三、磁场对通电导线的作用
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道安培力的意义，了解影响通电导线所受安培力大小和方向的因素．(重点)
2．理解磁感应强度B的定义和物理意义．(难点)
3．学会用公式F＝BIL进行安培力的简单计算．(重点、难点)
4．理解电动机的工作原理，了解电动机在实际中的应用．(难点)
一、安培力及磁感应强度
1．安培力
(1)定义：通电导体在磁场中受到的力叫做安培力．
(2)大小：F＝BIL．适用条件：导体与磁场垂直．
2．磁感应强度
(1)定义：一段通电直导线垂直放在磁场里所受的安培力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫磁感应强度．
(2)公式：B＝.单位是特斯拉；符号：T．
(3)磁感应强度是矢量，它既有大小，又有方向．磁场的方向实际上就是磁感应强度的方向．
二、安培力的方向及电动机
1．安培力方向的判断方法——左手定则
伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内．让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．
2．电动机：应用通电线圈在磁场中受安培力作用来工作，主要结构：定子和转子．
(1)定子：固定不动部分．
(2)转子：电动机中转动部分．
1．思考判断
(1)磁感应强度的单位是特斯拉． (√)
(2)由公式B＝可知B与F成正比，与IL成反比． (×)
(3)小磁针的N极在磁场中某点的受力方向，就是这点的磁感应强度方向． (√)
(4)安培力的方向与磁感应强度的方向相同． (×)
(5)电动机是利用通电线圈在磁场中受安培力来工作的． (√)
(6)电动机将电能转化为机械能． (√)
(7)在左手定则中，大拇指所指方向为电流方向． (×)
2．关于磁感应强度的下列说法中，正确的是( )
A．磁感应强度是用来描述磁场强弱和方向的物理量
B．某一小段通电导线在某点不受安培力作用，则该点的磁感应强度一定为零
C．某一小段通电导线在某点受安培力的方向，就是该点磁场的方向
D．磁感应强度B的大小是由通电导线的长度、电流、受力决定的，与磁场无关
A [磁感应强度用来描述磁场，可以表示磁场的强弱和方向，其大小由磁场本身决定，与是否存在通电导线无关，选项A对，选项D错；当导线与磁场平行时，导线不受力，选项B错；安培力的方向与磁场方向垂直，选项C错．]
3．将通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直．若仅将导线中的电流增大为原来的3倍，则该匀强磁场的磁感应强度( )
A．减小为原来的 B．保持不变
C．增大为原来的3倍 D．增大为原来的9倍
B [导线与磁场方向垂直，则导线受到的安培力为：F＝BIL；若仅将导线中的电流增大为原来的3倍，则安培力将增大为原来3倍，而磁场的磁感应强度只与磁场本身有关，与电流大小无关，则该磁场的磁感应强度仍不变，故B正确，A、C、D错误．]
4．长为2 m的直导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为5×10－5 T的匀强磁场中．若导线中通有10 A的恒定电流，则磁场对导线的作用力多大？若仅使导线中的电流反向，则磁场对这根导线的作用力的方向如何变化？
[解析] 导线与磁场垂直放置，导线受到的安培力为：F＝BIL＝5×10－5 T×10 A×2 m＝1×10－3 N，
若仅使导线中的电流反向，根据左手定则，磁场对这根导线的作用力的方向反向．
[答案] 1×10－3 N，若仅使导线中的电流反向，则磁场对这根导线的作用力的方向反向
对磁感应强度的理解
1.通过实验归纳得出，电流方向跟磁场垂直时，电流受到的安培力最大为F＝BIL，平行放置时安培力为零．一般情况下，电流受到的安培力介于零和最大值之间．所以F＝BIL只适用于电流与磁场方向垂直的情况.
