3.42通电导线在磁场中运动
根据磁场对通电导线的作用原理制成的
根据磁场对通电导线的作用原理制成的在我们生活的现代世界中，有许多令人惊叹的科技设备和工具，它们的运行原理都离不开物理学中的基本规律。
其中，磁场对通电导线的作用原理是一项至关重要的发现，基于这一原理制造出的各种设备极大地改变了我们的生活。
让我们先来了解一下磁场对通电导线的作用原理到底是什么。
当一根通电的导线置于磁场中时，导线就会受到一个力的作用。
这个力的大小与电流的大小、导线在磁场中的长度、磁场的强度以及电流方向与磁场方向的夹角有关。
具体来说，力的大小可以用公式 F ＝BILsinθ 来计算，其中 F 表示力，B 表示磁场强度，I 表示电流，L 表示导线在磁场中的长度，θ 表示电流方向与磁场方向的夹角。
基于这一原理，首先不得不提的就是电动机。
电动机是将电能转化为机械能的装置，它在我们的日常生活中无处不在，从家里的电风扇、洗衣机，到工厂里的大型机械，都离不开电动机的身影。
在电动机中，通常有一个定子和一个转子。
定子是固定不动的部分，上面绕有线圈，通电后会产生磁场。
转子则是可以转动的部分，上面也绕有线圈，当通以电流时，在定子磁场的作用下，转子就会受到力的作用而旋转起来。
为了让电动机能够更高效、更稳定地运行，工程师们在设计和制造过程中需要考虑很多因素。
比如，如何优化定子和转子的结构，以提高磁场的强度和均匀性；如何选择合适的材料，以减小电阻和提高导电性；如何控制电流的大小和方向，以实现精确的调速和转向控制等等。
除了电动机，磁悬浮列车也是利用磁场对通电导线的作用原理实现运行的一个典型例子。
传统的列车是依靠车轮与轨道之间的摩擦力来推动前进的，而磁悬浮列车则是利用磁力使列车悬浮在轨道上方，并通过磁场对通电导线的作用来推动列车前进。
在磁悬浮列车的系统中，轨道上布置有一系列的电磁铁，列车底部也安装有相应的电磁铁。
通过控制电流的大小和方向，可以调节电磁铁之间的吸引力和排斥力，从而实现列车的悬浮和推进。
这种运行方式不仅大大减少了列车与轨道之间的摩擦阻力，提高了运行速度，而且还降低了噪音和振动，提高了乘坐的舒适性。
物理人教选修3-1教学设计：3.4 通电导线在磁场中受到的力含解析
教学设计4 通电导线在磁场中受到的力本节分析本节是在学习了磁场基本概念的基础上，进一步通过实验探究和逻辑推理让学生了解磁场对通电导线的力的作用.安培力是磁场基本特性的应用之一，也是高考的重要知识点之一，学好本节可以为后面学习“运动电荷在磁场中受到的力”及“带电粒子在匀强磁场中的运动”两节课做好铺垫；也可以为今后学习“电磁感应”及力电综合问题打下基础.学情分析学生通过前面的学习已经了解了磁场的一般现象,知道了如何形象地描述磁场的磁感线，建立了磁感应强度的概念，本节是在这些基本知识的基础上继续学习磁场对电流的作用.本节学习的重点是安培力的大小和方向,而弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是学生学习的一个难点。
教学目标●知识与技能（1）观察安培力方向与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论.知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，并会用左手定则判断安培力的方向。
（2)推导匀强磁场中安培力的表达式,计算匀强磁场中安培力的大小.（3）知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理。
●过程与方法通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系-—左手定则。
●情感、态度与价值观（1)通过推导一般情况下安培力的公式F＝ILB sin θ，使学生掌握认识事物规律要抓住一般性的科学方法.（2)通过了解磁电式电流表的工作原理，感受物理知识的相互联系.教学重难点●重点：安培力的方向和大小的计算，左手定则.●难点:安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系.教学方法实验观察法、逻辑推理法、归纳总结法、讨论探究法、讲解法.教学准备蹄形磁铁2个、铁架台1个、线圈、电池、木板、内含磁铁的手套一只、开关、电流相互作用演示器一套、三支颜色不同的箭头、橡皮泥.教学设计（设计者：钱墨君）教学过程设计【演示2】如教材第92页图3。
4—3所示,连接好电路，分析通电平行直【引入】中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表，下面我们来学习磁电式电流表的工作原理阅读教材第93页图3.4-5，引导学生板书设计4 通电导线在磁场中受到的力一、安培力的方向左手定则：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．二、安培力的大小1.垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I 时，它所受的安培力F＝ILB2。
高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案：3.4 通电导线在磁场中受到的力
教学设计整体设计教学目标(一)知识与技能1．知道什么是安培力。
知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断——左手定则。
知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题。
2．会用安培力公式F＝BIL解答有关问题．知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL。
3．了解磁电式电流表的内部构造的原理。
(二)过程与方法通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算。
培养学生的空间想象能力。
