高中物理—安培力

安培力知识点回顾一、磁场1、磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是_____存在。

2、磁体周围空间存在_____；电流周围空间也存在_____。

3、电流周围空间存在磁场，电流是大量运动电荷形成的，所以运动电荷周围空间也有磁场。

静止电荷周围空间没有磁场。

磁场存在于磁体、电流、运动电荷周围的空间。

磁场是物质存在的一种形式。

磁场对磁体、电流都有_____作用【答案】客观；磁场、磁场；磁力二、右手螺旋定则右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向_____，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向【答案】一致三、磁感线为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线．1、疏密表示磁场的________．2、__________表示该点磁场的方向，也就是磁感应强度的方向．3、开闭：是闭合的曲线，在_______由N极至S极，__________由S极至N极．磁线不相切、不相交、不中断。

注意：没有画出磁感线的地方不一定没有磁场．【答案】强弱，每一点切线方向，磁体外部，磁体外部知识点讲解知识点一：安培力、左手定则法国物理学家安德烈-玛丽·安培在奥斯特的发现仅一周之后（1820年9月）就向法国科学院提交了一份更详细的论证报告，论述了两根平行载流直导线之间磁效应产生的吸引力和排斥力。

在这期间安培进行了四个实验，分别验证了两根平行载流直导线之间作用力方向与电流方向的关系、磁力的矢量性、确定了磁力的方向垂直于载流导体以及作用力大小与电流强度和距离的关系。

我们首先研究安培力的方向和哪些因素有关。

实验装置如下图所示，通过观察导体棒的运动方向表示安培力的方向。

问题1：磁场方向与电流受的磁场力方向有什么关系？问题2：改变电流的方向是否会引起磁场力方向改变？通过改变磁场方向和电流方向，我们可到导体棒运动的方向，见下图【思考】对于磁场、电流、安培力的方向关系，你能用简洁的方式表述吗？【概念解析】一、安培力：磁场对________________。

通常称为安培力。

安培力是按照力的______选填“作用效果”或“性质”来命名的【答案】电流的作用力；性质二、左手定则1、判断________________________在磁场中受到的安培力的方向。

伸开左手，使拇指与其他四指垂直且在一个平面内，让________从手心流入，四指指向________________方向，大拇指指向的就是________________方向（即导体受力方向）【答案】通电导线、磁感线、电流、安培力注意：根据力的相互作用原理，如果是磁体对通电导体有力的作用，则通电导体对磁体有反作用力。

两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三定律。

三、电流之间的相互作用1、两导线电流方向相同2、两导线电流方向相反规律：⎫⎬⎭磁极间相互作用：同名相斥，异名相吸相互作用力电流间相互作用：同向相吸，反向相斥【练一练】在图中标出了磁场B的方向、导线中的电流I的方向以及导线所受的磁场力F的方向．其中正确的是（）【难度】★【答案】D一、磁电式电表磁电式电流表即中学物理常用的测量闭合回路电流大小的仪器。

当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈左右两边所受安培力的方向相反，安装在轴上的线圈就会转动。

知识点二：安培力的应用1、电流表的组成永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六个部分组成。

2、工作原理电流表由于蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，因此不管铜电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行。

因此，磁力矩与线圈中电流成正比（与线圈位置无关）。

当铜电线圈转动时，螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏向的角度与电流成正比，故电流表的刻度是均匀的。

当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。

3、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。

二、直流电动机1、基本结构（1）转子：绕在铁芯上的线圈（软铁芯可绕轴转动）（2）定子：两个瓦型永磁体（3）电刷：电刷是与运动件作滑动接触的一种导体。

电刷是用于换向器或滑环上，作为电路连接的滑动接触体。

它的导电，导热以及润滑性能良好，并具有一定的机械强度和抑制换向时火花。

（4）换向器（改变电流方向，使转子能朝一个方向转动）；2、工作原理通电导线在磁场中受到安培力的作用，电动机是将电能转化为机械能的装置如图所示是直流电动机的构造示意图，图中A、B是电刷，E、F是换向器，abcd是线圈（转子），N、S是磁极（定子），它在工作时，线圈转动到与磁感线垂直的位置的瞬间，线圈中的电流断开，但由于惯性，线圈还可以继续转动，转过这个位置后，线圈中的电流方向由于换向器的作用而发生了改变，因而线圈能连续转动下去。

3、常见的直流电动机：大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场课堂练习考点一：左手定则判断导体棒的受力或运动情况1、电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向。

2、等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管。

通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析。

3、利用结论：两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势。

4、转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向。

【例1】如图甲所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的电流时，从上往下观察（）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【难度】★★【答案】C【解析】利用微元法，在导线两侧取两段，根据左手定则判断出安培力的方向，当转过90度时，再根据左手定则判断出安培力的方向，从而确定导线的运动情况．在导线两侧取两小段，由于磁场的方向不和导线垂直，可将磁场进行分解，分析安培力时只考虑垂直导体棒的方向。

