§4磁场对通电导线的作用力
《磁场对通电导线的作用力》示范教案
高中物理教学教案课题 3.4 磁场对通电导线的作用力新授课教学目标（一）知识与技能1、知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BIL sinθ。
2、知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。
3、了解磁电式电流表的工作原理。
（二）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。
（三）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=BIL sinθ，使学生形成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。
教学重点、难点教学重点安培力的大小计算和方向的判定。
教学难点用左手定则判定安培力的方向。
教学方法实验观察法、逻辑推理法、讲解法教学手段蹄形磁铁多个、导线和开关、电源、铁架台、两条平行通电直导线、投影片，多媒体辅助教学设备教学活动（一）引入新课通过第二节的学习，我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力。
安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。
这节课我们对安培力作进一步的讨论。
（二）进行新课1、安培力的方向演示实验：（1）改变电流的方向现象：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。
左手定则通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，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，那么，大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。
例：判断下图中导线A所受磁场力的方向。
通电平行直导线间的作用力方向如何呢？演示实验：学生活动学生观测实验现象（1）电流的方向相同时 现象：两平行导线相互靠近。
磁场对通电导线的作用力
1.1 磁场对通电导线的作用力一、安培力的方向1．安培力：通电导线在 中受的力．2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与 在同一个平面内；让磁感线从 垂直进入，并使四指指向 的方向，这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系： ， ，即F 垂直于B 与I 所决定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁场B 的方向放置的长为l 的通电导线，当通过的电流为I 时，所受安培力为F ＝ . 2．当磁感应强度B 的方向与电流方向成θ角时，公式F ＝ . 三、磁电式电流表1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到 而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越 ．根据 的偏转方向，可以知道被测电流的方向． 2．构造：磁体、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿 方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线 ，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小 ．4．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．【参考答案】磁场 垂直 掌心 电流 拇指 F ⊥B F ⊥I IlB IlB sin θ 指针 半径 平行 相等考点一：两根通电导线之间的作用力方向【例1】在正三角形ABC 的三个顶点A 、B 、C 处，各固定有一根垂直于三角形的长直导线，每根导线通有大小相同的恒定电流，电流方向如图所示，已知导线A 受到的安培力大小为F ，则导线C 受到的安培力（ ）基础知识梳理典型例题分析A ．大小为F ，方向平行AB 向左下 B ．大小为F ，方向平行AB 向右上C ，方向垂直AB 向右下D ，方向垂直AB 向左上 【答案】C【解析】设两长直导线间的相互作用力大小为F 1，反向电流相互排斥，同向电流相互吸引，对长直导线A 研究，根据力的合成可得12cos60F F ︒=解得1F F =对长直导线C 研究，根据力的合成可得，C 受到的安培力为C 12cos30F F =︒=方向垂直AB 向右下。
磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用力
磁力场是由磁性物质和电流产生的力量，一个悬停的电线会在某种特定的磁力
场中受到不同程度的影响力。
在量子物理学中，磁性物质会与周围环境互相作用，形成一个磁力场。
由于通电导线多用于传输电流，因此它们会受到来自磁力场的影响。
由于磁场的作用，电线会受到磁力的拉力或推力。
在电磁铁和磁铁素材中，会
产生有吸引作用的磁力场，当电线置于其中时，将会受到有吸引作用的磁力的拉力。
此外，如果电线两端有电流经过，也会产生有推力作用的磁力场，当电线悬停于其中时，将会受到推力作用的磁力。
由于磁场作用力和电网串流电流角度不同，所以使电线受到极其复杂的作用力。
为此，有分析磁场作用力这一研究方向，通过建立的分析模型，能够极大地准确地研究出通电导线在磁力场中的被影响情况。
综上所述，磁场作用对通电导线具有极大的重要性，它会影响电线的运行状态
并产生作用力，若未能正确掌握其影响机制及分析方法，将可能给电力系统带来安全隐患，必须分析准确研究磁力场在影响通电导线运行情况上的作用力，从而保证电力系统的安全运行。
第4节《磁场对通电导线的作用力》学案
第4节 《磁场对通电导线的作用力》学案基础知识自主梳理1．磁场对 的作用力通常称为安培力。
2． 磁场方向的通电直导线，受到的安培力的大小的跟通电导线在磁场中的长度有关，导线长作用力 ；导线短作用力 。
用公式表示为 。
3．如果磁场方向与电流方向夹角为900时，安培力的大小 ，方向仍可用 定则判定。
4．左手定则：让磁感线垂直穿入 ，四指指向 方向，拇指所指 的方向。
5． 在磁电式电流表中，蹄形磁铁和铁心间的磁场是 的。
巩固练习1． 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向18、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炮弹发射装置--电磁炮，它的基本原理如图所示，下列结论中正确的是A.要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自M 向N 的电流B.要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自N向M 的电流C.要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流或磁感应强度D.使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向3. 如图，长为2l 的直导线折成边长相等，夹角为60°的V 形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B .当在该导线中通以电流强度为I 的电流时，该V 形通电导线受到的安培力大小为( )A ．0B ．0.5BIlC ．BIlD ．2BIl4.质量为0.5㎏的金属杆在相距1m 的水平轨道上与轨道垂直放置金属杆上通以I=4A 的恒定电流，如图所示，匀强磁场B 垂直轨道平面，金属杆与轨道间动摩擦因数为0.2，求匀强磁场的磁感应强度B 多大时金属杆恰好不发生移动？Ｂ Ｃ Ａ Ｄ E 第1题 FG H5. 如图所示，通电导体棒ab 质量为m 、长为L ，水平放置在倾角为θ的光滑斜面上，通以如图示方向的电流，电流强度为I ，欲使导体棒ab 静止在斜面上。
(1)若磁场方向竖直向上，则磁感应强度B 为多大？(2)若要求磁感应强度最小，求磁感应强度的大小和方向。
6．质量为m ，长为L 的的金属棒ab 用两根细金属丝悬挂在绝缘架MN 下面，整个装置处在竖直方向的匀强磁场中，当金属棒通以由a 向b 的电流I 后，将离开原位置向前偏转α角而重新平衡，如图。
磁场对通电直导线的作用力
把一小段通电直导线垂直放入磁场中，它受到了磁场力作用
教学基本要求
一、安培定律
磁场对通电导线的作用力，称为安培力。 当I与B垂直时，安培力的大小为：F=BIL 上式表明：安培力大小与电流的大小，与通电导线 在磁场中的长度成正比，与磁感应强度B成正比。 当通电导线平行于磁场方向时，安培力为零
M BIL1L2 cos
因为矩形面积 所以
S L1L2
M BIS cos
当线圈平面跟磁感应线平行时，cosθ ＝１,线圈 所受磁力矩最大，M=BIS。当线圈平面跟磁感应线垂 直时，cosθ ＝０，线圈所受磁力矩为零。
教学基本要求
对于Ｎ匝平面线圈，它所受磁力矩为单匝线圈 的Ｎ倍，即
教学基本要求
下面来计算力矩的大小
设匀强磁场的磁感应强度为Ｂ
ab பைடு நூலகம்d L1