(三)情感态度与价值观使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法．并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解，感受物理知识之间的联系。
教学重点难点重点：安培力的方向确定和大小的计算。
难点：左手定则的运用(尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用)。
教学用具磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、滑动变阻器、多媒体。
教学过程导入新课让学生回忆在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。
过渡：本节我们将对安培力作进一步的讨论。
推进新课安培力：磁场对电流的作用力。
安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献。
1．安培力的方向【演示】按照P85图3.13所示进行演示。
(1)改变电流的方向，观察发生的现象。
[现象]导体向相反的方向运动。
(2)调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象。
[现象]导体又向相反的方向运动[教师引导学生分析得出结论](1)安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系。
(2)安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直。
也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。
(图3.41)如何判断安培力的方向呢？人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律——左手定则。
人教版高中物理选修3-1第三章3.4通电导线在磁场中受到的力课件(共10张PPT)
二.安培力的大小
1.当电流与磁场方向垂直时，F = ILB
2.当电流与磁场方向夹θ角时，F = ILBsinθ
7
B1
B2
F = sinθ
8
【例题3】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m， 与水平面夹角为450，金属棒MN的质量为0.1kg，处 在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电 动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则 电阻R应为多少？(其他电阻不计)
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【答案】由左手定则作答。
F
F
×F
F
【总结1】安培力的方向永远与导线垂直，但磁场和导线
不一定垂直。
4
【例题2】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。
【答案】由左手定则作答。
【总结2】安培力的方向永远与导线垂直。
5
规律总结1： 安培力总是垂直于磁感线和通电导线所在 的平面，即F⊥B，F ⊥ I,但B与I不一定垂 直（与电场力和场强方向有区别）。 平行通电导线之间的相互作用 规律总结2：同向电流相互吸引，异向电流 相互排斥。
【答案】R=0.2Ω
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三. 磁电式电表
极靴与圆柱体间 磁场都沿半径方 向，线圈无论转 到什么位置，它 的平面都跟磁感 线平行
1、电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大， 所以性格线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。
2、线圈中的电流方向改变时，安培力的方向也随着改变， 指针的方向也随着改变，所以根据指针的偏转方向，可以知 道被测电流的方向。
第三章 磁场
3.4磁场对通电导线 的作用力
物理 选修3-11
温故知新
1、电流元在物理学中，把很短一段通电导
线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流
发现通电导体可以在磁场中运动的原因
发现通电导体可以在磁场中运动的原因
发现通电导体可以在磁场中运动，是电磁学中的一项重要发现。
这个现象的原因可以通过安培力和洛伦兹力的作用来解释。
我们需要了解安培力的概念。
安培力是指电流在磁场中受到的力，它的大小和电流强度以及磁场强度有关。
如果将一个通电导体放在磁场中，由于导体内部存在电流，就会受到安培力的作用。
接下来，我们来看洛伦兹力的概念。
洛伦兹力是指电荷在电磁场中受到的力，它的大小和电荷量、电场强度以及磁场强度有关。
在一个通电导体中，电子受到磁场的影响而产生了速度，从而在磁场中产生了电流，这个电流会受到洛伦兹力的作用。
当通电导体中的电流和磁场方向相互垂直时，安培力和洛伦兹力的方向会相互垂直，导致通电导体会在磁场中运动。
这个现象被称为磁效应。
除了磁效应之外，通电导体还会产生磁场。
当通电导体中的电流流动时，会产生一个环绕着导体的磁场。
这个磁场与磁场中的外部磁场相互作用，导致通电导体会受到一个力，这个力与安培力和洛伦兹力的作用方式类似。
这个现象被称为磁场效应。
磁效应和磁场效应在现代科技中有着广泛的应用。
例如，电动机和发电机的工作原理就是利用磁效应来进行能量转换。
另外，磁共振
成像技术也是利用了磁场效应的原理。
发现通电导体可以在磁场中运动的原因是安培力和洛伦兹力的作用。
这个现象的应用广泛，是现代科技中不可或缺的一部分。
磁场对通电导线的作用
磁场对通电导线的作用首先，让我们来详细了解磁场对通电导线产生力的作用。
当一个导线通过一个磁场时，磁场会对导线中的电荷施加力。
这是由于电荷在磁场中运动时受到洛伦兹力的作用。
洛伦兹力的大小与电荷的大小、电流的大小和磁场的大小相关。