2．磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度L、电流I的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关．
3．不能根据公式B＝说B与F成正比，与IL成反比．
4．由公式B＝计算B时，通电直导线必须垂直于磁场放入，如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力F为零，但不能说该处磁感应强度B为零．
【例1】 关于磁感应强度，下列说法中正确的是( )
A．匀强磁场中的磁感应强度可以这样测定：测出一段通电导线放在磁场中受到的安培力F，及该导线的长度L、通过的电流I，则B＝
B．通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零
C．B＝只是定义式，磁感应强度是磁场本身的属性，与放不放通电导线无关
D．通电导线所受安培力的方向就是磁感应强度的方向
思路点拨：①公式B＝是磁感应强度的定义式，而不是决定式．
②磁感应强度的方向就是该点小磁针N极受力方向．
C [根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向上导线所受的安培力才最大，故A错误；当通电导线与磁场方向平行时，不受安培力作用，故B错误；在磁场源稳定的情况下，磁场内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的检验电流无关，C正确；由左手定则可确定，安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，故D错误．]
1．关于磁感应强度，下列说法正确的是( )
A．由B＝可知，B与F成正比，与IL成反比
B．通电导线放在磁场中的某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应强度就为零
C．通电导线受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场(即B＝0)
D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关
D [磁感应强度B＝是定义式，用来量度某处的磁感应强度，但磁感应强度是由磁场本身的性质决定的，与放入的通电导线无关；当通电导线与磁场方向平行时受磁场力为零，但不能说明B＝0，故选项A、B、C均错，只有选项D正确．]
安培力的大小和方向
1．安培力大小分析
通电导体在磁场中受到的安培力的大小与电流大小I、导线在磁场中的长度L、磁场的磁感应强度B以及电流方向与磁场方向有关系．
(1)当通电导线与磁场方向平行时，安培力F＝0；
(2)当通电导线与磁场方向垂直时，安培力F＝BIL；
(3)当通电导线与磁场方向成某一夹角θ时，安培力大小F满足：0≤F≤BIL.
2．安培力的方向特点
(1)由左手定则可判定F⊥I、F⊥B，但B与I不一定相互垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面．在判断时，首先确定磁场与电流所决定的平面，从而判断出安培力的方向．
(2)若已知B、I方向，安培力的方向唯一确定；但若已知B(或I)与安培力的方向，I(或B)的方向不唯一．
【例2】 如图所示，水平导体棒AB被两根竖直细线悬挂，置于垂直纸面向里的匀强磁场中，已知磁场的磁感应强度B＝0.5 T．导体棒长L＝1 m，质量m＝0.5 kg，重力加速度g取10 m/s2.当导体棒中通以从A到B的电流时，
(1)判断导体棒所受安培力的方向；当电流I＝2 A时，求导体棒所受安培力的大小F.
(2)导体棒中通过的电流I为多大时，细线中拉力刚好为0?
[解析] (1)由左手定则知，安培力的方向竖直向上．由F＝BIL得F＝0.5×2×1 N＝1 N.
(2)根据物体的平衡条件可知BI′L＝mg
I′＝＝ A＝10 A.
[答案] (1)竖直向上 1 N (2)10 A
2．如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里．长度为L的导体中通有恒定电流，电流大小为I.当导体垂直于磁场方向放置时，导体受到的安培力大小为BIL.若将导体在纸面内顺时针转过30°角，导体受到的安培力大小为( )
A. B．BIL
C. BIL D．2BIL
B [当导体垂直于磁场方向放置时，导体受到的安培力大小为BIL.当转过30°，导体棒还垂直于磁场，故此时受到的安培力还是BIL，故B正确．]
1．(多选)以下家用电器中与安培力有关的是( )
A．电视机 B．录音机
C．电冰箱 D．洗衣机
BCD [四种家电中，B、C、D都用到电动机，所以都与安培力有关，而电视机与安培力无关．]
2．某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系的图如图所示，其中正确的是( )
D [由左手定则知，D正确，A、B错误；C图中，B与I平行，导线不受安培力，故C错误．]
3．(多选)关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法正确的是( )
A．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直
C．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直
D．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面
BCD [当一段通电直导线在磁场中平行于磁感线方向放置时，不受安培力的作用，A选项错误．据左手定则，通电直导线在磁场中所受安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流的方向，即安培力方向总是垂直于磁场和电流所确定的平面，B、C、D选项正确．]
4．如图所示，在磁感应强度为4.0×10－2 T的匀强磁场中，有一条与磁场方向垂直的长8 cm的通电直导线ab，通电直导线所受的安培力是1.0×10－2 N，方向垂直于纸面向外，求导线中电流的大小．
[解析] 由公式F＝BIL可知
I＝＝ A＝3.125 A.
