高中物理人教版选修3-1 第三章 第四节 通电导线在磁场中受到的力
最新人教版高中物理选修3-1第三章通电导线在磁场中受到的力
碲形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向 ________分布，不管线圈转到 平行 ． 什么角度，它的平面都跟磁感线________
灵敏度高 ，可以测 __________ 磁电式仪表的优点是 __________ 的电 栏 很弱 目 流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流
__________ 很弱 ．
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培力的方向．
(2) 安培力方向的特点： F________ B ， F________ ⊥ ⊥ I ，即 F 垂直于B和I所决定的平面．(注意：B和I可以有任意夹角) 3．常用的电流表是磁电式仪表，其构造是：在________ 蹄形 磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个 可以绕轴转动的铝框，上面绕有________ 线圈 ，它的转轴上装有 螺旋弹簧和指针．线圈的两端分别接在两个螺旋弹簧上．
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注意：
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式中的 L为导线垂直于磁场方向的有效长度，如右图 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.
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例2 将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强
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1．安培力的大小． 电流 的作用力叫安培力．其公式为F＝ILBsin 磁场对________ 导线与磁感应强度B 之间的夹角． θ，式中θ为______________________ 2．安培力的方向． (1)用左手定则判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手 指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让 磁感线垂直 电流的方向 ，那 ________穿入手心，并使伸开的四指指向 ____________ 大拇指所指 的方向就是通电导线在磁场中所受安 么，________________
人教版物理选修3-1第三章磁场：3.4通电导线在磁场中受力
把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来 ,使它的下端 刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电 波,当开关接通后,将看到的现象 是( ) C
A.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长
S
C.弹簧上下振动 D.弹簧仍静止不动
如图所示，导线abc为垂直折线,其中电流为I,ab=bc=L, 导线拓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.
课堂练习
12、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的 上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂 直纸面向外的电流，则（ ） A A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用
则它们的大小关系是（
A. Φ1 > Φ2 > Φ3 C. Φ1 < Φ2 < Φ3
1
2
C）
D. Φ1 < Φ2 = Φ3
3
B. Φ1 > Φ2 = Φ3
N
S
第3章 第4节 通电导线在磁场中受到的力
一、知识回顾
如何描述磁场强弱？
F B IL
(B I )
安培力(Ampere force)的方向
θ
Φ 最大 Φ 较小 Φ=0
思考：哪些情况可以引起磁通量的变化？
c
d b
a
如上图，若磁感应强度为B，面积为S，则以 cd为轴转过900，磁通量怎样变化？转过1800磁通 量怎样变化？
3.如图所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积
之间的关系为 S1 ＞ S2 = S3 ，且 “3”线圈在磁铁的
人教版高中物理选修3-1第三章磁场通电导线在磁场中受到的力(一)
（精心整理，诚意制作）【知识概要】1．磁场对处在磁场中的通电导线有__________的作用，这种作用力被称为__________。
安培力的方向有________________判定。
计算公式：___________________，其中，I 为电流，L为通电直导线长度，B为磁感应强度，θ为____________与_______________的夹角。
2．安培力的方向：F垂直于__________与___________所在平面，安培力的大小：（1）I//B，F= ，（2）I⊥B，F= ，（3）I与B成θ角，F= 。
【课堂例题】【例1】画出下列通电导线受到的安培力：【例2】（）一根均匀粗导线的两端用柔软导线拉入电路，用用两根弹簧测力计悬挂起来，使导线MN保持水平，如图所示，在导线MN处加水平向里的磁场，并通以自M向N的电流，弹簧测力计的示数为F，若要使弹簧测力计示数增大，可以采用的做法是：A、只减小电流B、只增加电流C、只改变电流方向D、只改变磁场方向【例3】电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，1982年，澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹的速度约为2km/s），若轨道宽2m，长为100m，通以恒定电流10A，求：（1）轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大。
（2）磁场力的最大功率为多大。
（不计轨道摩擦）【例4】如图所示，在与水平方向成60°的光滑金属导轨间连一电源，在相距1m的平行导轨上放一重力为3N的金属棒ab，棒通以3A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止。
求：（1）匀强磁场的磁感应强度B。
（2）ab棒对导轨的压力【巩固训练】（）1．关于通电直导线所受的安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法中正确的是：A. F、B、I的三者必定均相互垂直B. F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于IC. B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于ID. I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B（）2．如图所示，一根通有电流I的直铜棒MN，用导线挂在磁感应强度为B 的匀强磁场中，此时两根悬线处于张紧状态，下列哪些措施可使悬线中张力为零A．适当增大电流 B. 使电流反向并适当减小C. 保持电流I不变，适当增大BD. 使电流I反向，适当减小3．在图中，标出了磁场方向和通电直导线的电流方向，试指出出导线的受力方向或指出哪种情况导线不受安培力．A图 B图 C图4．在匀强磁场中，有一段5㎝的导线和磁场垂直，当导线通过的电流是1A时，受磁场作用力是0.1N，那么磁感应强度B=T；现将导线长度增大为原来的3倍，通过电流减小为原来的一半，那么磁感应强度B= T，导线受到的安培力F= N。
通电导线在磁场中受到的力
表盘的刻度均匀，θ∝I.
