【金版教程】2014年高中物理 第三章《第4节 通电导线在磁场中受到的力》课件 新人教版选修3-1

定性分析磁体在电流磁场作用下如 何运动的问题，可先分析电流在磁 转换研究对 体磁场中所受的安培力，然后由牛 象法 顿第三定律，确定磁体所受电流磁 场的反作用力，从而确定磁体所受 合力及运动方向
(1)判断通电线圈等在磁场中的转动情况，要寻找具有对称 关系的电流元． (2)利用特殊位置法要注意利用通电导体所在位置的磁场特 殊点的方向．
[完美答案] B
[变式训练]
如图所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电 )
磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关K的瞬间(
A．A端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变 B．A端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变 C．A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小 D．A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大
三、磁电式电流表 1. 构造 磁铁、 线圈、螺旋弹簧、指针、极靴． 2. 原理 通电线圈在磁场中受到安培力而偏转． (1)线圈偏转的角度 越大，被测电流就越大． (2)根据 线圈偏转 的方向，可以知道被测电流的方向．

3. 特点 两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱， 使极靴与圆柱间的磁 场都沿半径 方向， 保持线圈转动时， 安培力的大小不受磁场影响， 线圈所受安培力的方向始终与线圈平面垂直， 线圈平面都与磁场 方向平行 ，如图所示，表盘刻度均匀．
7．电流表的刻度是均匀的 线圈转动时，通过转轴收紧两根螺旋弹簧．这样，线圈在 通电时除了受到磁力矩外，还受到弹簧的反抗力矩，当这两种 力矩平衡时，线圈及固定于其上的指针就停在一定的位置 上．电流越大，两个力矩也越大，于是线圈转角也越大．由于 极靴和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，线圈的两边在转动 时，磁感应强度B大小相等．据安培力公式F＝ILB知，安培力 与I成正比，所以反抗力矩也与I成正比，指针的偏角θ也与I成 正比，这样，电流表的刻度是均匀的．
5．优缺点 优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导 线很细，允许通过的电流很弱．如果希望它测量较大的电流 值，就要用并联一个小电阻来分流的方法扩大其量程．
6．线圈处的磁场
极靴和缠绕线圈的圆形铁芯都是用软铁做成的，它们在蹄 形磁铁的磁场中被磁化，就会形成均匀辐射状的磁场，如图所 示．当线圈绕O点沿虚线转动时，垂直于纸面的两个边所在处 的磁感应强度B大小相等，但这种辐射状的磁场并不是匀强磁 场，因为各处的方向并不相同．
把整段导线分为多段电流元，先用 电流元法 左手定则判断每段电流元受力的方 向，然后判断整段导线所受合力的 方向，从而确定导线的运动方向 环形电流可等效成小磁针，通电螺 等效法 线管可以等效成条形磁铁或多个环 形电流，反过来也成立
通过转动通电导线到某个便于分析的特殊 特殊位置法 位置，然后判断其所受安培力的方向，从 而确定其运动方向 两平行直线电流在相互作用过程中，无转 结论法 动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互 相排斥；两不平行的直线电流相互作用 时，有转到平行且电流方向相同的趋势
[变式训练] 如图所示，导线 ABC 为垂直折线，其中电流 为 I，AB＝BC＝L，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场 的磁感应强度为 B，求导线 ABC 所受安培力的大小和方向．
[解析] 利用 F＝ILB 可以计算安培力的大小． 方法一：AB 段所受的安培力大小 FAB＝ILB，方向向右， BC 段所受的安培力大小 FBC＝ILB，方向向上，所以该导线所受 安培力为这两个力的合力， 如图所示， F＝ 2ILB， 方向沿∠ABC 的角平分线向上． 方法二：把导线 ABC 等效成直导线 AC，则等效长度 AC＝ 2L，故安培力 F＝BI· 2L＝ 2ILB，方向垂直于 AC，即沿∠ ABC 的角平分线向上．
(1) 通 电 导 线 在 磁 场 中 一 定 会 受 到 磁 场 力 的 作
(2)通电导线在磁场中受到的力为零，则磁感应强度一定为 零．( )
(3)在匀强磁场中，对任意形状的闭合线圈，当线圈平面与 磁场方向垂直时，线圈的有效长度是 0，通电后在磁场中所受安 培力的矢量和一定为零．( )
提示： (1)通电导线在磁场中， 当导线与磁场平行时导线不受 力，故(1)错； (2)通电导线在磁场中受到的力为零，可能是磁感应强度为 零，也可能是导线与磁场平行，故(2)错； (3)对任意形状的闭合线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时， 线圈的有效长度是 0，在匀强磁场中所受安培力的矢量和为零， 故(3)正确.
