第1课 磁场对通电导线的作用力 【知识点播+题型强化】高中化学（人教版2019选择性必修第二册）

1.1磁场磁场对通电导线的作用力对通电导线的作用力第一章 安培力与洛伦兹力电磁轨道炮 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。自然条件下炮弹速度可达近万m/s，射程320km，杀伤能量32兆焦。炮弹的发射是利用电磁系统中电磁场对炮弹导电底座的作用力。炮弹的动力来源：磁场对电流的作用力！磁场对电流的作用力！为了纪念安培，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力安培力。探究安培力的方向与哪些因素有关探究安培力的方向与哪些因素有关l交换磁极的位置，观察受力方向是否改变。l改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。F、B、I 方向关系BIF示意图安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面IBFBBB 与 I 不一定垂直.安培力的方向安培力的方向 左手定则左手定则 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个平面内；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的方向。磁感线四 指大拇指穿过手心电流方向安培力方向FF=0FBIBIBI判定以下通电导线所受安培力的方向典例精析典例精析典例精析典例精析例1在下列四幅图中，能正确标明通电直导线所受安培力F方向的是()BFIBFIBBBIFBI练习：判定以下通电导线所受安培力的方向练习：判定以下通电导线所受安培力的方向30FFIIIBBB通电直导线中的电通电直导线中的电流流环形电流或通电螺环形电流或通电螺线管线管判断电流在磁场中的受判断电流在磁场中的受力方向力方向电流在磁场中电流在磁场中左手定则左手定则作用作用具体情况具体情况具体操作具体操作结果结果内内容容四个手指弯曲的方四个手指弯曲的方向指向电流的环绕向指向电流的环绕方向方向大拇指指向轴线上的大拇指指向轴线上的磁感线方向磁感线方向四个手指弯曲的方向四个手指弯曲的方向表示磁场的方向表示磁场的方向大拇指指向电流的大拇指指向电流的方向方向磁感线垂直穿过掌心，四指磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向指向电流的方向大拇指指向电流所受到的安大拇指指向电流所受到的安培力的方向培力的方向判断电流的磁场方向判断电流的磁场方向安培定则安培定则左手定则和安培定则左手定则和安培定则对比：对比：小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀.画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。【答案】小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀.(多选)(2019江苏高考)如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是()A均向左B均向右Ca的向左，b的向右Da的向右，b的向左CD小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀2如图所示，O为圆心，KN、LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，此时回路()A.将向左平动B将向右平动C将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动DKL边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动D小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀(2021广东选择考)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1I2，电流方向如图所示。下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是()C平行通电导线间是相互吸引还是相互排斥？平行通电导线间是相互吸引还是相互排斥？能否用今天所学知识分析他们之间的作用力能否用今天所学知识分析他们之间的作用力？回顾回顾结论：同向同向电流相互电流相互吸引吸引 反向反向电流相互电流相互排斥排斥思考思考思考题题：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。FFFF实验演示现象对比F=ILB 垂直于磁场垂直于磁场B放置、长为放置、长为L的一段的一段导线，当通过的电，当通过的电流为流为I时，所受的安培力时，所受的安培力F为：为：当磁感应强度当磁感应强度B的方向与导线方向平行时：的方向与导线方向平行时：F0当磁感应强度当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时：的方向与导线方向垂直时：F=ILB思考：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？思考：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？二、安培力的大小：把磁感应强度把磁感应强度B B分解为两个分量：分解为两个分量：B B2 2对通电导线不产生安培力，仅由对通电导线不产生安培力，仅由B B1 1决定安培力：决定安培力：通电直导线与磁场方向通电直导线与磁场方向夹角为夹角为时时垂直分量垂直分量 B1=Bsin平行分量平行分量 B2=BcosIB BB B2 2B B1 1即F=ILB1，将B1=Bsin代入得：F=ILBsin（为B与I之间的夹角）对安培力大小计算公式的深刻理解：公式FILB中L指的是“有效长度”当B与I垂直时，F 最大，FILB；当B与I平行时，F0.弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直接的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端向末端例题.如图所示，质量为m、长为l的导体棒MN电阻为R，初始时静止于光滑平行的水平轨道上，轨道间距也为l，电源电动势为E，内阻不计。匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成角斜向上，开关闭合后导体棒开始运动，则()A导体棒向左运动B开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BElRC开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEl sin RD开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为BElmR典例精析典例精析典例精析典例精析B三、磁电式电流表1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。