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1、第第 1 讲讲 探究磁场对电流的作用探究磁场对电流的作用目标定位 1.知道安培力的定义，理解并熟练应用安培力的计算公式 FILBsin.2.掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的方向.3.知道电流表的基本构造和基本原理.4.通过观察实验现象，体会控制变量法在科学研究中的作用一、安培力1物理学将磁场对电流的作用力称为安培力2安培力的大小：在匀强磁场中，当通电直导线与磁场方向垂直时，通电直导线所受的安培力 F 最大，等于磁感应强度 B、电流 I 和导线长度 L 的乘积，即 FILB，安培力的单位为 N.3安培力的方向左手定则：如图 1 所示，伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内让磁
2、感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电直导线在磁场中所受安培力的方向图 1二、安培力就在你身边1电动机(1)电动机是利用安培力使通电线圈转动，将电能转化为机械能的重要装置电动机有直流电动机和交流电动机，交流电动机还可分为单相交流电动机和三相交流电动机(2)原理：如图 2 所示，当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向向下，左边线框受到的安培力方向向上，在安培力作用下线框转动起来图 22电流计(1)构造：如图 3 所示.图 3(2)电流计最基本的组成部分是磁铁 A 和放在磁铁两极之间的缠绕着线圈并可转动的铝框B，如图所示，铝框的转轴上装有指针 C 和游丝 D.(3)
3、原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，从而使游丝扭转形变，阻碍线圈的转动两种作用平衡时，指针便停留在某一刻度电流越大，指针的偏转越大，所以通过指针的偏转角度便可知道电流的大小.一、安培力的方向1安培力的方向既与磁场方向垂直，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，而是斜穿过手心特别提醒 FI，FB，但 B 与 I 不一定垂直例 1 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向答案 如图所示解析 无论 B、I 是否垂直，安
4、培力总是垂直于 B 与 I 决定的平面，且满足左手定则二、安培力的大小1对安培力 FILBsin 的理解安培力大小的计算公式 FILBsin， 为磁感应强度方向与导线方向的夹角(1)当 90，即 B 与 I 垂直时，FILB.(2)当 0，即 B 与 I 平行时，F0.2当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度 L，等于连接两端点直线的长度(如图 4 所示)；相应的电流沿 L 由始端流向末端图 4例 2 长度为 L、通有电流为 I 的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为 B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是( )答案 A解析 A 图中，导线不和磁场
5、垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，故 FILBcos，A正确，B 图中，导线和磁场方向垂直，故 FILB，B 错误；C 图中导线和磁场方向垂直，故 FILB，C 错误；D 图中导线和磁场方向垂直，故 FILB，D 错误例 3 如图 5 所示，一段导线 abcd 位于磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段 ab、bc 和 cd 的长度均为 L，且abcbcd135.流经导线的电流为 I，方向如图中箭头所示导线段 abcd 所受到的磁场的作用力的合力( )图 5A方向沿纸面向上，大小为(1)ILB2B方向沿纸面向上，大小为(1)ILB2C方向沿纸面向下，大小为
6、(1)ILB2D方向沿纸面向下，大小为(1)ILB2答案 A解析 导线段 abcd 的有效长度为线段 ad，由几何知识知 Lad(1)L，故线段 abcd 所受2磁场力的合力大小 FILadB(1)ILB，导线有效长度的电流方向为 ad，据左手定则可2以确定导线所受合力方向竖直向上，故 A 项正确三、安培力作用下的物体平衡例 4 如图 6 所示，在与水平方向夹角 为 60的光滑金属导轨间有一电源，在相距 1m 的平行导轨上放一质量为 m0.3kg 的金属棒 ab，通以从 ba，I3A 的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止求：(1)匀强磁场磁感应强度的大小；(2)ab 棒对导轨压力的大小
7、(g10m/s2)图 6答案 (1)1.73T (2)6N解析 此类问题是关于安培力的综合问题，处理此问题仍需沿用力学思路和方法，只不过多考虑一个安培力而已画出导体棒的受力分析图，一般先画出侧视图，再利用共点力平衡条件求解此问题金属棒 ab 中电流方向由 ba，它所受安培力水平向右，它还受竖直向下的重力，垂直于斜面向上的支持力，三力合力为零，由此可以求出安培力，从而求出磁感应强度 B，再求出ab 对导轨的压力(1)受力分析如图所示，ab 棒静止，沿斜面方向受力平衡，则 mgsinILBcos.BT1.73T.mgtan60IL0.3 10 33 1(2)设导轨对 ab 棒的支持力为 N，由牛顿
8、第三定律得，ab 棒对导轨的压力大小为：NNN6N.mgcos600.3 1012借题发挥 有些同学在处理此类问题时常常感到比较困难，原因是空间观念不强，对磁场方向、电流方向、安培力方向的关系分辨不清，这时可由立体图画出正视图、侧视图或俯视图，则三者之间的关系就一目了然了例如本题画出侧视图，不但磁感应强度、电流、安培力三者方向关系确定了，安培力、重力、支持力的关系也清楚了针对训练 如图 7 所示，用两根轻细金属丝将质量为 m、长为 l 的金属棒 ab 悬挂在 c、d 两处，置于匀强磁场内当棒中通以从 a 到 b 的电流 I 后，两悬线偏离竖直方向 角而处于平衡状态为了使棒平衡在该位置上，所需的
9、磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( )图 7A.tan，竖直向上mgIlB.tan，竖直向下mgIlC.sin，平行悬线向下mgIlD.sin，平行悬线向上mgIl答案 D解析 要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力的最小值为Fminmgsin，即 IlBminmgsin，得 Bminsin，方向应平行于悬线向上故选 D.mgIl安培力的方向1如图 8 所示，其中 A、B 图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断磁场方向C、D 图已知磁场方向及其对电流作用力的方向，试判断电流方向图 8答案 A 图磁
10、场方向垂直纸面向外；B 图磁场方向在纸面内垂直 F 向下；C、D 图电流方向均垂直于纸面向里安培力的大小2如图 9 所示在匀强磁场中有下列各种形状的通电导线，电流为 I，磁感应强度为 B，求各导线所受的安培力的大小图 9答案 AILBcos BILB C.ILB D2IRB E02安培力作用下的物体平衡3如图 10 所示，光滑导轨与水平面成 角，导轨宽 L.有大小为 B 的匀强磁场，方向垂直导轨面，金属杆长为 L，质量为 m，水平放在导轨上当回路中通过电流时，金属杆正好能静止求：电流的大小为多大？磁感应强度的方向如何？图 10答案 方向垂直导轨面向上mgsinBL解析 在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系因为 B 垂直轨道面，又金属杆处于静止状态，所以 F 必沿斜面向上，由左手定则知，B 垂直轨道面向上大小满足 ILBmgsin，I.mgsinBL
