磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力（原卷版）

1.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力基礎(chǔ)知識(shí)梳理基礎(chǔ)知識(shí)梳理一、安培力的方向1．安培力：通電導(dǎo)線在中受的力．2．左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指，并且都與在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從垂直進(jìn)入，并使四指指向的方向，這時(shí)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．3．安培力方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的關(guān)系：，，即F垂直于B與I所決定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁場(chǎng)B的方向放置的長(zhǎng)為l的通電導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時(shí)，所受安培力為F＝.2．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流方向成θ角時(shí)，公式F＝.三、磁電式電流表1．原理：安培力與電流的關(guān)系．通電線圈在磁場(chǎng)中受到而偏轉(zhuǎn)，線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就越．根據(jù)的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向．2．構(gòu)造：磁體、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴．3．特點(diǎn)：極靴與鐵質(zhì)圓柱間的磁場(chǎng)沿方向，線圈無論轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都跟磁感線，且線圈左右兩邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小．4．優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，可以測(cè)出很弱的電流．缺點(diǎn)：線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱．典型例題分析典型例題分析考點(diǎn)一：兩根通電導(dǎo)線之間的作用力方向【例1】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，方向垂直AB向右下D．大小為，方向垂直AB向左上【變式練習(xí)】1．如圖所示，兩個(gè)完全相同的閉合導(dǎo)線環(huán)掛在光滑絕緣的水平橫桿上，當(dāng)導(dǎo)線環(huán)中通有反向電流后，兩導(dǎo)線環(huán)開始運(yùn)動(dòng)，以下關(guān)于兩導(dǎo)線環(huán)運(yùn)動(dòng)情況的說法正確的是（）A．二者相互靠近，各自做勻變速直線運(yùn)動(dòng)B．二者相互遠(yuǎn)離，各自做加速度減小的直線運(yùn)動(dòng)C．二者相互靠近，各自做加速度減小的直線運(yùn)動(dòng)D．二者相互遠(yuǎn)離，各自做加速度增大的直線運(yùn)動(dòng)2．如圖所示，矩形abcd的邊長(zhǎng)bc是ab的2倍，兩細(xì)長(zhǎng)直導(dǎo)線通有大小相等、方向相反的電流，垂直穿過矩形平面，與平面交于e、f兩點(diǎn)，其中e、f分別為ad、bc的中點(diǎn)。下列說法正確的是（）A．兩導(dǎo)線間相互吸引B．d點(diǎn)與a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同C．d點(diǎn)與b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同D．d點(diǎn)與c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同考點(diǎn)二：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的作用力方向【例2】關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線的描述，正確的說法是（）A．磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于S極B．沿磁感線方向，磁場(chǎng)逐漸減弱C．磁感線越密的地方，磁場(chǎng)越強(qiáng)D．磁場(chǎng)的方向就是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中某點(diǎn)受磁場(chǎng)力的方向【變式練習(xí)】1．如圖所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡膠圓盤，帶有大量均勻分布的正電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向已在圖中標(biāo)出。當(dāng)圓盤繞中心軸OO′按圖示方向高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電直導(dǎo)線所受安培力的方向是（）A．豎直向上 B．豎直向下 C．水平向外 D．水平向里2．一個(gè)條形磁鐵放在桌面上，磁鐵左上方固定一個(gè)垂直紙面方向的長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中有電流流過時(shí)，磁鐵對(duì)桌面的壓力減小但仍保持靜止，則下列說法正確的是（

