第2節(jié) 磁場對通電導(dǎo)線的作用——安培力

1、第三章第2節(jié)理解教材新知把握熱點(diǎn)考向應(yīng)用創(chuàng)新演練知識點(diǎn)一知識點(diǎn)一知識點(diǎn)二知識點(diǎn)二考向一考向三隨堂基礎(chǔ)鞏固隨堂基礎(chǔ)鞏固課時跟蹤訓(xùn)練課時跟蹤訓(xùn)練考向二返回返回返回1磁場對通電導(dǎo)線的作用力稱為磁場對通電導(dǎo)線的作用力稱為 安培力，安培力的方向由左手定則判定。安培力，安培力的方向由左手定則判定。2當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時， 導(dǎo)線不受安培力，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁導(dǎo)線不受安培力，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁 場方向垂直時，導(dǎo)線受安培力作用，場方向垂直時，導(dǎo)線受安培力作用， 其大小為其大小為FBIL。3電動機(jī)是靠安培力做功，將電能轉(zhuǎn)電動機(jī)是靠安培力做功，將電能轉(zhuǎn) 化成機(jī)械能的裝置?；蓹C(jī)械能的裝置。

2、返回返回 1探究磁場對通電導(dǎo)線的作用探究磁場對通電導(dǎo)線的作用 (1)實(shí)驗(yàn)原理：將通電導(dǎo)線置于磁場中，它將受到力實(shí)驗(yàn)原理：將通電導(dǎo)線置于磁場中，它將受到力的作用。取一蹄形磁鐵，認(rèn)為它的兩極間的磁場均勻，將的作用。取一蹄形磁鐵，認(rèn)為它的兩極間的磁場均勻，將一通電線框置于蹄形磁鐵的兩極間。電流的大小可以由滑一通電線框置于蹄形磁鐵的兩極間。電流的大小可以由滑動變阻器調(diào)節(jié)，通電導(dǎo)線在磁場中的長度可由并用的磁鐵動變阻器調(diào)節(jié)，通電導(dǎo)線在磁場中的長度可由并用的磁鐵數(shù)目改變，安培力的大小可通過彈簧測力計(jì)的讀數(shù)求出。數(shù)目改變，安培力的大小可通過彈簧測力計(jì)的讀數(shù)求出。自學(xué)教材自學(xué)教材返回(2)實(shí)驗(yàn)裝置：如圖實(shí)驗(yàn)裝置

3、：如圖321所示。所示。 (3)實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺、蹄形磁體實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺、蹄形磁體(2個個)，線框，彈簧，線框，彈簧測力計(jì)，電流表，電源、滑動變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線若干。測力計(jì)，電流表，電源、滑動變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線若干。圖圖321返回 (4)實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)過程： 按如圖按如圖321所示裝置安裝、連接實(shí)驗(yàn)器材，并使線所示裝置安裝、連接實(shí)驗(yàn)器材，并使線框下端與磁場方向垂直?？蛳露伺c磁場方向垂直。 在接通電路前先觀察并記錄下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)在接通電路前先觀察并記錄下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F0。 接通電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表讀數(shù)為接通電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表讀數(shù)為I1，記錄彈，記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù)簧測

4、力計(jì)的讀數(shù)F1。 繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表讀數(shù)為繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表讀數(shù)為I2，I3，In，觀察并記錄彈簧測力計(jì)相應(yīng)的讀數(shù)觀察并記錄彈簧測力計(jì)相應(yīng)的讀數(shù)F2，F(xiàn)3，F(xiàn)n。 分別計(jì)算出分別計(jì)算出F1F0，F(xiàn)2F0，F(xiàn)3F0，F(xiàn)nF0，并，并填入表格中。填入表格中。返回Ii/AFiF0/N 列出列出Ii與與FiF0(i1,2,3，n)的對應(yīng)關(guān)系。的對應(yīng)關(guān)系。 緊挨著蹄形磁體再并排放上一個相同的蹄形磁緊挨著蹄形磁體再并排放上一個相同的蹄形磁體體(相同的極性在同一側(cè)相同的極性在同一側(cè))。仍保持線框的豎直邊在磁場。仍保持線框的豎直邊在磁場區(qū)外，重復(fù)過程。區(qū)外，重復(fù)過程。返回 (5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)