最基本的是磁铁和线圈。铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。2、电流表的工作原理 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟平面都跟磁感线平行磁感线平行，当电流通过线圈时线圈上跟，当电流通过线圈时线圈上跟线圈线圈轴轴平行平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，矩使线圈发生转动，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转随线圈转动的角度增大而增大，当这种动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩阻碍力矩和和安培力安培力产生的使线圈转动的力矩产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈相平衡时，线圈停止停止转转动动。磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。2、电流表的工作原理【易错辨析】(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。()(2)通电导线在磁场中不一定受安培力。()(3)一通电导线放在磁场某处不受安培力，该处的磁感应强度不一定为零。()(4)通有反方向电流的平行导线相互吸引。()(5)磁电式电流表指针偏转角度与电流大小成正比。()(6)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀强磁场。()小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀1(多选)某地的地磁场的磁感应强度大约是4.0105 T，一根长500 m的导线，电流为10 A，则该导线受到的磁场力可能是()A0B0.1 NC0.3 ND0.4 N【解析】当B与I垂直时，安培力大小为FBIl，知安培力的最大值为F最大BIl410510500 N0.2 N；当B与I平行时，安培力为0，为最小值，则可知安培力的大小范围为：0F0.2 N，A、B正确，C、D错误。【答案】AB.如图是磁电式电流表的部分结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场辐向均匀分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则()A.该磁场是匀强磁场B线圈平面总与磁场方向垂直C线圈将沿逆时针方向转动Da、b导线受到的安培力大小总为IlB小试牛刀小试牛刀小试牛刀小试牛刀D 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。自然条件下炮弹速度可达近万m/s，射程320km，杀伤能量32兆焦。炮弹的发射是利用电磁系统中电磁场对炮弹导电底座的作用力。炮弹的动力来源：磁场对电流的作用力！磁场对电流的作用力！为了纪念安培，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力安培力。安培力的方向安培力的大小：通电导线在磁场中受到的力应用：磁电式电流表判定方法：左手定则特点：总垂直于B和I 确定的平面 构造：原理：F=ILBsin通电线圈受安培力作用而转动极极靴靴线线圈圈安培定则与左手定则的区别安培定则与左手定则的区别安培定则（右手螺旋定则）安培定则（右手螺旋定则）左手定则左手定则应用应用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的受力方向内内容容具体具体情况情况直线电流环形电流或通电螺线管电流在磁场中条件条件大拇指指向电流的方向四指弯曲的方向指向电流的环绕方向磁感线穿过手掌心，四指指向电流方向结果结果四指弯曲的方向表示磁感线的方向大拇指指向轴线上的磁感线方向大拇指指向电流受到的磁场力的方向 一、通电导体运动方向的判断一、通电导体运动方向的判断1.如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N极附近，磁铁的轴线穿过极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈()A向左运动向左运动 B向右运动向右运动 C静止不动静止不动 D无法确定无法确定 A2.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流线可以自由转动，当导线通入图示方向电流 I 时，导线的运动情况是时，导线的运动情况是(从上往下从上往下看看)()A.顺时针方向转动，同时下降顺时针方向转动，同时下降 B.顺时针方向转动，同时上升顺时针方向转动，同时上升 C.逆时针方向转动，同时下降逆时针方向转动，同时下降 D.逆时针方向转动，同时上升逆时针方向转动，同时上升C二、安培力作用下通电导体的平衡二、安培力作用下通电导体的平衡3.质量为质量为 m，长度为，长度为 L 的导体棒的导体棒 MN 垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过过 MN 的电流为的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为，匀强磁场的磁感应强度为 B，垂直于电流方向且与导轨平，垂直于电流方向且与导轨平面成面成 角斜向下，如图所示，求棒角斜向下，如图所示，求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。所受的支持力大小和摩擦力大小。解析：画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对解析：画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN 受力分析，如图所示，受力分析，如图所示，对导体棒对导体棒 MN 由平衡条件得：由平衡条件得：水平方向：水平方向：Ff Fsin 竖直方向：竖直方向：FN Fcos mg安培力安培力 F BIL，所以所以 M所受的支持力所受的支持力 FN BILcos mg所受摩擦力所受摩擦力 Ff BILsin 答案：答案：BILcos mgBILsin 4.如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒 ab悬挂在水平位置上，悬挂在水平位置上，金属棒中通入由金属棒中通入由 a 到到 b 的稳定电流的稳定