）A．電流方向指向紙面內(nèi)側(cè)，磁鐵受到向左的摩擦力B．電流方向指向紙面內(nèi)側(cè)，磁鐵受到向右的摩擦力C．電流方向指向紙面外側(cè)，磁鐵受到向左的摩擦力D．電流方向指向紙面外側(cè)，磁鐵受到向右的摩擦力考點(diǎn)三：判斷通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)【例3】在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極，緊貼邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極，并把它們與電池的兩極相連，然后在玻璃皿中放入導(dǎo)電液體，例如鹽水。如果把玻璃皿放在磁場(chǎng)中，如圖所示，通過所學(xué)的知識(shí)可知，當(dāng)接通電源后從上向下看（）A．液體將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)B．讓蹄形磁鐵翻轉(zhuǎn)，使磁場(chǎng)方向水平，液體的旋轉(zhuǎn)效果不變C．若僅調(diào)換、極位置，液體旋轉(zhuǎn)方向不變D．若僅調(diào)換電源正、負(fù)極位置，液體旋轉(zhuǎn)方向不變【變式練習(xí)】1．如圖所示，一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方，如果直導(dǎo)線可以自由地運(yùn)動(dòng)且通以由a到b的電流，則關(guān)于導(dǎo)線ab受磁場(chǎng)力后的運(yùn)動(dòng)情況，下列說法正確的是（）A．從下向上看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管B．從下向上看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管C．從下向上看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管D．從下向上看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管2．如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB（電流方向由A到B）用絕緣絲線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線水平且可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開關(guān)S的瞬間（）A．直導(dǎo)線A端向下運(yùn)動(dòng)，B端向上運(yùn)動(dòng)B．直導(dǎo)線A端向紙面外運(yùn)動(dòng)，B端向紙面內(nèi)運(yùn)動(dòng)C．直導(dǎo)線A、B端都向紙面內(nèi)運(yùn)動(dòng)D．直導(dǎo)線A、B端都向紙面外運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)四：安培力的計(jì)算【例4】一段導(dǎo)線abcde位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向（垂直于紙面向里）垂直。線段ab、bc、cd和de的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，且，導(dǎo)線ab和de在同一直線上，流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示。導(dǎo)線段abcde所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力大小為（）A． B． C． D．【變式練習(xí)】1．如圖所示，水平面內(nèi)的平行導(dǎo)軌間距為d，導(dǎo)軌處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面的夾角為。一質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的金屬桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，ab中通過的電流為I，ab處于靜止?fàn)顟B(tài)，則ab受到的摩擦力大小為（）A．BId B． C．BIl D．2．下列對(duì)磁感線的描述正確的是（）A．由于可以用鐵屑模擬磁場(chǎng)中的磁感線，因此磁感線是真實(shí)存在的B．兩個(gè)磁場(chǎng)疊加的區(qū)域，磁感線就可能相交C．磁感線上各點(diǎn)的切線方向就是各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向D．磁感線分布越密的地方，同一通電直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力也越大考點(diǎn)五：計(jì)算非直導(dǎo)線的安培力大小【例5】將長(zhǎng)度的導(dǎo)線ac從中點(diǎn)b折成如圖所示的形狀，放于的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，abc平面與磁場(chǎng)垂直。若在導(dǎo)線abc中通入的直流電，則整個(gè)導(dǎo)線所受安培力的大小為（

）A． B． C．2N D．4N【變式練習(xí)】1．如圖所示，通電折線abc的兩段ab⊥bc（且ab<bc），勻強(qiáng)磁場(chǎng)水平向右，將此通電折線abc放入磁場(chǎng)中，圖中哪種情況其所受安培力最大（

）A． B．C． D．2．如圖所示，“L”型導(dǎo)線abc固定并垂直于磁場(chǎng)放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中、已知ab=bc=l，ab垂直bc。導(dǎo)線通入恒定電流I時(shí)，導(dǎo)線abc受到的安培力大小為（

）A．BIl B． C．2BIl D．方法探究方法探究一、安培力的方向1．安培力方向的特點(diǎn)安培力的方向既垂直于電流方向，也垂直于磁場(chǎng)方向，即垂直于電流I和磁場(chǎng)B所決定的平面．(1)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力的方向、磁場(chǎng)方向和電流方向兩兩相互垂直．應(yīng)用左手定則判斷時(shí)，磁感線從掌心垂直進(jìn)入，拇指、其余四指和磁感線三者兩兩垂直．(2)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流方向，也垂直于磁場(chǎng)方向．應(yīng)用左手定則判斷時(shí)，磁感線斜著穿入掌心．2．判斷安培力方向的步驟(1)明確研究對(duì)象；(2)用安培定則或根據(jù)磁體的磁場(chǎng)特征，畫出研究對(duì)象所在位置的磁場(chǎng)方向；(3)由左手定則判斷安培力方向．3．應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用左手定則和安培定則可以判定平行通電直導(dǎo)線間的作用力：同向電流相互吸引，反向電流相互排斥．二、安培力的大小對(duì)公式F＝IlBsinθ的理解1．公式F＝IlBsinθ中B對(duì)放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)外加磁場(chǎng)的影響．2．公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角(1)當(dāng)θ＝90°時(shí)，即B⊥I，sinθ＝1，公式變?yōu)镕＝IlB.(2)當(dāng)θ＝0°時(shí)，即B∥I，F(xiàn)＝0.3．公式F＝IlBsinθ中l(wèi)指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的“有效長(zhǎng)度”，彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l，等于連接兩端點(diǎn)直線的長(zhǎng)度；相應(yīng)的電流沿導(dǎo)線由始端流向末端．推論：對(duì)任意形狀的閉合平面線圈，當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，線圈的有效長(zhǎng)度l＝0，故通電后線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受安培力的矢量和一定為零。課后小練課后小練一、單選題1．在磁場(chǎng)中的同一位置放置一根直導(dǎo)線，導(dǎo)線的方向與磁場(chǎng)的方向垂直。先后在導(dǎo)線中通入不同的電流，導(dǎo)線受到的力也不同。導(dǎo)線受到的力的大小F與通入導(dǎo)線的電流I的關(guān)系圖像正確的是（）A． B．C． D．2．如圖所示，用兩根輕彈簧把金屬桿PN水平懸掛起來，放入方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中使其處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)桿中通過由P向N的電流時(shí)，在安培力作用下金屬桿開始運(yùn)動(dòng)的方向是（）A．豎直向上 B．豎直向下C．垂直紙面向里 D．垂直紙面向外3．如圖所示，等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成，固定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，線框頂點(diǎn)M、N與直流電源兩端相接。已知導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為2F，則線框LMN受到的安培力的大小為（）A．2F B．3F C．4F D．04．將一根長(zhǎng)為的直導(dǎo)線，從處折成夾角為，將導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)線所在平面與磁場(chǎng)垂直，則當(dāng)導(dǎo)線中通以大小為I的電流時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線作用力的大小為（

