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1、成才之路 物理,路漫漫其修远兮 吾将上下而求索,人教版 选修3-1,磁 场,第三章,4 通电导线在磁场中受到的力,第三章,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发射炮弹的装置电磁炮。电磁炮的炮弹动力摒弃传统的火药，采用电磁力。它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸，当两轨接入电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的速度射出，弹丸体积虽小，但由于初速度特别大，所以具有很大的动能，足以穿透厚钢板。通电导体在磁场中受力与哪些因素有关呢？,安培力,1.概念 把通电导线在磁场中受
2、的力称为安培力。,2安培力的方向 左手定则：如图所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指_，并且都与手掌在同一个_内。让磁感线从_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。,垂直,平面,掌心,电流,拇指,3安培力的大小 (1)公式：F_。 为磁感应强度与通电导线之间的夹角。 (2)说明：A当通电导线与磁感线垂直时，即电流方向与磁感线垂直时，所受的安培力最大：F_。 B当通电导线与磁感线平行时，所受安培力_。,BILsin,BIL,为零,磁电式电流表,1.构造 磁铁、_、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_越大，被测
3、电流就越大。 (2)根据_的方向，可以知道被测电流的方向。,线圈,偏转的角度,线圈偏转,半径,平行,4优、缺点 优点是_高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的_，允许通过的电流很弱。,灵敏度,导线很细,一、安培力方向的判断 1安培力的方向不仅跟磁场方向垂直，还跟电流方向垂直，故安培力的方向垂直于磁场方向与电流方向所构成的平面。在判断安培力方向时，应首先判定这个平面，然后再应用左手定则。 2当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于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，只是磁感线不是垂直进入掌心。 3注意区别安培力的方向和电场力的方向与磁场、电场的方向的关系，安培力的
4、方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行。,特别提醒(1)FI，FB，但B与I不一定垂直。 (2)若已知B、I方向，F方向惟一确定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不惟一。,(大连市普通高中20132014学年高二上学期期末)某同学画的表示磁场B、电流I和安培力F的相互关系如下图所示，其中正确的是( ) 答案：D,解析：左手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向，故选D。,二、安培力大小的计算 1对安培力FILBsin的理解 (1)当B与I垂直时，即sin9
5、01，则FILB；当B与I成角时，FILBsin，是B与I的夹角。 (2)L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图)；相应的等效电流沿L由始端流向末端。,2FILBsin的适用条件 导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线。 3电流在磁场中的受力特点 电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用。当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。,特别提醒(1)公式FILBsin中是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析。 (2)公式FIBLsin中的Lsin也可以理解为垂直
6、于磁场方向的“有效长度”。,三、安培定则与左手定则的区别,四、分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法,特别提醒(1)导体处于非匀强磁场中时，通常用电流元法判断其受力情况。 (2)判断条形磁铁(或小磁针)与环形电流间的相互作用时，通常选择等效法。,如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后，线圈的运动情况是( ) A线圈向左运动 B线圈向右运动 C从上往下看顺时针转动 D从上往下看逆时针转动 答案：A,解析：方法一：电流元法。首先将圆形线圈分成很多小段，每一段可看做一直线电流，取其中上、下两小段分析，其截面图和受安
7、培力情况如图甲所示。根据对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。只有选项A正确。,方法二：等效法。将环形电流等效成一条形磁铁，如图乙所示，据异名磁极相吸引知，线圈将向左运动，选A。也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流，根据结论“同向电流相吸引，异向电流相排斥”。也可判断出线圈向左运动，选A。,通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图所示电流时，通电直导线A受到水平向_(填“左”或“右”)的安培力作用。当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受到的安培力方向水平向_。(填“左”或“右”),安培力方向的判断,解析：利用定培定则先判断出B产生
8、的磁场方向在导线环外部是垂直纸面向里的，再利用左手定则判定直导线A受到的安培力的方向是水平向右的。当A、B中电流同时改变方向时，根据安培定则，导线环外部磁场方向是垂直纸面向外的，再利用左手定则可判断通电直导线受到的安培力方向仍向右。 答案：右 右,画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。 答案：,安培力作用下导体的平衡,解析：杆ab中的电流为a到b，所受的安培力方向平行于导轨向上。当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下；当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值F1，此时通过ab的电流最大为Imax；同理，当电流最小时，应该是导体受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为F2，电流为Imin
9、。 正确地画出两种情况下的受力图，由平衡条件列方程求解。,根据第一幅受力图列式如下：F1mgsinF10 FNmgcos0，F1FN，F1BImaxd 解上述方程得：Imax0.46A 根据第二幅受力图，F2F2mgsin0， FNmgcos0，F2FN，F2BImind. 解上述方程得：Imin0.14A。 答案：0.14AI0.46A,点评：(1)必须先将立体图转换为平面图，然后对物体受力分析，要注意安培力方向的确定。最后根据平衡条件或物体的运动状态列出方程。 (2)注意静摩擦力可能有不同的方向，因而求解结果是一个范围。,答案：BC,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
10、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，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,安培力作用下导体的运动问题,解析：方法一：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L2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该环形电流L2的磁场方向，由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1等效成小磁针，其N极应由纸里转为向上，所以从左向右看顺时针转动。 方法二：利用结论法(凡转动，必靠近)。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：从左向右看顺时针转动。,方法三：
11、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内，因此从左向右看线圈L1顺时针转动。 答案：B,把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它下端刚好跟杯中的水银面接触，并使它组成如图所示的电路，当开关S接通后将看到的现象是( ) A弹簧向上收缩 B弹簧被拉长 C弹簧上下跳动 D弹簧仍静止不动 答案：C,解析：通电后，弹簧的每一个圈都相当一个环形电流，且各线圈都通以相同方向的电流，根据同向电流相互吸引，弹簧收缩，下端脱离水
12、银面，使电路断开，电路断开后，弹簧中的电流消失，磁场作用失去，弹簧在弹力和自身重力作用下下落，于是电路又接通，弹簧又收缩如此周而复始，形成弹簧上下跳动。正确答案为C。,易错点：对基本概念、规律掌握不牢导致错误 案例：如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B11T。位于纸面内的细直导线，长L1m，通有I1A的恒定电流。当导线与B1成60夹角时，发现其受到的安培力为零。则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的大小可能为( ),易错分析：很多同学只选C，认为合磁感应强度为零导线才不受安培力的作用，漏选B、D。出现错误的主要原因是不清楚当合磁场的磁感应强度沿导线方向时导线也不受安培力。 正确答案：BCD,
