（沪科版选修3-1）物理：5.4《探究安培力》学案

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探究安培力
【知识要点】
1． 安培力
1、磁场对电流的作用力叫做安培力。
（1）大小计算：当L∥B时，F= 。
当L⊥B时，F= 。（此时安培力最大）
①L是有效长度：弯曲导线的有效长度
等于两端点所连直线的长度；相应的电流方向，沿L 由始端流向未端．
因为任意形状的闭合线圈，其有效长度L＝0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零．
②公式的适用条件：一般只适用于匀强磁场．若B不是匀强磁场，则L应足够短以至可将L所在处的磁场视为匀强磁场．
（2）安培力的方向: 方向判定：左手定则。安培力的方向一定垂直于B和I，即总是垂直于B、I所决定的平面。（注意：B和I间可以有任意夹角）
【学法指导】
一 ．右手螺旋定则（安培定则）与左手定则的区别21世纪教育网
右手螺旋定则（安培定则） 左手定则
作用 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 直线电流 环形电流或通电螺线管21世纪教育网21世纪教育网 电流在磁场中
原因 大拇指指向电流的方向 四根手指弯曲方向指向电流的环绕方向 磁感线穿过手掌心四指指向电流方向
结果 四根手指弯曲方向表示磁感线的方向 大拇指指向轴线上的磁感线方向 大拇指指向电流受到的磁场力的方向
二、判定安培力作用下导体运动方向 常用方法有以下四种：
1．电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向．从而判断出整段电流所受作用力方向，最后确定运动方向．
例1．如图所示，一个闭合线圈套在条形磁铁靠近N极的一端，当线圈内通以图示方向的电流I时，下列说法中正确的是（ B ）
①线圈圆面将有被拉大的倾向 　 ③线圈将向S极一端平移
②线圈圆面将有被压小的倾向 　 ④线圈将向N极一端平移
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
例2．如图，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流时，从上往下看，导线的运动情况是（ C ）
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
2．特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向．
3．等效法：环形电流可以等效小磁针，通电螺线管可以等效为条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管． 通电螺线管可以等效成多匝的环形电流．
例3．用弯曲的导线把一铜片和一锌片相连装在一绝缘的浮标上，然后把浮标放在含有稀硫酸的容器中．设开始放置时，环面的轴线为东西向，放手后，
由于地磁场的作用，环面的轴线将会静止在　　　向上．整个装置如图所示．
例4．如图所示，水平放置的条形磁铁N极的附近悬挂着一个能自由运动的圆形导线线圈，线圈与条形磁铁处在同一竖直平面内，当线圈中通以图示方向的电流时，从上向下看，线圈将（　　）
例5．实验表明电流和电流之间也会通过磁场发生相互作用：两条平行的直导线当通以相同方向的电流时，它们相互吸引；当通以相反方向的电流时，它们相互推斥．试解释之．
例6．两条通电的直导线互相垂直，但两导线相隔一小段距离，其中导线AB是固定的，另一条CD能自由转动．通以图示方向的直流电后，CD导线将( B)
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，同时远离导线AB
D．顺时针方向转动，同时远离导线AB
4．利用结论法：
（1）两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．
（2）两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．利用这些结论分析，可以事半功倍．
例7．如图所示，在通电长导线的旁边放一个可以自由移动和转动的矩形通电线圈，线圈和导线在同一平面上，它的a、c两边和导线平行．试讨论一下线圈各边的受力情况．线圈在磁场中将怎样运动？（远离I方向运动）
【典型例析】
例8．如图1所示，垂直折线abc中通入I的电流。ab=bc=L，折线所在平面与匀强磁感强度B垂直.abc受安培力等效于ac（通有a→c的电流I）所受安培力，即F1= ，方向同样由等效电流ac判定为在纸面内垂直于ac斜向上，同理可以推知：
i 如图2所示，半圆形通电导线受安培力F2=
ii 如图3所示，闭合的通电导线框受安培力F3= （ ；F=BI·2R；F=0。）
例9、如图所示为一通电直导线，该导线中每米长度内有n个自由电荷，每个自由电荷的电量均为q，它们的定向移动速率均为v，现加一匀强磁场，磁场方向与导线垂直，磁感强度为B，则磁场对这条导线上长度为l一段的安培力大小应是（ A ）
A．nqvBl B．nqBl/v C．qBl/nv D．qvBl/n
【基础训练】
1．指出如图所示六种情况中通电导体棒ab所受的各个力的方向与大小．设棒长为l，通电电流为I，磁感强度为B，导体棒光滑．
2．质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ．有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图所示；下图是它的四个侧视图，图中已标出四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是（ ）
3．通电矩形导线框abcd与无限长通电导线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，下列叙述正确的是（ BC ）
A、线框有两条边所受的安培力方向相同；
B、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向左；
D、线框将以ab边为轴向外转动；
4．如图所示。一个位于xy平面内的矩形通电线圈只能绕ox轴转动，线圈的四个边分别与x、y轴平行，线圈中的电流方向如图，当空间加上如下所述的哪种磁场时，线圈会转动起来。（B）
A．方向沿x轴正向的恒定磁场
B．方向沿y轴的正向恒定磁场
C．方向沿z轴的正向恒定磁场
D．方向沿z轴的正向变化磁场
5、如图所示，接通电键K的瞬间，用丝线悬挂于一点，可自由转动的通电直导线AB 将( )?
A.A端向上，B端向下，悬线张力不变；? B.A端向下，B端向上，悬线张力不变；
C.A端向纸外，B端向纸内，悬线张力变小； D.A端向纸内，B端向纸外，悬线张力变大。?
6．如图，在XOY平面中有一通电导线与OX、OY轴相交，导线中电流方向如图所示，
该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与OZ轴的正方向相同。该磁
场的方向可能是……………………………………………………………（ BD ）
A、沿X釉正方向；
B、沿X轴负方向；
C、沿Z轴正方向；
D、沿Y轴负方向。
图1
图3
图2
a
b
c
d
M
N
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