[答案] 3.125 A
课件43张PPT。第二章 磁场三、磁场对通电导线的作用通电导体BIL垂直垂直安培力乘积特斯拉T磁场垂直同一个平面四指拇指安培力定子转子固定不动转动√×√
×√√×点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(九) 磁场对通电导线的作用
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
1．(6分)(多选)有关磁感应强度的方向，下列说法正确的是( )
A．B的方向就是小磁针S极所指的方向
B．B的方向与小磁针N极的受力方向一致
C．B的方向就是通电导线受安培力的方向
D．B的方向就是该处磁场的方向
BD [磁场的方向就是磁感应强度的方向，规定为小磁针静止时N极所指的方向或小磁针N极的受力方向，它与通电导线所受安培力的方向是垂直的．]
2．(6分)下列关于磁感应强度大小的说法正确的是( )
A．通电直导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大
B．通电直导线在磁感应强度大的地方受力一定大
C．放在匀强磁场中各处的通电直导线，受力大小和方向处处相同
D．磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电直导线受力的大小和方向无关
D [因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电直导线的受力及方向都无关，所以选项A错误，选项D正确；因为通电直导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电直导线的取向有关，故选项B错误；虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，磁场力是不相同的(导线与磁场方向垂直时受磁场力最大，与磁场方向平行时受磁场力为零)，而选项C中没有说明导线在各个位置的取向是否相同，所以选项C错误．]
3．(6分)(多选)下列各项所示为通电直导线置于匀强磁场中的不同方式，其中导线能受到安培力作用的是( )
AC [由于B、D所示的电流方向与磁场方向平行，故不受安培力，A、C所示电流方向与磁场方向垂直，受安培力作用，故选项A、C正确．]
4．(6分)为了简化安培的实验，我们可以用如图所示的装置探究影响安培力方向的因素．实验中如果发现导体棒被推出磁铁外，则此时磁铁的磁极和电流方向可能是( )
A．磁铁N极在上，电流方向A→B
B．磁铁N极在上，电流方向B→A
C．磁铁S极在上，电流方向B→A
D．以上三种情况都有可能
B [根据左手定则判断可知选项B正确．]
5．(6分)有一通电导线在赤道上方，沿东西方向水平放置，电流方向向东，它受到地磁场的作用力方向为( )
A．向东 B．向西
C．向上 D．向下
C [赤道上方，地磁场方向向北，由左手定则知选项C对．]
6．(6分)如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是( )
A．加水平向右的磁场
B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场
D．加垂直纸面向外的磁场
C [由于绳子的拉力为零，所以直导线所受的安培力向上，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，故C正确．]
7．(6分)(多选)下列说法正确的是( )
A．若某电荷在某处不受到电场力作用，则该处电场强度为零
B．若一小段通电导线在某处不受到磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零
C．电场中某点的电场强度，在数值上等于一个电荷在该点受到的电场力与一个电荷电量的比值
D．磁场中某点的磁感应强度，在数值上等于一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线的长度和电流的乘积的比值
AC [磁场不同于电场，如通电导线与磁场平行，则安培力为零，选项B错误，选项A正确；由电场强度的定义可知选项C正确；导线与磁场垂直时才有B＝，故选项D错误．]
8．(8分)如图所示，在水平向右的匀强磁场中，放有矩形线框abcd，线框可绕其中心轴线自由转动，若线框中通入图中所示电流．试判断此时线框的转动方向．(从上向下看)