）A． B． C． D．5．如圖所示為電流天平，可用來測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它的右臂掛著匝數(shù)為n、邊長(zhǎng)為l的正方形線圈，線圈的底邊水平。線圈下方的虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈通有圖示方向電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡。然后使電流反向，大小不變，這時(shí)需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再次達(dá)到新的平衡。則（）A．虛線框內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B．虛線框內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度C．虛線框內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度D．虛線框內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度6．如圖所示，傾角為的光滑斜面固定在水平地面上，斜面上放置兩根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的平行直導(dǎo)線a、b，兩直導(dǎo)線被斜面上的擋板擋住且處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)給a、b兩直導(dǎo)線通入圖示方向、大小為I的恒定電流，此時(shí)撤去直導(dǎo)線b的擋板，直導(dǎo)線b能夠靜止不動(dòng)。若保留直導(dǎo)線b的擋板，撤去直導(dǎo)線a的擋板，為使直導(dǎo)線a靜止不動(dòng)，現(xiàn)施加一垂直于斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為（

）A． B． C． D．7．如圖所示，半徑為R的金屬圓環(huán)用絕緣細(xì)線懸掛于天花板上，金屬圓環(huán)中通以逆時(shí)針方向的電流，圖中A、C與圓心O連線的夾角為，只在直線AC上方區(qū)域內(nèi)加一垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，金屬圓環(huán)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，細(xì)線中的拉力大小為；若只在直線AC下方區(qū)域內(nèi)加與上述相同的磁場(chǎng)，金屬圓環(huán)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，細(xì)線中的拉力大小為，則金屬圓環(huán)中的電流大小為（

）A． B． C． D．8．如圖所示，均勻繞制的螺線管水平固定在可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤上，在其正中心的上方有一固定的環(huán)形電流A，A與螺線管垂直。A中電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，開關(guān)S閉合瞬間，關(guān)于圓盤的運(yùn)動(dòng)情況（從上向下觀察），下列說法正確的是（）A．靜止不動(dòng) B．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D．無法確定二、多選題9．如圖所示，兩根間距為d的平行光滑金屬導(dǎo)軌間接有電源E，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=30°，金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌與金屬桿接觸良好。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上時(shí)，金屬桿ab剛好處于靜止?fàn)顟B(tài)，要使金屬桿能沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，可以采取的措施是（）A．減小磁感應(yīng)強(qiáng)度BB．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片向下滑動(dòng)C．減小導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θD．將電源正負(fù)極對(duì)調(diào)使金屬桿中的電流方向改變10．如圖所示，條形磁體放在水平桌面上，一根通電直導(dǎo)線由S極的上端平移到N極的上端的過程中，導(dǎo)線保持與磁體垂直，導(dǎo)線的通電方向如圖所示。這個(gè)過程中磁體保持靜止，則（）A．磁體受到的摩擦力方向由向左變?yōu)橄蛴褺．磁體受到的摩擦力方向由向右變?yōu)橄蜃驝．磁體對(duì)桌面的壓力大小總是大于其重力D．磁體對(duì)桌面的壓力大小總是等于其重力11．圖為電流天平，可用來測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的右盤掛有一匝數(shù)為N的矩形線圈，線圈的寬度為L(zhǎng)，且線圈下端處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面，調(diào)節(jié)天平平衡，此時(shí)左、右兩邊的砝碼質(zhì)量分別為m1、m2。當(dāng)線圈中通有順時(shí)針方的電流時(shí)發(fā)現(xiàn)天平的左端高右端低在左盤中增加質(zhì)量為△m的砝碼，天平重新平衡，重力加速度大小為g則下列分析正確的是（）A．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里 B．本裝置必須用順時(shí)針方向的電流C．可測(cè)得 D．可測(cè)得三、實(shí)驗(yàn)題12．圖中虛線框內(nèi)存在一沿水平方向且與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)通過測(cè)量通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的磁場(chǎng)力，來測(cè)量磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。所用部分器材已在圖中給出，其中D為位于紙面內(nèi)的“U”形金屬框，其底邊水平，兩側(cè)邊豎直且等長(zhǎng)，E為直流電源，R為電阻箱，A為電流表，S為開關(guān)。此外還有細(xì)沙、天平、米尺和若干輕質(zhì)導(dǎo)線。（1）在圖中畫線連接成實(shí)驗(yàn)電路圖______。（2）完成下列主要實(shí)驗(yàn)步驟中的填空。①按圖接線。②保持開關(guān)S斷開，在托盤內(nèi)加入適量細(xì)沙，使D處于平衡狀態(tài)，