磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力 學(xué)案-高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

1.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力—人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)簡(jiǎn)案安培力的認(rèn)識(shí)1、把通電導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，通電導(dǎo)體受到的作用力，稱為安培力。注意：當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，導(dǎo)體不受力。2、安培力的計(jì)算公式F=BILsin（代表電流與磁場(chǎng)的夾角）注意：磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定，與F和IL無(wú)關(guān)。左手定則作用：判斷安培力的方向。方法：伸開左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都和手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。注意：大拇指伸直，磁場(chǎng)首先穿過(guò)手心。平行通電導(dǎo)體間的相互作用力若導(dǎo)體通電方向相同如圖：AB受到向右的安培力，CD受到向左的安培力，相互吸引。AB受到向左的安培力，CD受到向右的安培力，相互排斥。四、磁電式電流表的認(rèn)識(shí)磁電式電流表的外部構(gòu)造如圖（甲）所示在蹄形磁鐵的兩極間有一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針（如圖乙所示）蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖（丙）所示螺旋彈簧被扭動(dòng)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滿足NBIS=kθ，式中N為線圈的匝數(shù)，S為線圈的面積，I為通過(guò)線圈的電流，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，θ為線圈（指針）偏角，k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。注意：根據(jù)NBIS=kθ解得：=更換k值更小的螺旋彈簧，電流表的靈敏度減大（靈敏度即減?。?。例題講解【例1】關(guān)于通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力，下列說(shuō)法正確的是（）A．磁場(chǎng)力方向可以不與磁場(chǎng)方向垂直B．磁場(chǎng)力的方向一定垂直于通電導(dǎo)線C．環(huán)形通電線圈在磁場(chǎng)中所受磁場(chǎng)力一定為零D．只有垂直磁場(chǎng)方向放置的通電導(dǎo)線才受磁場(chǎng)力解：AB、左手定則是判斷磁場(chǎng)方向、電流方向、安培力方向三者之間關(guān)系的法則，根據(jù)左手定則可知，安培力既垂直于磁場(chǎng)方向又垂直于電流方向，故A錯(cuò)誤，B正確；

C、環(huán)形線圈在磁場(chǎng)中會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明受力會(huì)不為零，故C錯(cuò)誤；

D、當(dāng)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中與磁場(chǎng)的方向平行時(shí)，不受安培力的作用，垂直磁場(chǎng)方向放置的通電導(dǎo)線受磁場(chǎng)力是最大的，故D錯(cuò)誤。

故選：B?！纠?】在圖所示的四幅圖中，正確標(biāo)明了通電導(dǎo)線所受安培力F方向的是（）A．B．C．D．解：A、讓磁感線從掌心進(jìn)入，使四指指向電流的方向，拇指所指的方向就是安培力的方向，根據(jù)左手定則判斷可知安培力F方向水平向左，故A錯(cuò)誤；B、通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行，不受安培力，故B錯(cuò)誤；C、根據(jù)左手定則判斷可知安培力F方向豎直向上，故C正確；D、根據(jù)左手定則判斷可知安培力F方向水平向左，故D錯(cuò)誤。故選：C?！纠?】在正三角形ABC的三個(gè)頂點(diǎn)A、B、C處，各固定有一根垂直于三角形的長(zhǎng)直導(dǎo)線，每根導(dǎo)線通有大小相同的恒定電流，電流方向如圖所示，已知導(dǎo)線A受到的安培力大小為F，則導(dǎo)線C受到的安培力（）A．大小為F，方向平行AB向左下B．大小為F，方向平行AB向右上C．大小為F，方向垂直AB向右下D．大小為F，方向垂直AB向左上解：設(shè)兩長(zhǎng)直導(dǎo)線間的相互作用力大小為F1，反向電流相互排斥，同向電流相互吸引，對(duì)長(zhǎng)直導(dǎo)線A研究，根據(jù)力的合成可得2F1cos60°=F解得F1=F對(duì)長(zhǎng)直導(dǎo)線C研究，根據(jù)力的合成可得，C受到的安培力為FC＝2F1cos30°＝F方向垂直AB向右下，故C正確，ACD錯(cuò)誤；故選：C?！纠?】如圖所示，兩平行導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ=37°，導(dǎo)軌之間接有電動(dòng)勢(shì)E=3V，內(nèi)阻r=0.5Ω的直流電源，兩導(dǎo)軌間的距離L=0.4m,在導(dǎo)軌所在空間內(nèi)分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m=0.04kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好剛要滑動(dòng)。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒的電阻R=1.0Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，滑動(dòng)摩擦力等于最大靜摩擦力，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：