5、結(jié)論： 當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時，導(dǎo)線不受力。當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向平行時，導(dǎo)線不受力。 當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，磁場對通電導(dǎo)線有當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，磁場對通電導(dǎo)線有力的作用，力的大小與導(dǎo)線中的電流、導(dǎo)線長度和磁場強(qiáng)力的作用，力的大小與導(dǎo)線中的電流、導(dǎo)線長度和磁場強(qiáng)弱有關(guān)。精確實(shí)驗(yàn)表明：通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，磁弱有關(guān)。精確實(shí)驗(yàn)表明：通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，磁場對通電導(dǎo)線作用力的大小與導(dǎo)線長度和電流大小都成正場對通電導(dǎo)線作用力的大小與導(dǎo)線長度和電流大小都成正比，比例系數(shù)與導(dǎo)線所在位置的磁場強(qiáng)弱有關(guān)。比，比例系數(shù)與導(dǎo)線所在位置的磁場強(qiáng)弱有關(guān)。返回 2安培力的大小和方向安培力的大小

6、和方向 (1)定義：磁場對通電導(dǎo)線的作用力。定義：磁場對通電導(dǎo)線的作用力。 (2)公式：公式：FILB。 式中式中I的單位為安的單位為安(A)，L的單位為米的單位為米(m)，F(xiàn)的單位的單位為牛為牛(N)。 返回 (3)安培力方向的判定安培力方向的判定左手定則左手定則 內(nèi)容：伸出左手，四指并攏，使大內(nèi)容：伸出左手，四指并攏，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向沿電流方向，手心，四指指向沿電流方向，則大拇指所指方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向，如則大拇指所指方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向，如

7、圖圖322所示。所示。圖圖322返回重點(diǎn)詮釋重點(diǎn)詮釋 1對安培力的理解對安培力的理解 (1)公式公式FILB是在通電導(dǎo)線與磁場方向垂直的情況下得是在通電導(dǎo)線與磁場方向垂直的情況下得出的。出的。 (2)安培力方向的特點(diǎn)：通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力安培力方向的特點(diǎn)：通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向，既與電流方向垂直，又與磁場方向垂直，或者說安培方向，既與電流方向垂直，又與磁場方向垂直，或者說安培力方向垂直于電流方向和磁場方向所確定的平面。力方向垂直于電流方向和磁場方向所確定的平面。 (3)當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直電流與磁場所決

8、定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安直電流與磁場所決定的平面，所以仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心。培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心。返回 (4)注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與場的方向注意區(qū)別安培力的方向和電場力的方向與場的方向的關(guān)系：安培力的方向總是與磁場的方向垂直，而電場力的關(guān)系：安培力的方向總是與磁場的方向垂直，而電場力的方向與電場的方向平行。的方向與電場的方向平行。 (5)安培定則和左手定則的區(qū)別：安培定則和左手定則的區(qū)別： 安培定則確定的是電流方向和由電流產(chǎn)生的磁場方安培定則確定的是電流方向和由電流產(chǎn)生的磁場方向之間的關(guān)系。向之間的關(guān)系。 左手

9、定則確定的是磁場方向、電流方向和電流所受左手定則確定的是磁場方向、電流方向和電流所受磁場的作用力磁場的作用力(安培力安培力)的方向之間的關(guān)系。的方向之間的關(guān)系。返回2電場力與安培力的區(qū)別電場力與安培力的區(qū)別電場力電場力安培力安培力研究對象研究對象點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷電流元電流元受力特點(diǎn)受力特點(diǎn)正電荷受力方向與電場方正電荷受力方向與電場方向相同，負(fù)電荷相反向相同，負(fù)電荷相反安培力方向與磁場方安培力方向與磁場方向和電流方向都垂直向和電流方向都垂直判斷方法判斷方法結(jié)合電場線方向和電荷正、結(jié)合電場線方向和電荷正、負(fù)判斷負(fù)判斷用左手定則判斷用左手定則判斷返回1在圖在圖323中標(biāo)出了磁場的方向、通電直導(dǎo)線中電中標(biāo)