根据右手法则，当电荷的运动方向与磁场的方向垂直时，力的方向与电流的方向垂直。
这就是著名的洛伦兹力。
洛伦兹力的应用非常广泛。
其中一个典型的应用是电动机。
在电动机中，通电导线被放置在一个强磁场中，当电流通过导线时，洛伦兹力会使得导线开始转动。
这样，电能可以被转化为机械能，实现物体的运动。
同样，电子在电视和计算机显示器中的运动也是通过洛伦兹力实现的。
另一个重要的作用是磁场对导线产生电磁感应现象。
当一个导体相对于磁场运动时，导体中会产生感应电流。
这就是著名的法拉第电磁感应定律的内容。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于导体的运动速度、导体和磁场的相对速度以及磁场的强度。
磁场对导线产生电磁感应现象的应用也非常广泛。
一个典型的应用是发电机。
在发电机中，一个导线被放置在一个强磁场中，并通过机械力转动。
当导线旋转时，感应电动势被感应出来，并使得电子在导线中流动，这样电能就被转换为机械能。
在实际应用中，磁场对通电导线的作用是不可忽视的。
例如，MRI（磁共振成像）是一种医学影像技术，它可以通过产生磁场并让身体中的水分子排列起来，然后通过感应电流的方式获取图像。
这种技术非常有用，可以准确地观察人体内部的问题。
在电磁学中，磁场对通电导线的作用是不可或缺的。
它不仅可以产生力，还可以产生电磁感应现象。
通过使用磁场对导线产生的力和电磁感应现象，我们可以实现电能转换为机械能，或者利用感应电动势从机械能转换为电能。
这种技术在能源转换、电力传输和医学影像等领域具有广泛的应用。
通过进一步研究和改进磁场对通电导线的作用，我们可以开发更多创新的应用，为人类的进步和发展做出贡献。
磁场对通电导线的作用力
判断下图中通电导线受力的方向
S F
N
B F
例题：在倾角为30°的光滑斜面上垂直纸面放置 一根长为L、质量为m的直导体棒，导体棒处在 静止状态。（1）若磁场方向竖直向下，则磁感 应强度为多少？ （2）欲使导体棒处在静止状态，所加磁场的磁 感应强度最小为多少？方向如何？
祝同窗们学习愉快！ 再会！
判断下图中通电导线受力的方向
N
S
F
B F
例题1:画出图中第三者的方向。
F
F
F
例题2:画出图中通电导线棒所受安培力的方向。
例题3：如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将 金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b的 稳定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线
对金属棒拉力变为零，可采用哪些办法： ( AC )
A、适宜增大电流I
B、将电流反向并适宜变化大小
C、适宜增大磁场
D、将磁场反向并适宜变化大小
安培力的大小 垂直时：F=ILB 夹角θ为时:F=ILBsin θ 平行时：F=0
例题4：如图所示，直角三角形ABC构成的导线框 内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强 磁场B＝2T中，AC＝40cm，A ，30求0 三角形框架 各边所受的安培力。
C
B
I
A
B
例题5：长度为20cm的通电直导线放在匀强磁场 中，电流的强度为1A，受到磁场作用力的大小 为2N，则磁感应强度B： （ B ）
A、B＝10T C、B≤10T
B、B≥10T D、不能拟定
二、磁电式电流表
ห้องสมุดไป่ตู้
三、磁电式电流表的特点
1、表盘的刻度均匀，θ∝I。 2、敏捷度高，但过载能力差。 3、满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最重 要特性。
课件3：3.4通电导线在磁场中受到的力
重点难点 一、安培力方向的判断 1．安培力的方向不仅跟磁场方向垂直，还跟电流方向垂直，故 安培力的方向垂直于磁场方向与电流方向所构成的平面。在判 断安培力方向时，应首先判定这个平面，然后再应用左手定则。 2．当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电是磁感线不是垂直进入掌心。 3．注意区别安培力的方向和电场力的方向与磁场、电场的方向 的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方 向与电场的方向平行。
第3章 磁场 第4节 通电导线在磁场
中受到的力
学习目标
※※ 掌握用左手定则确定安培力的方向
※※ 掌握安培力的计算公式及求解方法。
※
了解磁电式电表的结构和工作原理。
情景切入
根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的 发射炮弹的装置——电磁炮。电磁炮的炮弹动力摒弃传统的火 药，采用电磁力。它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置 一质量较小的滑块作为弹丸，当两轨接入电源时，强大的电流 从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产 生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的 速度射出，弹丸体积虽小，但由于初速度特别大，所以具有很 大的动能，足以穿透厚钢板。通电导体在磁场中受力与哪些因 素有关呢？
三、安培定则与左手定则的区别
应用 具体 情况
内 条件 容
结果
安培定则(右手螺旋定则)
判断电流的磁场方向
直线
环形电流或通电
电流
螺线管
大拇指指向电 流的方向
四指弯曲的方向 指向电流的环绕 方向
四指弯曲方向 表示磁感线的 方向
大拇指指向轴线 上的磁感线方向
左手定则 判断电流在磁 场中的受力方向 电流在磁场中
知识点1、安培力
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3.4 通电导线在磁场中受到的力（导学案2）
编写：石臻玉编写时间：星期二审核人：石臻玉领导签字：王承龙
一、课型：新授课
二、学习目标：
