第3章 4 通电导线在磁场中受到的力.docx

1、第3章 4 通电导线在磁场中受到的力4通电导线在磁场中受到的力学习目标1.知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向.2.掌握安培力的公式FILBsin ，并会进行有关计算.3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理.一、安培力的方向导学探究按照如图1所示进行实验.图1(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)受力的方向改变；(2)受力的方向改变；安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则.知识梳理安培力的方向判定(1)左手定则

2、：如图2所示，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.图2(2)说明：FB，FI，即F垂直于B、I决定的平面.磁场方向和电流方向不一定垂直.用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心.即学即用判断下列说法的正误.(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直.()(2)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直.()(3)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向.()(4)若电流和磁场方向都变为与原来反向，则安培力的方向也变为与原来

3、反向.()二、安培力的大小导学探究(1)在图3所示的实验中，探究安培力的大小与磁场强弱、电流大小、导线长度的关系.图3在B、L一定时，增大电流I，导线受力怎么变化？实验中如何改变导线长度L？在B、I一定时，增大导线的长度L，导线受力怎么变化？(2)长为l的一段导线放在磁场B中，通以电流I，当导线按以下两种方式放置时，所受磁场的作用力分别是多大？导线和磁场垂直放置；导线和磁场平行放置.(3)当导线和磁场方向的夹角为时，如何计算安培力的大小？答案(1)安培力变大分别将不同的接点连入电路安培力变大(2)FIlBF0(3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，分别计算两分磁场对导线的作用力.

4、知识梳理安培力的大小同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如图4所示.图4(1)如图甲，IB，此时安培力最大，FILB.(2)如图乙，IB，此时安培力最小，F0.(3)如图丙，当I与B成角时，把磁感应强度B分解，如图丁.此时FILBsin_.即学即用判断下列说法的正误.(1)通电导线在磁场中不一定受安培力.()(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定是零.()(3)若磁场一定，导线的长度和电流也一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小.()三、磁电式电流表知识梳理磁电式电流表的构造和原理(1)原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏

5、转.线圈偏转的角度越大，被测电流就越大.根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向.(2)构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴.(3)特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直.线圈平面与磁场方向平行，如图5所示.图5(4)优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流.缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱.即学即用判断下列说法的正误.(1)指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的.()(2)通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大.()(3)在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场.()(4)在线圈转

6、动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关.()一、安培力的方向例1画出图6中各磁场对通电导线的安培力的方向.图6答案如图所示解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则.二、安培力的大小1.公式FILBsin 中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响.2.公式FILBsin 中L指的是导线在磁场中的“有效长度”， 弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图7所示)；相应的电流沿L由始端流向末端.图73.公式FILBsin 中是B和I方向的夹角，当90时sin 1，公式变为FILB.例2长度为L

7、、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是()答案A解析A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故FBILcos ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，B错误；C图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，C错误；D图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，D错误.例3如图8所示，一根导线位于磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，其中ABBCCDDEl，且C120、BD150.现给这根导线通入由A至E的恒定电流I，则导线受到磁场作用的合力大小为()图8A.2BIl B.

8、(2)BIlC.(2)BIl D.4BIl答案C解析据题图和几何关系求得AE间的距离为：L等(2)l.据安培力公式得FBIL等(2)BIl，故A、B、D错误，C正确.三、安培力的实际应用例4如图9所示的天平可用来测量磁场的磁感应强度.天平的右臂下面挂一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面.当线圈中通有电流I(方向如图所示)时，在天平两边加上质量分别为m1、m2的砝码时，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平又重新平衡.由此可知()图9A.磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为B.磁感应强度方向垂直纸面向里，大小为C.磁感应强度方向垂

9、直纸面向外，大小为D.磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为答案B解析因为电流反向时，右边再加砝码才能重新平衡，所以此时安培力竖直向上，由左手定则判断磁场方向垂直于纸面向里.电流反向前，有m1gm2gm3gNBIL，其中m3为线圈质量.电流反向后，有m1gm2gm3gmgNBIL.两式联立可得B.故选B.天平两臂平衡时，对左、右两盘向下的压力(等于重物或砝码的重力)和拉力的合力相等.1.下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是()答案C2.如图10所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，则各导线所受到的安培力分别为：图10FA_，FB_，FC_，FD

10、_.答案BILcos BILBIR03.如图11，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为F1，若棒中电流大小不变方向相反，两线上的拉力大小均为F2，且F2F1，则铜棒所受安培力大小为()图11A.F1F2 B.F2F1C.2F12F2 D.2F1F2答案B解析设铜棒的重力为G，所受安培力的大小为F，则由平衡条件得：2F1GF 当电流反向时，安培力变为竖直向下，此时同样根据铜棒受力平衡有：2F2GF 由和可得：FF2F1，则B正确.4.如图12所示，直角形导线abc通以恒定电流I，两段导线的长度分别为3L和4L，导线处于垂直于导线平面的磁

11、感应强度为B的匀强磁场中，则导线受到安培力的合力为()图12A.3BIL，方向bcB.4BIL，方向baC.7BIL，方向垂直于ac连线斜向上D.5BIL，方向垂直于ac连线斜向上答案D解析导线受到安培力的合力相当于直线ac受到的安培力，由左手定则可知，安培力的方向垂直于ac连线斜向上.导线在磁场内有效长度为：5L，故该通电导线受到安培力大小为F5BIL，选项D正确.一、选择题(110题为单选题)1.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导线和磁场方向的夹角无关D.将直导线从中间折

12、成直角，安培力的大小一定变为原来的一半答案B解析根据左手定则可知，安培力方向与磁场和电流所决定的平面垂直，即与电流和磁场方向都垂直，故A错误，B正确；磁场与电流不垂直时，安培力的大小为FBILsin (为B和I的夹角)，则安培力的大小与通电导线和磁场方向的夹角有关，故C错误；当电流方向与磁场的方向平行时，所受安培力为0，将直导线从中间折成直角，安培力的大小一定变为BIL；将直导线在垂直于磁场的方向的平面内从中间折成直角，安培力的大小一定变为原来的倍，故D错误.2.图1为某同学设计的研究磁场对通电金属棒作用的实验装置.当接通开关时，有电流通过金属棒，观察到金属棒向左运动，则下列说法正确的是()图

13、1A.此时通过金属棒的电流是由电源经b流向aB.若调换U形磁铁的磁极，则金属棒仍向左运动C.若调换流经金属棒的电流方向，则金属棒仍向左运动D.若同时调换U形磁铁的磁极和流经金属棒的电流方向，则金属棒仍向左运动答案D3.如图2，在xOy平面中有一通电直导线与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.该磁场的磁感应强度的方向可能是()图2A.沿z轴正方向 B.沿z轴负方向C.沿x轴正方向 D.沿y轴负方向答案D解析由电流方向、受力方向，根据左手定则可以判断出，磁感应强度的方向沿y轴的负方向，或者沿x轴的负方向都是可以的，故D是正确的

14、.4.如图3所示，把一根通电的硬直导线ab用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S瞬间，导线a端所受安培力的方向是()图3A.向上B.向下C.垂直纸面向外D.垂直纸面向里答案D解析根据安培定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁极N极在右侧.根据左手定则可知，a端受力应垂直纸面向里，选项D正确.5.如图4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()图4答案A解析四个线圈在磁场中的等效长度不同，A线圈等效长度最大，根据FBIL，A所受磁场力最大，当磁场变化时，A线圈对应的天平最容易失去平衡.6.如图5甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则()图5A.该磁场是匀强磁场B.该线圈的磁通量为BL2C.a导线受到的安培力方向向下D.b导