向左下方的反作用力F' 和支持力。
根据磁铁受力平衡，可知支持力变大，即磁铁对水平面的压力增大，磁铁受到向右的静摩擦力。
根据牛顿第三定律，磁铁给水平面施加向左的静摩擦力。
解：
F
F'
B
N
S
B组能力训练题11
4. 如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1．当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为 ( )
A．F2
B．F1 - F2
C．F1 + F2
D．2F1 - F2
a
b
I
I
A
解见下页
导线a 受到导线b 中电流的作用力F1如图示
导线b 受到导线 a 中电流的作用力F1' 如图示
F2是导线a 受到外加磁场B的作用力FB和导线
b 中电流的作用力F1的合力
设后来b导线受到的磁场力大小变为 F2'
F2'是导线b 受到外加磁场B的作用力FB'和导线
a 中电流的作用力F1' 的合力
F1'和F1、FB'和FB方向相反，
大小相等。
所以 F2' = F2 ，选项A正确。
解：
a
b
I
I
F1
F1'
B组能力训练题12
12、在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图．过c点的导线所受安培力的方向 （ ）
A．与ab边平行，竖直向上
B．与ab边平行，竖直向下
C．与ab边垂直，指向左边
D．与ab边垂直，指向右边
a
b
c
上
右
C
解见下页
【解析】本题考查了左手定则的应用。
a
b
c
导线a在c处产生的磁场方向由安培定则可判断，
即垂直ac向左，
Ba
同理导线b在c处产生的磁场方向垂直bc向下，
Bb
则由平行四边形定则，过c点的合磁场方向平行于ab，
B合
根据左手定则可判断导线c受到
的安培力垂直ab边，指向左边。
B组能力训练题13
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的电流，平衡时两悬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. 两悬线等长变短,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
M
B
θ
θ
N
A
解见下页
水平的直线电流在竖直磁场中受到水平的安培力而偏转，与竖直方向形成夹角，此时它受拉力、重力和安培力而达到平衡,根据平衡条件有
所以棒中的电流增大θ角度变大；
两悬线变短，不影响平衡状态，
θ角度不变；
金属质量变大, θ角度变小；
磁感应强度变大, θ角度变大。
解析：
F安
T
mg
θ
B组能力训练题14
16.在倾角为θ的光滑斜面上，置一通有电流I，长为L，质量为m的导体棒，如图所示
（1）欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值为多少？方向如何？
（2）欲使棒静止在斜面上，且对斜面无压力，应加匀强磁场B的最小值为多少？方向如何？
（3）分析欲使棒静止在斜面
上且要求B垂直于L，应外加
磁场的方向及范围。
θ
（1）当磁场力与导体棒的重力沿斜面方向分力平衡时,磁场力最小,磁感应强度B的最小,
mgsinθ=BIL，
由左手定则判定得磁感应强度B的方向垂直斜面斜向上。
（2）当磁场力与重力平衡时对斜面无压力，
由左手定则判定得磁感应强度B的方向水平向左.
应加匀强磁场B的最小值
解：
θ
BIL=mg
当安培力F方向在竖直向上方向到垂直斜面向下的范围内，均有可能与重力沿斜面方向分力平衡，即可能使棒静止在斜面上，
θ
所以外加磁场B的方向为水平向左到沿斜面向上的范围，如图示。
B
B
（3）分析欲使棒静止在斜面上且要求B垂直于L，应外加磁场的方向及范围。
F
F
题目
B组能力训练题15.
两根相互靠近的长直导线1、2中通有相同的电流，相互作用力为F．若在两根导线所在空间内加一匀强磁场后，导线2所受安培力的合力恰好为零．则所加磁场的方向是（ ）
（A）垂直纸面向里
（B）垂直纸面向外
（C）垂直导线向右
（D）垂直导线向左
解见下页
I
1
I
2
B
解析：
由右手螺旋法则，导线1的电流在导线2处产生的磁感应强度的方向垂直纸面向里，
要使导线2所受安培力的合力恰好为零，则导线2所在处的合磁感应强度恰好为零，
故所加外磁场的方向垂直纸面向外，
I
1
I
2
选项B正确。
B组能力训练题16.（2015年江苏卷4）
如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。 下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长 MN 相等，将它们分别挂在天平的右
臂下方。 线圈中通有大小相同的
电流，天平处于平衡状态。 若磁
场发生微小变化，天平最容易失
去平衡的是 （ ）
解见下页
(A)
M
N
(B)
M
N
(C)
M
N
(D)
M
N
A
解析：
根据F=BIL，处于磁场中的导体，有效长度越长，受安培力越大，天平越容易失去平衡，
由题图知，选项A中导体的有效长度最长，
(A)
M
N
(B)
M
N
(C)
M
N
(D)
M
N
所以选项A正确。
B组能力训练题17.
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
解见下页
B
解析：
本题考查安培力的大小和方向．
安培力总是垂直于磁场与电流所决定的平面，
因此，安培力总与磁场和电流垂直，
A错误，B正确；
安培力F＝BILsin θ，其中θ是电流方向与磁场方向的夹角，C错误；
将直导线从中点折成直角，则前半段受到的安培力为
后半段受到的安培力为
由于夹角θ不确定，所以F1、F2的合力不一定等于F1，
选项D错。
谢谢
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