[解析] 据左手定则，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向．则大拇指所指的方向即通电导线所受安培力方向．由此可判断此时：ab边受安培力方向垂直纸面向里，dc边受安培力方向垂直纸面向外，而ad边和bc边此时不受安培力作用，因此线框ab边向里转，cd边向外转，即从上向下看线框顺时针转动．
[答案] 从上向下看线框顺时针转动
[能力提升练]
9．(6分)电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器．如图为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5 m，宽1.5 m．若发射质量为50 g的炮弹从轨道左端初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20 A时，最大速度可达3 km/s.轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力．下列说法正确的是( )
A．磁场方向为竖直向下
B．磁场方向为水平向右
C．磁感应强度的大小为103 T
D．电磁炮的加速度大小为3×105 m/s2
C [由左手定则知磁场方向应竖直向上，A、B错误；由v2＝2ax得a＝＝6×105 m/s2，D错误；又BIL＝ma，所以B＝＝1.0×103 T，C正确．]
10．(6分)如图所示，两金属导轨平行放置，处于同一水平面内，匀强磁场垂直于导轨平面向下，导轨间接有电源．现垂直于导轨固定一电阻为r的金属棒MN，金属棒与导轨接触良好，接通电源后( )
A．金属棒受到向左的安培力作用
B．金属棒受到向右的安培力作用
C．若换用更粗的同种材料的金属棒，安培力将减小
D．若换用更粗的同种材料的金属棒，安培力大小不变
A [根据左手定则可知选项A正确，选项B错误；若换更粗的同种金属材料，则电阻减小电流增大，由F＝BIL可知安培力增大，选项C、D错误．]
11．(6分)如图所示，一根质量为m的金属棒AC，用软线悬挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，通入A→C方向的电流时，悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，可以采用的办法是( )
A. 不改变电流和磁场方向，适当减小电流
B. 不改变磁场和电流方向，适当增大磁感强度
C. 只改变电流方向，并适当增加电流
D. 只改变电流方向，并适当减小电流
B [不改变电流和磁场方向，应适当增大电流，可增大安培力，能使悬线张力为零，故A错误；不改变磁场和电流方向，金属棒所受的安培力方向仍向上，适当增大磁感应强度，可增大安培力，能使悬线张力为零，故B正确；只改变电流方向，金属棒所受安培力方向向下，悬线张力一定不为零，故C、D错误．]
12．(6分)在磁场中的同一位置放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直．先后在导线中通入不同的电流，导线所受的力也不一样，图中几幅图象表现的是导线受的力F与通过的电流I的关系．a、b各代表一组F、I的数据．下列图中正确的是( )
C [在匀强磁场中，当电流方向与磁场垂直时所受安培力为：F＝BIL，由于磁感应强度B和导线长度L不变，因此F与I的关系图象为过原点的直线，故A、B、D错误，C正确．]
13．(12分)如图所示，在同一水平面的两导轨相互平行，并放在竖直向上的磁场中，一根质量为3.6 kg、有效长度为2 m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5 A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增大到8 A时，金属棒能获得2 m/s2的加速度．则磁场的磁感应强度为多少？
[解析] 设金属棒所受的摩擦力为Ff，根据题意得：
BI1L－Ff＝0 ①
BI2L－Ff＝ma ②
由①②式得B＝＝ T＝1.2 T.
[答案] 1.2 T
14．(14分)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I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最小值是多少？方向向哪？
[解析] 当磁场方向垂直斜面向下，则安培力方向沿斜面向上，此时对应的磁感应强度最小．受力分析如图所示．当安培力等于重力沿斜面向下的分力时，导线平衡mgsin θ＝BIL，
B＝.
[答案] B＝，方向垂直斜面向下