1、学会运用各种方法判断安培力作用下导体运动的方向；
2、了解磁电式仪表的构造和原理。
三、重、难点：
运用各种方法判断安培力作用下导体运动的方法。
四、前置学习：
阅读课本第四节第三部分“磁电式电流表”，研读优化探究第四节要点三“安培力作用下导体运动方向的判断”，填写以下内容。
1、磁电式电流表：
（1）原理：通电线圈在磁场中受到-------------而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就--------。
根据线圈--------------，可以知道被测电流的方向。
（2）构造：--------------，线圈，螺旋弹簧，指针，极靴。
（3）特点：两级间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿-----------方向，保持线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受的安培力的方向总与线圈平面垂直，使线圈平面都与磁场方向-----------------，使表盘刻度均匀。
（4）优点：灵敏度高，可以测出--------------的电流。
缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱。
2、安培力作用下导体运动方向的判断：
不管是电流还是磁体，对通电导体的作用都是通过-----------来实现的，因此必须要清楚-------------------------，然后结合-------------准确判定-----------------------------，再由导体的--------------------判定导体的----------------。
在实际操作过程中，还有几种特殊方法，如---------------------、--------------、----------------、----------------和----------------。
五、合作探究：
1、安培力作用下通电导体的运动。
例1、图中装置可演示磁场对通电导线的作用。
电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条金属导轨，L是置于金属导轨上并与导轨垂直的金属棒。
当电磁铁线圈两端a、b分别接电源的正、负极，导轨两端e、f分别电源的正、负极，L在导轨上得滑动情况？
归纳提炼总结：先分析金属棒所处的磁场情况，再分析金属棒所受安培力及合力，最后分析运动情况。
跟踪演练1：课时作业（二十二）第8题。
例2、如图所示，线圈通电后在安培力的作用下，怎样运动？
（参考优化探究第四节要点三“电流元法”）
归纳提炼总结：电流元法也叫微元法。
把整段导线分为---------------------------，用----------定则判断每段电流元受-----------------------，然后判断整段导线的-----------------力的方向，从而确定导线运动的方向。
例3、如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈（）（参考要点三“等效法）
A、向左运动
B、向右运动
C、静止不动
D、无法确定
归纳提炼总结：等效法，即环形电流等效成----------，通电螺线管可以等效成------------或多个------------------，反过来等效也成立。
跟踪演练2 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当
线圈内通入如图方向的电流后，则
线圈的运动（从上往下看）（）
A、逆时针旋转
B、顺时针旋转
C、逆时针旋转的同时靠近磁铁
D、顺时针旋转时靠近磁铁
归纳提炼总结：特殊位置法：通过转动通电导线到某一--------------------------------，然后判断其所受---------------，从而确定其运动的方向。
能力提升1、如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动方向。
例4、下列各组通电导线中都有两条通电导线，其运动情况怎样？（参考要点三）
归纳提炼总结：结论法。
1、两平行直线电流在相互作用过程中，无---------------趋势，但通向电流---------------，反向电流----------------------。
2、两不平行的直线电流相互作用时，有转到-------------------------------------的趋势。
跟踪演练3、如图所示，两根相隔一定距离、相互垂直的异面直导线ab、cd，分别通有方向如图的电流，若通电电线ab固定不动，通电导线cd可以自由运动，则通电导线cd的运动情况是（）
A、顺时针转动，同时靠近ab
B、顺时针转动，同时远离ab
C、逆时针转动，同时靠近ab
D、逆时针转动，同时远离ab
能力提示2、如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小相同的通向电流，则他们的运动情况是（）
A、都绕圆柱转动
B、以不等的加速度相向运动
C、以相等的加速度相向运动
D、以相等的加速度背向运动
归纳提炼总结：两环形电流的运动与两直导线一样，即--------------------------------------------。
例5、如图，条形磁铁平方于水平桌面上，在它的正中间上方固定一根直导线，导线与纸面垂直，现给导线中通以垂直于纸面向里的电流，则说法正确的是（）
A、磁铁对桌面的压力减小
B、磁铁对桌面的压力增大
C、磁铁对桌面的压力不变
D、以上说法都不可能
归纳提炼总结：转换研究对象法。
先分析-------------------------------------，然后由-----------------确定磁体所受电流磁场的力，从而确定------------------------。
六、课后作业：
优化探究例4 随堂演练 4
课时作业（二十二）2、4、7、10
课后作业：2、3、4。