10、出了磁場的方向、通電直導(dǎo)線中電流流I的方向，以及通電直導(dǎo)線所受安培力的方向，以及通電直導(dǎo)線所受安培力F的方向，其的方向，其中正確的是中正確的是 ()圖圖323返回解析：解析：B選項(xiàng)導(dǎo)線和磁場方向平行，故通電導(dǎo)線不受安培選項(xiàng)導(dǎo)線和磁場方向平行，故通電導(dǎo)線不受安培力作用，再由左手定則，力作用，再由左手定則，C選項(xiàng)正確，選項(xiàng)正確，A、D錯誤。錯誤。答案：答案：C返回自學(xué)教材自學(xué)教材 1直流電動機(jī)的工作原理直流電動機(jī)的工作原理 (1)直流電動機(jī)的構(gòu)造：直流電動機(jī)的構(gòu)造： 如圖如圖324所示是一個直流電動機(jī)的工作模型，由所示是一個直流電動機(jī)的工作模型，由磁場磁場(磁體磁體)、轉(zhuǎn)動線圈、滑環(huán)、轉(zhuǎn)動線圈、滑

11、環(huán)(兩個半圓環(huán)兩個半圓環(huán)A和和B)、電刷及、電刷及電源組成電源組成圖圖324返回 (2)工作原理：工作原理： 當(dāng)電流由半圓環(huán)當(dāng)電流由半圓環(huán)A流入時，則從流入時，則從B流出；當(dāng)電流由流出；當(dāng)電流由B流入時，則從流入時，則從A流出。因此，滑環(huán)在其中起了一個換流出。因此，滑環(huán)在其中起了一個換向器的作用。當(dāng)線圈通電后，由于受到安培力的作用，向器的作用。當(dāng)線圈通電后，由于受到安培力的作用，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)起來。線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)起來。 2電動機(jī)的分類電動機(jī)的分類 (1)直流電動機(jī)。直流電動機(jī)。 (2)交流電動機(jī)。交流電動機(jī)。 返回 重點(diǎn)詮釋重點(diǎn)詮釋 (1)兩個半圓環(huán)兩個半圓環(huán)A和和B的作用是改變線圈中的電

12、流方向，的作用是改變線圈中的電流方向，從而確保線圈中安培力的方向與線圈轉(zhuǎn)動方向一致。從而確保線圈中安培力的方向與線圈轉(zhuǎn)動方向一致。 (2)無論直流電動機(jī)還是交流電動機(jī)，無論其結(jié)構(gòu)多無論直流電動機(jī)還是交流電動機(jī)，無論其結(jié)構(gòu)多復(fù)雜，但都是利用磁場對通電導(dǎo)線的作用把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)復(fù)雜，但都是利用磁場對通電導(dǎo)線的作用把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的。械能的。返回2下列關(guān)于直流電動機(jī)的說法，錯誤的是下列關(guān)于直流電動機(jī)的說法，錯誤的是()A直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置B直流電動機(jī)能把電能全部轉(zhuǎn)化為動能直流電動機(jī)能把電能全部轉(zhuǎn)化為動能C直流電動機(jī)是依靠磁場對電流的作用工作的直流