磁电式仪表有哪些优点？
灵敏度高，可以测 出很弱的电流.
磁电式仪表有哪些缺点？ • 由于绕制线圈的导线很 细，允许通过额电流很 弱，若电流超过允许值， 很容易烧坏。 • 若希望用它测量较大的 电流值，就要扩大其量 程。
磁电式电流表
一、磁电式电流表的构造 蹄形磁铁
指针 圆柱铁芯
线圈
螺旋 弹簧
.
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
何为“均匀辐向磁场”？
所有磁感线的 延长线都通过铁 芯的中心，不管 线圈转到什么位 置，线圈平面都 与磁感线平行.
该磁场是匀强磁场吗？
不是匀强磁场，但在以铁芯为中心的 圆周上，各点的磁感应强度大小相等.
人教版选修3-1第三章第四节
江西省上犹中学 贺小飞
一 磁场对电流的作用
1 由磁感应强度定义，磁场
想一想
中某处磁感应强度的大小：
B = F/ I L
由此可的：
F=BIL
适用条件：B
L
2 安培力：通电导线在磁场中受到的 作用力。 即 ： F=BIL
当B与I不成90 时，安培力 又是多大呢？
我们先看一个实验：
力方向三者之间的关系：
由F
I、F
B
F
面IB
可用左手定则来判断电场力方向：
内容： 伸开左手，大拇指与其余四
磁场 方向 手指垂直并都跟手掌在一个平面内， 把手放入磁场中，让磁感线垂直穿 入手心， 并使伸开的四指指向电流的 方向， 则大拇指所指方向就是通电 导线在磁场中的受力方向。
N
I
电流方向
F
B
S
安培力方向
N F
S
安培力
（2）保持电流方向不变，对调磁极位置。
磁场对通电导线的作用教案
《磁场对通电导线的作用》教学设计执教人：pc 【计划课时】1.5课时【教学时间】40分钟+20分钟【教学对象】江西师大附中滨江校区高二（15）班【教材】人教版高中物理选修3-1第三章第四节一、【教材分析】本节是在学习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。
本节的重点是判断安培力的方向和对安培力计算公式的理解。
空间想象能力对本节的学习至关重要。
本节内容为后面学习“运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力”做铺垫。
教材设置了多种实验探究,激发学生思考，探究物理规律，并通过实例分析让学生认识生活中常见现象和科学技术，学会应用物理知识解决实际问题，体现了从“生活走向物理，物理走向社会”的新课程理念。
二、【学情分析】学生已经学习了磁场、磁感应强度的相关知识和用安培定则判断电流的磁场，并在第三章第二节磁感应强度这节中初步了解了垂直于磁场放置的电流元受到的安培力计算公式。
但还不知道安培力方向的判断。
本节中的左手定则设计三个物理量的方向，三维图形立体感强，而学生的空间想象力还不够。
因此，教学中应注重对三维图形的识别训练。
教师通过例举适当例子，从侧视图、俯视图、正视图等方向，强化学生对左手定则的运用。
三、【教学目标】1、知识与技能（1）掌握安培力概念；（2）通过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；（3）会用左手定则判断安培力方向和解决实际问题；（4）推导匀强磁场中安培力的一般表达式，并会解决实际问题；（5）理解安培力计算公式中各物理量真正的含义；（6）知道安培力在生活中的运用，并了解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；2、过程与方法（1）通过实验演示，培养学生总结归纳的能力，得出左手定则；（2）通过适当的练习判断安培力方向，熟练掌握左手定则；（3）通过推导安培力的计算公式，体会其中涉及的科学思想方法，包括等效替代和从特殊到一般的思维方法；3、情感态度与价值观（1）通过探究学习使学生体验到探究自然规律的艰辛与喜悦；（2）通过了解安培力在生活中的运用，感受物理知识的相互联系；四、【教学重点与难点】教学重点：左手定则，安培力大小，对通电导线有效长度理解；教学难点：安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系；五、【教学策略设计】1、教学组织方式新课改提倡“自主、合作、探究”的教学方式，本节课在教师的引导下，以学生为主体，通过实验现象和学生自主建立立体模型，共同探究安培力的方向。
人教版高中物理选修3-1第四节
通电导线在磁场中受到的力
【测控导航】
知识点题号
1.安培力的方向1、3、8、10
2.安培力的大小2、5、8、9、10
3.磁电式电流表 4
4.安培力的综合问题6、7、9、11、12
巩固基础
1.关于垂直于磁场方向的通电直导线所受安培力的方向,正确的说法是( C )
A.跟磁场方向垂直,跟电流方向平行
B.跟电流方向垂直,跟磁场方向平行
C.既跟磁场方向垂直,又跟电流方向垂直
D.既不跟磁场方向垂直,也不跟电流方向垂直
解析:当磁场方向与通电直导线垂直时,通电导线所受安培力的方向既跟磁场方向垂直又跟电流方向垂直,故选项C正确.。
3.4通电导体在磁场中受到的力
一匀强磁场中，电流与磁场的方向如下图所示，已知磁感应强
度为1 T．试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向．
解析： 由左手定则和安培力的计算公式得： (1)因导线
与磁感线平行，所以安培力为零；(2)由左手定则知：安培 力方向垂直导线水平向右，大小F＝BIL＝1×0.1×0.2 N＝
0.02 N；(3)安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上，大小
I
θ
安培力的大小
通电直导线与磁场方向不垂直的情况 把磁感应强度B分解为两个分量：
B B1 B2
θ
一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ
另一分量与导线平行 B2=Bcosθ I