则
bc da L2
Fab Fcd BIL1 L2 r1 r2 r cos 力臂 2
力矩的大小为
L2 M 1 M 2 FAB r BIL1 cos 2
教学基本要求
由于力矩Ｍ１和Ｍ２都使线圈绕轴按逆时针方向 转动，所以合力矩Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２
已知：Ｂ＝0.40Ｔ，Ｌ＝20cm＝0.20m，Ｉ＝10A， θ =30° 求：Ｆ。
教学基本要求
解：由安培定律得，直导线所受磁场力大小为：
1 F BIL sin 0.40 10 0.20 0.4( N ) 2
由左手定则可知，力的方向垂直于Ｂ和Ｉ所 决定的平面，即垂直纸面向里。 答：直导线所受的磁场力大小为0.4Ｎ，方向垂直 纸面向里。
M NBIS cos
可以证明，上式不仅适用于矩形线圈，而且适 用于任意形状的平面线圈。
4磁场对通电导线的作用力
将长为1m的导线ac，从中点折成1200的夹角如图 形状，放入B=0.08T的匀强磁场中，abc平面与磁 场垂直，若在导线abc中通入25A的直流电，则整个 导线所受安培力的大小为 31/2_______N。
2、通电导线在安培力作用下的运动
电流元法 特殊位置法 等效法 结论法 转换研究对象法
电流元法+特殊位置法
安培力的力矩叫磁力矩
1、当线圈平面与磁感线平行时(B∥S) Mab＝Fab· L2/2＝BIL1· L2/2＝BIS/2 Mcd＝Fcd· L2/2＝BIS/2 Mbc＝Mad＝0 M＝Mab＋Mcd＋Mbc＋Mad＝BIS ——单匝线圈，匀强磁场 2、当线圈平面与磁感线成θ角时 若N匝，则NBIS Mab＝Fab· L2cosθ/2＝BIScosθ/2 Mcd＝Mab＝BIScosθ/2 Mbc＝Mad＝0 若N匝，则NBIScosθ M＝BIScosθ ——单匝线圈，匀强磁场 3、B⊥S时，M＝0 (θ＝90°)
演示 平行通电直导线之间的相互作用
你能用安培力的知 识来判断结果吗？ 结论： 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 问:若两根导线通以大小不同的 电流，则受力情况如何？
注意：F12=F21
二、安培力的大小
当B⊥I时 ，导线所受安培力 F＝BIL 当B∥I 时，导线所受安培力 F＝0 当B与I成一角度θ时， F＝BILsinθ
（C）、适当增大磁场
（D）、将磁场反向并适当改变大小
应用：
1、“ 有效长度”问题 2、判断通电导线在非匀强磁场中的运动 3、安培力的力学综合问题
1、“ 有效长度”问题
在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流 强度为I，磁感应强度为B，求各导线受到的安培力。
磁场对通电导线的作用力、左手定则
• 4、同时改变电流方向、磁场方向，观察磁场中导体 运动方向：向左运动
磁场对通电导体的作用力
实验结论
1、磁场对电流有力作用，这个力叫做磁场力 （磁安场培对力放）入。其 中 的 磁 体 或 电 流 有 力 的 作
用
2、磁场力的方向跟磁场方向和电流方向有关。
磁场对通电矩形线圈的作用力
磁场对通电线圈的作用
通电线圈在磁场中会受到力的作用 （并不能持续的沿着一个方向转动下去）
磁场对通电矩形线圈的作用力
电能 → 机械能
总结
磁场对通电指导线的作用力
1.左手定则内容： （1）让磁感线垂直穿入掌心； （2）四指指向电流方向； （3）2.则导大体在拇磁指场所中指受的力方的大向小就（是垂磁直场，力平行的，方倾向斜。
左手定则
目录
1
2
磁场对通电直 导线作用
左手定则
磁场对通电矩形 线框的作用
电动机
磁场对通电指导线的作用
想一想
• 在奥斯特实验中我们知道了电流对磁体有力的 作用，反过来，磁体对电流有无力的作用呢？
• 如果我们把通电导体在放在磁场中，会有怎样 的现象？
磁场对通电指导线的作用
实验
通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力,也称
磁场对通电导体的作用力
两根直导线C、+ D，通以相反方向的相同电流后将怎样运动？
F I
IF
异向电流互相排斥
C
D+
D导线位于C导线的右侧，可以看作导线D位于C所产生的磁场内 C导线位于D导线的左侧，可以看作导线C位于D所产生的磁场内
磁场对通电导体的作用力
《主题七 第四节 磁场对通电导线的作用力》教学设计
《磁场对通电导线的作用力》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解磁场的观点，以及磁场对通电导线的作用力。
2. 掌握安培力的观点和计算方法。
3. 能够运用安培力原理解决相关问题。
二、教学重难点1. 教学重点：理解磁场的观点，掌握安培力的观点和计算方法。