(1)实验表明，安培力的方向垂直于电流的方向，垂直于磁 场的方向．也就是说，安培力的方向垂直于电流跟磁场决定的平 面，但电流和磁场的方向不一定垂直． (2)在具体判断安培力的方向时，首先要建立立体空间模型， 可借助手头的铅笔或其他文具摆放一下电流或磁场的方向， 直观 地建立三者间的方向关系， 这对正确地判断安培力的方向很有帮 助．另外不要受到电场对电荷作用力的干扰而出现错误判断．
法二：等效分析法． 把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的 中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方 向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1 等效成小磁针后转动前，N极应指向纸里，因此应由向纸里转 为向上，所以从左向右看，线圈L1顺时针转动．
法三：直线电流元法． 把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成 无数直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，据安培定则可 知各电流元所在处磁场方向向上，据左手定则可得，上部电流 元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力均指向纸 里，因此从左向右看线圈L1顺时针转动．故正确答案为B.
[答案] 2ILB 方向沿∠ABC 的角平分线向上
考点二
安培力作用下导体运动方向的判断
在必修课本中，我们学过力与运动，那么如何根据受 力分析物体的运动呢？
重点诠释 1. 安培力作用下导体运动方向的判断 不管是电流还是磁体， 对通电导线的作用都是通过磁场来实 现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合 左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动， 在实际操 作过程中，往往采用以下几种方法：
典题研析 例2 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相 绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图所 示的电流时，从左向右看，则线圈L1将( )
A. 不动 B. 顺时针转动 C. 逆时针转动 D. 向纸面内平动
[规范解答] 法一：利用结论法． 环形电流L1、L2之间不平行，则必有相对转动，直到两环 形电流同向平行为止，据此可得L1的转动方向应是：从左向右 看线圈L1顺时针转动．
第三章
磁场
第4节 通电导线在磁场中受到的力
课堂目标定位 1．知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向， 并解答有关问题.2.学会用公式 F＝BIL 计算 B 与 I 垂直和平行两 种情况下安培力的大小，并对公式拓展应用，即 F＝BILsinθ，θ 为 B 与 I 的夹角.3.了解磁电式电流表的构造及原理．
表示安培力，其中它们之间的方向关系正确的是(
[思路点拨]
解答本题应把握以下两点：
(1)明确各种符号的含义； (2)应用左手定则判断安培力的方向． [规范解答] 由左手定则可判断， 选项 A 中安培力的方向竖
直向上，选项 B 中安培力的方向水平向左，选项 C 中安培力的 方向水平向左，选项 D 中不受安培力，故正确选项为 A.
重点诠释 1. 原理 安培力与电流的关系． 2. 构造 磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴．如图所示．
3. 特点 两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的 磁场都沿半径方向，使线圈平面都与磁场方向平行，从而使表 盘刻度均匀．
4. 工作原理
如图所示是线圈在磁场中受力的示意图．当电流通过线圈 时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所 受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过 转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电流越大，安 培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，从线圈偏转的 角度就能判断通过电流的大小．线圈中的电流方向改变时，安 培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变．所以，根 据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向．
01课前自主学习
一、安培力的方向 1. 安培力
通电导线
2. 左手定则
在磁场中受的力．
伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同
电流 的方 一个平面内；让磁感线 从掌心进入 ，并使四指指向
向， 这时 拇指所指 的方向． 的方向就是通电导线在磁场中所受安培力
3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系 F⊥B，F⊥I，即 F 垂直于 B 和 I 所决定的平面．
[解析]
当开关K接通时，根据安培定则知电磁铁附近磁感
线的分布如图所示，由左手定则知通电直导线此时左端受力指 向纸内，右端受力指向纸外，故导线将转动，转到与磁感线接 近垂直时，整个导线受到的磁场力将竖直向下，故悬线张力变 大，选项D正确．
[答案]
D
考点三
磁电式电流表
磁电式电流表的灵敏度较高，那么其原理是什么呢？
(4)式中的 L 为导线垂直磁场方向的有效长度， 如图(1)所示， 半径为 r 的半圆形导线与磁场 B 垂直放置，当导线中通以电流 I 时，导线的等效长度为 2r，故安培力 F＝2BIr.同理，图(2)中三 条导线所受安培力均为 BIL.
典题研析 例 1 如图所示，I 表示电流强度，B 表示磁感应强度，F )
想一想
当通电导线与磁感线不垂直时， 可用左手定则判断
安培力的方向吗？ 提示：可以．当导线和磁感线不垂直时，把导线所在处的磁 感应强度 B 分解为平行导线的分量 B∥和垂直导线的分量 B⊥， 让 B⊥垂直穿入手心，即可利用左手定则判断出安培力的方向.
二、安培力的大小 几种情况下安培力的大小．
判一判 用．( )
背核心语句 1. 磁场对通电导线的作用力称为安培力，安培力的方向由 左手定则判定． 2. 安培力的大小为：F＝ILB，当磁感应强度与导线方向成 θ 角时，F＝ILBsinθ. 3. 磁电式电流表的工作原理利用了安培力与电流的关系， 所测电流越大时，电流表指针偏转角度越大，根据指针偏转的方 向可知电流的方向.