平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线 所受作用力仅由B1决定 即F=ILB1 将B1=Bsinθ代入得
F=ILBsinθ
电流表的特点
1、灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕 制线圈的导线很细，允许通过的电流很小； 2、电流和安培力成正比，所以电流表的刻度 是均匀的； 3、电流方向改变，安培力方向也改变，线 圈朝相反方向转动。
做一做
如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边 缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上， 然后在玻璃皿中放入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场 中，N极在下，S极在上，盐水就会旋转起来． (1) 猜想一下，盐水转动的方向， 并实际做一做实验来验证．
F
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 力方向。
4
针对训练1：试画出下列各图中安培力的方向：
F
F F
【高考真题精讲】“电流天平”——安培力的重要应用(难度：中等)
5（2014重庆卷8）某电子天平原理如题8图所示，E形磁铁的两侧为N极，中心为S极，两
极间的磁感应强度大小均为B，磁极宽度均为L，忽略边缘效应，一正方形线圈套于中心 磁极，其骨架与秤盘连为一体，线圈两端C、D与外电路连接，当质量为m的重物放在秤 盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触)，随后外电路对线圈 供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，由此时对应的供电电流I可确定重物 的质量，已知线圈匝数为n，线圈电阻为R，重力加速度为g.问 (1)略 (2)供电电流I是从C端还是D端流入？求重物质量与电流的关系． (3)若线圈消耗的最大功率为P，该电子天平能称量的最大质量是多少？
4（2015浙江卷24）小明同学设计了一个“电磁天平”,如图1所示,等臂天平的左臂为挂盘,
右盘挂有矩形线圈,两臂平衡.线圈的水平边长L=0.1m,竖直边长H=0.3m,匝数为N1.线圈的下 边处于匀强磁场内,磁感应强度B0=1.0T,方向垂直线圈平面抽里.线圈中通有可在0~2.0A范 围内调节的电流I.挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使天平平衡,测出电流即可测得物 体的质量.(重力加速度取g=10m/s2) (1)为使电磁天平的是量程达到0.5kg,线圈的匝数N1至少为多少? (2)略
要点小结
“电流天平”测磁感应强度 推断“起初”和“电流反向后”安培力的方向 列平衡等式 拓展创新实验（用两个定滑轮） m1可能大于、也可能小于m2 磁感应强度的表达式中有绝对值 部分导线在磁场中的等效长度：交界点连线
“电磁天平”测质量 安培力等于重力
形线圈，宽为l，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。当线圈中通 有电流I(方向如图)时，在天平左、右两边加上质量各为m１、m２的砝码，天平平衡。当 电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡。由此可知( ) (A)磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为(m１-m２)g/(NIl) (B)磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg/(2NIl) (C)磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为(m１-m２)g/(NIl) (D)磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为mg/(2NIl)
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左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？ ③在因果关系上：
安培定则中的“电流”是“因”，磁场为“果”，正是有 了电流(直流电流、环形电流、螺线管电流)才出现了由该电 流产生的磁场；
左手定则中的“磁场”和“电流”都是“因”，磁场对通 电导线的作用力是“果”，有因才有果，而此时的两个“ 因”对产生磁场的作用力来说缺一不可。
②当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定 的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿 过手心，而是斜穿过手心。
安培力和电场力
电场力和安培力的方向有何区别和联系？
电荷在电场中某一点受到的静电力是一定的， 方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。 电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方 向有关。 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。 一般情况下的安培力大于零，小于BIL 安培力的方向均与磁场方向垂直
问题与练习
磁场中有一条通电导线，其余方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分 别标明了电流、磁感应强度和安培力三个量中两个量的方向，试画出 第三个量的方向。（“·”表示磁感线垂直纸面向外，“ ×”表示磁感 线垂直纸面向里，”⊙“表示电流垂直纸面向外，”“表示电流垂直 纸面向里。）