2. 教学难点：运用安培力原理解决实际问题。
三、教学准备1. 准备教学PPT，包含图片、动画和视频等多媒体素材。
2. 准备实验器械，包括通电导线、磁铁等，用于演示磁场和安培力的作用。
3. 准备习题集，包含各种类型的问题，供学生练习和稳固知识。
4. 安排实验室或教室，进行现场教学。
5. 邀请有经验的教师或工程师参与授课，提供实践经验和案例分析。
四、教学过程：（一）引入1. 回顾磁场观点及描述方法。
2. 展示通电导线，提问：在磁场中会发生什么现象？3. 引出本节课主题：磁场对通电导线的作用力。
（二）新课教学1. 讲解磁场的观点，介绍磁感线，让学生了解磁场的方向、强度等基本性质。
2. 介绍通电导线在磁场中受到的作用力——安培力。
3. 通过实验演示，让学生观察通电导线在磁场中的运动情况，理解安培力的产生原因和方向。
4. 讲解安培力的应用，如电动机、发电机等。
5. 引导学生思考：改变磁场的方向或强度，安培力会如何变化？6. 讨论影响安培力大小的因素，如电流、磁场的强度和方向等。
（三）实践活动1. 分组实验：让学生自己动手操作，通过改变条件观察安培力的变化，加深对安培力的理解。
2. 要求学生根据所学知识，设计一个利用磁场对通电导线作用的装置。
（四）教室小结1. 回顾本节课的主要内容：磁场、安培力、应用等。
2. 强调安培力在实际生活中的应用。
（五）安置作业1. 完成课后练习题。
2. 搜集有关磁场和安培力的实际应用案例，进行分享和讨论。
教学设计方案（第二课时）一、教学目标1. 知识与技能：理解安培力的大小和方向观点，掌握安培力的大小计算方法。
2. 过程与方法：通过实验操作，培养学生的观察和实验能力。
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§4磁场对通电导线的作用力
【典型例题】
【例1】如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方，导线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流是时，有关直导线运动情况的说法中正确的是（从上往下看）（C ）A 、顺时针方向转动，同时下降 B 、顺时针方向转动，同时上升C 、逆时针方向转动，同时下降 D 、逆时针方向转动，同时上升
【解析】用安培定则判断通电蹄形电磁铁的极性，通电直导线在蹄形磁铁的磁场中，它的受力情况用电流无法进行判断，如图所示把直线电流等效为AO 、OO /、O /B 三段，其中OO /为极短的电流元。
画出电磁铁的磁感线，可知OO /段电流元不受安培力的作用，AO 段受垂直于纸面向外的安培力，O /B 段受一垂直于纸面向里的安培力，故从上往下看，导线以OO /段为轴逆时针转动。
再用特殊位置法，假设导线转过90°，如图所示，则导线受力的受力方向应竖直向下。
实际上导线的运动应是上述两种运动的合成。
【答案】C
【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（ACD ）
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
【解析】对通电导体进行受力分析，由左手定则，确定安培力F 安方向向上，
如图所示，设弹簧测力计的示数为T ，则有T+F 安=mg 即
T=mg-F 安，要使T 增大，方法1、可使F 安减小，F 安=BIL
可知，通过减小I ，可达到目的。
方法2、可使F 安反向，
可通过改变电流方向或改变磁场方向来实现。
【答案】A 、C 、D
【例3】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 ，棒上通以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。
3T 6N 【解析】先将原图改画为侧视图，对导体棒受力分析，如图所示，导体棒恰好能静止，应有N x =F 安 N y =G 因为tan60°=y
x N N 所以F 安= tan60°N y =3G 又F 安=BIL 所以B=T IL G IL F 31
3333=⨯==安
导体棒对轨道的压力与轨道对棒的支持力N 大小相等。
N= 60cos y
N =N G G 6260cos ==
【基础练习】
一、选择题：
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I
C 、B 必定垂直于F 、I ，但F 不一定垂直于I
D 、I 必定垂直于F 、B ，但F 不一定垂直于B
2、如图所示，在蹄形磁铁的上方放置一个可以自由运动的通电线圈abcd ，最初线圈平面与蹄形磁
铁处于同一竖直面内，则通电线圈运动的情况是（ ）