左边一小段所受的安培力方向垂直纸面向外，右侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向里，从上往下看，可知导线逆时针转动，当转动90度时，导线所受的安培力方向向下，所以导线的运动情况为：逆时针转动，同时下降．故C正确，A、B、D错误．【例2】如图所示，一条形磁铁放在粗糙水平面上处于静止状态，现在其右方放一与纸面垂直的、通以图示方向电流的通电导线，磁铁仍然静止，则与未放通电导线之前相比，下列说法正确的是（）A．磁铁所受地面的弹力增大B．磁铁所受地面的弹力减小C．磁铁所受地面的摩擦力方向水平向右D．磁铁所受地面的摩擦力方向水平向左【难度】★★ 【答案】AC【解析】直接分析磁铁的受力情况有困难，因为不知道通电导线的磁场对磁铁的磁场力方向，须转换研究对象，分析出通电导线在磁铁的磁场中受到的安培力，再据牛顿第三定律判断磁铁受到的磁场力如图，由平衡条件得知A 、C 选项正确【思考】如果导线刚好在磁铁中间的正上方，磁铁的受力情况如何？【变式训练】1、在图中，标出了磁场B 的方向、通电直导线中电流I 的方向，以及通电直导线所受磁场力F 的方向，其中正确的是（）（多选）【难度】★ 【答案】AC2、如图所示为两根互相平行的通电导线a ﹑b 的横截面图，a ﹑b 的电流方向已在图中标出．那么导线a 中电流产生的磁场的磁感线环绕方向及导线b 所受的磁场力的方向应分别是 （）A ．磁感线顺时针方向，磁场力向左B ．磁感线顺时针方向，磁场力向右C ．磁感线逆时针方向，磁场力向左D ．磁感线逆时针方向，磁场力向右 【难度】★ 【答案】B3、在地球的赤道处有一竖直放置的导线，导线中有自下向上的电流I ，在导线受到地磁场的作用力的方向是 （） A ．向东B ．向南C ．向西D ．向北【难度】★BFI ABFBCD【答案】C4、如图所示，台秤上放一上表面光滑的平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤的示数为F N1．现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图所示，当加上电流后，台秤的示数为F N2，下列说法正确的是（）A．F N1＞F N2，弹簧长度将变短B．F N1＞F N2，弹簧长度将变长C．F N1＝F N2，弹簧长度将变长D．F N1＝F N2，弹簧长度将变短【难度】★★【答案】A5、一新型电磁船的船体上安装了用于产生强磁场的超导线圈，在两船舷之间装有电池，导电的海水在磁场力作用下即可推动该船前进，如图是电磁船的简化原理图，其中MN和PQ是与电池相连的导体棒，MN、PQ、电池与海水构成闭合回路，且与船体绝缘，要使该船水平向左运动，则超导线圈在MNPQ所在区域产生的磁场方向是（）A．竖直向上B．竖直向下C．水平向左D．水平向右【难度】★★【答案】B6、如图所示，一通电导线刚在一通电圆环导线的轴线上，电流方向如图，则通电圆环导线所受的磁场力应为（）A．向右B．向左C．向外D．零【难度】★★【答案】D7、如图所示，一通电圆环导线的一条直径的正上方放一通电直导线，电流方向如图，则通电圆环导线受磁场力而运动的情况是（）A．从左边看去顺时针转动且靠向直导线B．从左边看去逆时针转动且远离直导线C．从左边看去顺时针转动且远离直导线D．从左边看去逆时针转动且靠向直导线【难度】★★【答案】A8、如图所示，一通电直导垂直于通电圆环放置，且偏离圆心一些，则圆环所受磁场力的情况是________【难度】★★【答案】上半边向里，下半边向外挑战自我1、如图所示，一个劲度系数较小的金属弹簧处自由状态，当弹簧中通以图示方向的电流时（）A．纵向收缩，径向膨胀B．纵向伸长，径向收缩C．纵向伸长，径向膨胀D．纵向收缩，径向收缩【难度】★★【答案】A2、通有电流的导线L1、L2处在同一平面（纸面）内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O 转动（O为L2的中心），各自的电流方向如图所示。

下列哪种情况将会发生（）A．因L2不受磁场力的作用，故L2不动B．因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动C．L2绕轴O按顺时针方向转动D．L2绕轴O按逆时针方向转动【难度】★★【答案】D【解析】由右手螺旋定则可知导线L1的上方的磁场的方向为垂直纸面向外，且离导线L1越远的地方，磁场越弱，导线L2上的每一小部分受到的安培力方向均为水平向右，由于O点下方的磁场较强，则所受安培力较大，因此L2绕轴O按逆时针方向转动，D项正确。