（1）ab棒受到的安培力；

（2）ab棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)μ。解：（1）根據(jù)閉合電路歐姆定律得：I==2A導(dǎo)體棒受到的安培力大?。篎=ILB=2×0.4×0.5N=0.4N由左手定則可知，安培力方向平行于斜面向上（2）導(dǎo)體棒靜止處于平衡狀態(tài)，設(shè)導(dǎo)體棒所受靜摩擦力為f,由平衡條件得：平行斜面方向上：mgsin37°+f=F垂直斜面方向上：FN=mgcos37°根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式可知，μ=代入數(shù)據(jù)解得：μ=0.5。答：（1）ab棒受到的安培力大小是0.4N，方向平行于斜面向上。（2）ab棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)μ為0.5。基礎(chǔ)練習(xí)1、下列說(shuō)法中正確的是（）A．磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方，磁通量一定很大B．穿過(guò)某一面積的磁通量為零，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零C．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與通電直導(dǎo)線在該處所受磁場(chǎng)力方向相同D．若一小段電流在某處所受的磁場(chǎng)力為零，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零2、如圖所示，將長(zhǎng)為2L的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等、夾角為60°的“V”形，并置于與其所在平面垂直的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。若“V”形導(dǎo)線所受的安培力大小為F，則該直導(dǎo)線中通過(guò)的電流大小為（）A．B．C．D．3、在磁場(chǎng)中的同一位置放置很短的一段通電直導(dǎo)線，導(dǎo)線的方向與磁場(chǎng)方向垂直。如果在導(dǎo)線中通入不同的電流，則下列關(guān)于導(dǎo)線受到安培力的大小F與通過(guò)導(dǎo)線電流I的關(guān)系圖象正確的是（）A．B．C．D．提升訓(xùn)練4、如圖甲是磁電式表頭的結(jié)構(gòu)示意圖，其中線圈是繞在一個(gè)與指針、轉(zhuǎn)軸固連的鋁框骨架（圖中未指出）上。關(guān)于圖示軟鐵、螺旋彈簧、鋁框和通電效果，下列表述中正確的是（）A．線圈帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電電流越大，安培力越大，螺旋彈簧形變也越大B．與蹄形磁鐵相連的軟鐵叫做極靴，其作用是使得磁極之間產(chǎn)生穩(wěn)定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)C．鋁框的作用是為了利用渦流，起電磁驅(qū)動(dòng)作用，讓指針快速指向穩(wěn)定的平衡位置D．乙圖中電流方向a垂直紙面向外，b垂直紙面向內(nèi)，線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)5、如圖所示的天平可用來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)B．天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬為l,線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面．當(dāng)線圈中通有電流I（方向如圖）時(shí)，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1，m2的砝碼，天平平衡．當(dāng)電流反向（大小不變）時(shí)，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡．由此可知（）A．B的方向垂直紙面向里，大小為B．B的方向垂直紙面向里，大小為C．B的方向垂直紙面向外，大小為D．B的方向垂直紙面向外，大小為6、如圖所示，水平導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=0.5m,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，質(zhì)量m=1kg,電阻R0=0.9Ω，與導(dǎo)軌接觸良好。電源電動(dòng)勢(shì)E=10V，內(nèi)阻r=0.1Ω，電阻R=4Ω。外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=6T，方向垂直于導(dǎo)軌平面。ab與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5（設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力），不計(jì)其余摩擦。細(xì)繩垂直于ab且沿水平方向跨過(guò)一輕質(zhì)定滑輪懸掛一重物。重力加速度g=10m/s2，ab處于靜止?fàn)顟B(tài)。求：（1）ab受到的安培力大??；（2）重物重力G的取值范圍。答案詳解1、解：AB.根據(jù)磁通量公式Φ=BSsinθ可知，當(dāng)B=0時(shí)，Φ=0；當(dāng)磁場(chǎng)方向與線圈平行，即sinθ=0時(shí)，無(wú)論B多大，Φ=0，故A錯(cuò)誤，B正確；C.根據(jù)左手定則可知，磁場(chǎng)力方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，故C錯(cuò)誤；D.根據(jù)安培力公式F=BILsinθ可知，當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向平行，即sinθ=0時(shí)，磁場(chǎng)力F=0，因此一小段電流在某處所受的磁場(chǎng)力為零，可能是因?yàn)榇艌?chǎng)方向與電流方向平行，不一定是該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，故D錯(cuò)誤。故選：B。2、解：導(dǎo)線在磁場(chǎng)內(nèi)有效長(zhǎng)度為：L′=2Lsin30°=L，故該V形通電導(dǎo)線受到安培力大小為F=BIL′=BIL，解得：I=，故C正確，ABD錯(cuò)誤。故選：C。3、解：根據(jù)安培力公式F=BIL，B、L不變，F(xiàn)與I成正比，F(xiàn)-I圖象為過(guò)原點(diǎn)的一條直線，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選：B。4、解：A、當(dāng)通電線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧將被扭動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力矩，其大小與線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角度成正比，當(dāng)磁力矩與螺旋彈簧中的阻力矩相等時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)，則通電電流越大，安培力越大，螺旋彈簧形變也越大，故A正確；B、與蹄形磁鐵相連的軟鐵叫做極靴，其作用是和中心軟鐵配合產(chǎn)生穩(wěn)定的輻射狀磁場(chǎng)，不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，故B錯(cuò)誤；C、磁電式儀表的線圈通常是用鋁框做骨架，把線圈繞鋁框上，這樣做的目的是為利用渦流而設(shè)計(jì)的，起電磁阻尼的作用，讓指針快速指向穩(wěn)定的平衡位置，故C錯(cuò)誤；D、乙圖中電流方向a垂直紙面向外，b垂直紙面向內(nèi)，由左手定則可知，a受力向上，b受力向下，則線框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。故選：A。5、解：AB、若B的方向垂直紙面向里，電流方向順時(shí)針，線圈所受安培力豎直向下，大小為BIl,設(shè)線框質(zhì)量為m0，根據(jù)平衡得：m1g=（m2+m0）g+BIl電流反向，線圈所受安培力豎直向上，大小為BIl,根據(jù)平衡得：m1g=（m2+m0+m）g-BIl聯(lián)立解得：B==故A錯(cuò)誤，B正確；CD、若B的方向垂直紙面向外，開始線圈所受安培力的方向向向上，電流反向后，安培力變?yōu)樨Q直向下，為保持平衡，應(yīng)在天平左邊加砝碼，不符合題意，故CD錯(cuò)誤；故選：B。6、解：（1）根據(jù)安培力公式，安培力F=B