13、電動機(jī)是依靠磁場對電流的作用工作的D直流電動機(jī)工作時也會有發(fā)熱現(xiàn)象，是電流的熱效應(yīng)直流電動機(jī)工作時也會有發(fā)熱現(xiàn)象，是電流的熱效應(yīng)返回解析：解析：從能量角度來看直流電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)從能量角度來看直流電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置。其工作原理是利用了磁場對電流的作用。械能的裝置。其工作原理是利用了磁場對電流的作用。但由于線圈有一定的電阻，直流電動機(jī)在工作過程中但由于線圈有一定的電阻，直流電動機(jī)在工作過程中會產(chǎn)生一定的焦耳熱。會產(chǎn)生一定的焦耳熱。答案：答案： B返回返回 例例1如圖如圖325所示，一金所示，一金屬直桿屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，線圈上方，MN與

14、線圈軸線均處于與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使豎直平面內(nèi)，為使MN垂直于紙面垂直于紙面向外運(yùn)動，可以向外運(yùn)動，可以 ()圖圖325返回 A將將a、c端接在電源正極，端接在電源正極，b、d端接在電源負(fù)極端接在電源負(fù)極 B將將b、d端接在電源正極，端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極端接在電源負(fù)極 C將將a、d端接在電源正極，端接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極端接在電源負(fù)極 D以上判斷都不正確以上判斷都不正確 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥首先分析導(dǎo)線首先分析導(dǎo)線MN處線圈產(chǎn)生的磁場分處線圈產(chǎn)生的磁場分布情況，再根據(jù)左手定則判斷布情況，再根據(jù)左手定則判斷MN的受力情況。的受力情況。返回 解析解析按照按照A選項(xiàng)

15、中接法，由安培定則知螺線管上選項(xiàng)中接法，由安培定則知螺線管上端為端為N極，極，MN中電流方向自左向右，由左手定則知中電流方向自左向右，由左手定則知MN垂垂直于紙面向外運(yùn)動。直于紙面向外運(yùn)動。B選項(xiàng)中的接法使螺線管上端為選項(xiàng)中的接法使螺線管上端為S極，極，MN中電流方向自右向左，故由左手定則可判斷，中電流方向自右向左，故由左手定則可判斷，MN垂直垂直于紙面向外運(yùn)動，所以于紙面向外運(yùn)動，所以A、B正確。而正確。而C選項(xiàng)中螺線管上端選項(xiàng)中螺線管上端為為S極，極，MN中電流方向自左向右，則由左手定則可判知，中電流方向自左向右，則由左手定則可判知，MN垂直于紙面向內(nèi)運(yùn)動，所以選項(xiàng)垂直于紙面向內(nèi)運(yùn)動，所以

16、選項(xiàng)C不正確。不正確。答案答案 AB返回 對于這類對于這類“安培定則安培定則”“左手定則左手定則”同時應(yīng)用的題目，同時應(yīng)用的題目，弄清它們的應(yīng)用范圍是分析問題的關(guān)鍵。安培定則適用弄清它們的應(yīng)用范圍是分析問題的關(guān)鍵。安培定則適用于分析于分析“因電而生磁因電而生磁”類問題，而類問題，而“左手定則左手定則”適用于分析適用于分析“因電而受力因電而受力”類問題。類問題。返回1如圖如圖326所示，一根長直導(dǎo)線所示，一根長直導(dǎo)線穿過載有恒定電流的金屬環(huán)的中心且穿過載有恒定電流的金屬環(huán)的中心且垂直于環(huán)面。導(dǎo)線中和環(huán)中電流方向垂直于環(huán)面。導(dǎo)線中和環(huán)中電流方向如圖所示，那么金屬環(huán)受到的磁場力為如圖所示，那么金屬環(huán)

17、受到的磁場力為 ()A沿圓環(huán)半徑向外沿圓環(huán)半徑向外B等于零等于零C沿圓環(huán)半徑向內(nèi)沿圓環(huán)半徑向內(nèi)D水平向左水平向左圖圖326返回解析：解析：環(huán)形電流與直線電流激發(fā)的磁場處處平行，故環(huán)環(huán)形電流與直線電流激發(fā)的磁場處處平行，故環(huán)形電流形電流I1不受磁場力。故不受磁場力。故B正確。正確。 答案：答案：B返回 例例2如圖如圖327所示，把所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈電流后，則線圈() A向左運(yùn)動向左運(yùn)動