A 、ab 边转向纸外，cd 边转向纸里，同时向下运动
B 、ab 边转向纸里，cd 边转向纸外，同时向下运动
C、ab边转向纸外，cd边转向纸里，同时向上运动
D、ab边转向纸里，cd边转向纸外，同时向上运动
3、如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线
A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的
作用力的方向是（）A、水平向左B、水平向右C、竖直向下D、竖直向上
4、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
时两根悬线处于紧张状态，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B
D、使电流I反向，适当减小
5、一只电压表读数偏小，为纠正这一偏差，可以采取的措施是（）A、减少表头线圈的匝数
B、增大表内的串联电阻
C、增强表头的永久磁铁的磁性
D、转紧表内的螺旋弹簧
6、如图所示两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为
F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场
力大小变为（）A、F2B、F1-F2C、F1+F2D、2F1-F2
二、填空题：
7、如图所示，通有电流的导体A可以自由运动，判断导线A受安培力的情况及在安培力作用下导线
将如何运动。
8、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，受磁场人作用力是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。
9、长为L的水平通电直导线放在倾角为θ的光滑的斜面上，并处在磁感应强度为B的匀强磁场中，若磁场方向竖直向上，则电流为I1时导线平衡，若磁场方向垂直于斜面向上，则电流为I2时导线平衡，那么样I1：I2= 。
三、计算题：
10、质量为0.5㎏的金属杆在相距1m的水平轨道上与轨道垂直放置金属杆上通以I=4A的恒定电流，如图所示，匀强磁场B垂直轨道平面，金属杆与轨道间动摩擦因数为0.2，求匀强磁场的磁感应强度B的大小。
11、在倾角为α的光滑斜面上，置一通有电流为I、长为L、质量为m的导体棒，如图所示，试求：
⑴欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向
⑵欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，应加匀强磁场B的最小值和方向
12、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，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大？磁场力的最大功率为多大？（不计轨道摩擦）
【能力提升】
1、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线（ ）A 、受到竖直向上的安培力 B 、受到竖直向下的安培力C 、受到由南向北的安培力 D 、受到由西向东的安培力
2、质量为m 的金属导体棒置于倾角为θ 的导轨上，棒与导轨间的摩擦系数为μ，当导体棒通电时，恰能在导轨上静止，如图所示的四个图中标出了四种可能的匀强磁场的磁感应强度 B 的方向，其中棒与导轨间的摩擦力可能为零的是（ ）
3、质量为m 的一段直导线弯成N 形后放到光滑水平面上，具体尺寸如图所示，磁感受应强度为B 的匀强磁场竖直向下穿过N 形导线平面，当N 形导线通入电流I 的瞬间，导线的加速度大小为 。
4、有一金属棒ab ，质量为m ，电阻不计，可在两条轨道上滑动，如图所示，轨道间距为L ，其平面与水平面的夹角为θ，置于垂直于轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B ，金属棒与轨道的最大静磨擦力为其所受重力的k 倍，回路中电源电动势为E ，内阻不计，问：滑动变阻器R 调节在什么阻值范围内，金属棒能静止在轨道上？
§4磁场对通电导线的作用力
【基础练习】
一、选择题：1、B 2、B 3、D 4、AC 5、C 6、A
二、填空题：7、略 8、2 2 0.15 9、:1θcos
三、计算题：
10、0.25T 11、垂直于斜面向上，IL mg B αsin =
； 水平向左，IL mg B = 12、55T 1.1×107W
【能力提升】
1、A
2、AC
3、m BIl /2
4、()k m g EBL +θsin ≤R ≤()k m g EBL -θsin。