问题与练习
把一根通电导线ab放在磁场中，导线所在区域的磁感线呈弧形，如图 所示。导线可以在空中自由移动和转动，导线中的电流方向由a向b. (1)描述导线的运动情况。 (2)虚线框内有产生以上弧形磁感线的磁场源，它可能是条形磁体、蹄 形磁体、通电螺线管、直线电流。请你分别按每种可能考虑，大致画出 它们的安放位置。（1）通电导线的端a和b端受到的安培力分别垂直纸面向外和垂直纸面向内，所以导线会
教学重点
安培力的方向确定和大小的计算。
教学难点
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）。
通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关？
磁场的强弱，电流的大小，电流的长度，以及电流 在磁场中的放置方式。
人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。 本节将对安培力做进一步的讨论。
同向电流
反向电流
左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？ ①在适用对象上：
安培定则
左手定则
作用
判断电流的磁场方向
判断电流在磁场 中的受力方向
具体情况 通电直导线中的电流 环形电流或通电螺线管 电流在磁场中
内 具体操作 容
结果
大拇指指向 电流的方向
四个手指弯曲的方 向表示磁场的方向
四个手指弯曲的方向 磁感线垂直穿过掌心， 指向电流的环绕方向 四指指向电流的方向
大拇指指向轴线 上的磁感线方向
大拇指指向电流所受 到的安培力的方向
左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？ ②在电流与磁场的关系上：
安培定则中的“磁场”与“电流”密不可分，同时存在、 同时消失，“磁场”就是电流的磁效应产生的磁场；
左手定则中的“磁场”与“电流”可以单独存在，“磁场” 是外加的磁场，不是通电导线产生的磁场。
四指 → 电流 磁感线 → 穿手心 大拇指 → 受力
示意图
左手定则
演示4： 磁场方向：向上
电流方向：向外 受力方向：向左
演示3： 磁场方向：向上
电流方向：向内 受力方向：向右
演示1： 磁场方向：向下
电流方向：向 外
受力方向：向 右演示2： 磁场方向：向下
电流方向：向 内
受力方向：向
左手定则的使用
左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？
④判断电流方向选取定则的原则： 当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用 安培定则判断电流的方向； 当已知导体所受安培力的方向时，用左手定则判断电流的方向
安培力方向的反思
F、B、I一定两两垂直吗？ F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直
向下
垂直于纸面向外 垂直于纸面向里
向上
垂直于纸面向里 垂直于纸面向外
插入一个动态画板
探究安培力的方向
演示1 电流的方向：垂直于纸面向外
F探究Biblioteka 培力的方向演示2 电流的方向：垂直于纸面向里
F
探究安培力的方向
演示3 电流的方向：垂直于纸面向里
F
探究安培力的方向
演示4 电流的方向：垂直于纸面向外
安培力方向的反思
若B与I不垂直时，则安培力与B和I方向关系是怎样的？这时左手 定则对磁感应线有何要求？
①安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培 力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．所以判断时要首先确定磁场 与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根 据左手定则判断出安培力的具体方向。
判断下列通电导线所受安培力的方向。
F
F
左手定则的使用
判断下列通电导线所受安培力的方向。
左手定则的使用
判断下列通电导线所受安培力的方向。
左手定则的使用
判断下列通电导线所受安培力的方向。
左手定则的使用
如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互 作用，同向电流相互吸引；反向电流相互排斥。请使用刚学 过的知识解释本实验结果。
通电导线在磁场中受到的力
教学目标
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，会用左手定则判断安培力的方向。
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。
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。
F
探究安培力的方向
实验次数 磁场方向
电流方向
安培力的方向
1
垂直于纸面向外
水平向右
向下
2
垂直于纸面向里
水平向左
3
垂直于纸面向里
水平向右
向上
4
垂直于纸面向外
水平向左
通电导线在磁场中所受安培力的方向跟磁场方向，电流方向之间有怎 样的关系呢？你能用简洁的方法表示这个关系吗？
左手定则
内容：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平 面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿过手 心，并使伸开的四指指 向电流方向，那么，大拇指所指的方向就是直导线所受安培力的方向 。
安培力的方向
知道安培力的方向与什么因素有关。 掌握左手定则并能够根据左手定则判断安培力的方向。 理解并掌握平行直导线间的相互作用。
探究安培力的方向
导线受力的方向（安培力）与磁场方向、电流方向有什么样的关系？
演示实验 磁场方向与电流方向垂直的情况
实验次数
1 2 3 4
磁场方向
电流方向 安培力的方向