18、B向右運(yùn)動向右運(yùn)動 C靜止不動靜止不動 D無法確定無法確定圖圖327返回 審題指導(dǎo)審題指導(dǎo)解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：解答本題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)熟悉條形磁鐵周圍空間的磁場分布。熟悉條形磁鐵周圍空間的磁場分布。(2)通電線圈可等效成小磁針。通電線圈可等效成小磁針。(3)通電線圈也可看成由許多電流元組成。通電線圈也可看成由許多電流元組成。返回 解析解析法一：法一：等效法。把通電線圈等效成小磁針。等效法。把通電線圈等效成小磁針。由安培安則，線圈等效成小磁針后，左端是由安培安則，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是極，右端是N極，異名磁極相吸引，線圈向左運(yùn)動。極，異名磁極相吸引，線圈向左運(yùn)動。法二：

19、法二：電流元法。如圖所示，取其中的上、下兩小段分析，電流元法。如圖所示，取其中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左，故線根據(jù)其中心對稱性線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動。圈向左運(yùn)動。答案答案A返回 判斷安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動方向的常用方法判斷安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動方向的常用方法電流元法電流元法把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定則判斷把整段導(dǎo)線分為多段電流元，先用左手定則判斷每段電流元受安培力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線每段電流元受安培力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動方向所受安培力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動方向等效法等效法環(huán)形電流可等效

20、成小磁針，通電螺線管可以等效環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立返回特殊位特殊位置法置法通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特殊位置，然通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特殊位置，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動方向后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動方向結(jié)論法結(jié)論法對于兩平行直線電流，同向電流互相吸引，反向電對于兩平行直線電流，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)

21、換研轉(zhuǎn)換研究究對象法對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題，定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律確定磁體所受電流磁場的反作用力，牛頓第三定律確定磁體所受電流磁場的反作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向返回2如圖如圖328所示，在蹄形磁鐵的上方所示，在蹄形磁鐵的上方用橡皮繩懸掛一根直導(dǎo)線用橡皮繩懸掛一根直導(dǎo)線CD，當(dāng)導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通有沿中通有沿CD方向的電流時，在磁場力方向的電流時，在磁場力的作用下，直導(dǎo)線的作用下，直導(dǎo)線CD將將 ()A向下平動，

22、橡皮繩再伸長一些向下平動，橡皮繩再伸長一些B向紙面外平動，橡皮繩再伸長一些向紙面外平動，橡皮繩再伸長一些CC端向紙面外轉(zhuǎn)動，端向紙面外轉(zhuǎn)動，D端向紙里轉(zhuǎn)動，橡皮繩再伸長端向紙里轉(zhuǎn)動，橡皮繩再伸長 一些一些DD端向紙面外轉(zhuǎn)動，端向紙面外轉(zhuǎn)動，C端向紙里轉(zhuǎn)動，橡皮繩縮短一些端向紙里轉(zhuǎn)動，橡皮繩縮短一些圖圖328返回解析：解析：用左手定則判斷導(dǎo)線用左手定則判斷導(dǎo)線CD左邊受安培力垂直紙面向左邊受安培力垂直紙面向外，導(dǎo)線外，導(dǎo)線CD右邊受安培力垂直于紙面向里，故右邊受安培力垂直于紙面向里，故C端向紙端向紙面外轉(zhuǎn)動，面外轉(zhuǎn)動，D端向紙面里轉(zhuǎn)動，同時端向紙面里轉(zhuǎn)動，同時CD還受到向下的安還受到向下的安培力，故橡皮繩中張力增大，橡皮繩的伸長量也增大一培力，故橡皮繩中張力增大，橡皮繩的伸長量也增大一些，故些，故C正確。正確。答案：答案：