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1、第二第二节磁磁场对通通电导线的作用的作用安培力安培力 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第二二节节磁磁场场对对通通电电导导线线的的作作用用安安培培力力课前自主学案课前自主学案课标定位定位学学习目目标：1.通通过实验探探究究的的方方法法知知道道安安培培力力大大小的决定因素小的决定因素2理解并掌握安培力的理解并掌握安培力的计算公式算公式FILB.3知知道道安安培培力力的的概概念念，会会用用左左手手定定则判判定定安安培培力的方向力的方向4了解了解电动机、磁机、磁电式式电流表的构造及原理流表的构造及原理重点重点难点：安培力大小的点：安培力大小的实验探究及安培力方
2、向探究及安培力方向的判断的判断课前自主学案课前自主学案一、安培力一、安培力1探究影响通探究影响通电导线受力的因素受力的因素(1)将将一一根根_水水平平悬挂挂在在磁磁铁的的两两极极间，导线的方向与磁的方向与磁场的方向的方向_(2)控制控制变量法量法保保持持磁磁场中中直直导线的的长度度不不变，改改变_，通，通过观察察_大小来比大小来比较磁磁场力大小力大小保持保持电流不流不变，改，改变磁磁场中中_，通通过观察直察直导线_大小来比大小来比较磁磁场力大小力大小直直导线垂直垂直电流大小流大小弹簧簧测力力计蹄形磁体个数蹄形磁体个数受力受力(3)结论：通通电直直导线与与磁磁场_时，磁磁场对通通电导线作作用用力
3、力的的大大小小与与_和和_都都成成正比正比2安培力的大小安培力的大小(1)通通电导线跟磁跟磁场垂直垂直时：安培力最大，：安培力最大，F_.(2)通通电导线跟磁跟磁场平行平行时：安培力最小，：安培力最小，F_.3安培力的方向安培力的方向(1)左手定左手定则：伸出左手，四指并：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让_垂直穿垂直穿过手心，四指指向手心，四指指向_方向，方向，则大大拇指所指方向就是拇指所指方向就是_所受安培力的方向所受安培力的方向.方向垂直方向垂直导线长度度电流大小流大小ILB0磁感磁感线电流流通通电
4、导线(2)通通电导线在在磁磁场中中受受到到的的安安培培力力方方向向，既既与与_垂垂直直，又又与与_垂垂直直，即即垂垂直直于于_和和_所确定的平面所确定的平面二、二、电动机机安培力的重要安培力的重要应用用1构构造造：由由磁磁场(磁磁体体)、_、_、_及及电源源组成成2原理：原理：(图见教材教材P87)电流从滑流从滑环A流入流入时，从，从滑滑环B流出，滑流出，滑环起一个起一个_的作用，当的作用，当线圈圈通通电后，由于受到后，由于受到_的作用，的作用，线圈在磁圈在磁场中中旋旋转起来起来电流方向流方向磁磁场方向方向电流方向流方向磁磁场方向方向转动线圈圈滑滑环电刷刷换向器向器安培力安培力核心要点突破核心
5、要点突破一、安培力大小的一、安培力大小的计算算1公公式式FILB中中L指指的的是是“有有效效长度度”当当B与与I垂垂直直时，F最最大大，FILB；当当B与与I平平行行时，F0.2弯曲弯曲导线的有效的有效长度度L，等于，等于连接两端点直接两端点直线的的长度度(如如图321)；相；相应的的电流沿流沿L由始端流由始端流向末端向末端图3213若磁若磁场和和电流成流成角角时，如，如图322所示所示可可以以将将磁磁感感应强强度度B正正交交分分解解成成BBsin和和BBcos，而，而B对电流是没有作用的流是没有作用的FILBILBsin，即，即FILBsin.图322特特别提提醒醒：(1)公公式式FILBs
6、in中中是是B和和I方方向向的的夹角角，不不能能盲盲目目应用用题目目中中所所给的的夹角角，要要根据具体情况根据具体情况进行分析行分析(2)公公式式FIBLsin中中的的Lsin也也可可以以理理解解为垂垂直于磁直于磁场方向的方向的“有效有效长度度”(3)用公式用公式计算安培力适用于算安培力适用于电流流处于匀于匀强强磁磁场中中即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)1一一根根长为0.2 m、电流流为2 A的的通通电导线，放放在在磁磁感感应强强度度为0.5 T的的匀匀强强磁磁场中中，受受到到磁磁场力力的的大大小可能是小可能是()A0.4 NB0.2 NC0.1 N D0 N解解析析：选BCD
7、.据据安安培培力力的的定定义，当当磁磁感感应强强度度B与与通通电电流流I方方向向垂垂直直时，磁磁场力力有有最最大大值为FmBIL0.520.2 N0.2 N.当两者方向平行当两者方向平行时，磁，磁场力有最小力有最小值为0 N.随着二者方向随着二者方向夹角的不同，磁角的不同，磁场力大小可能在力大小可能在0 N与与0.2 N之之间取取值二、安培力方向的判断二、安培力方向的判断1安安培培力力的的方方向向总是是垂垂直直于于磁磁场方方向向和和电流流方方向向所所决决定定的的平平面面，在在判判断断安安培培力力方方向向时首首先先确确定定磁磁场和和电流流所所确确定定的的平平面面，从从而而判判断断出出安安培培力力
8、的的方方向向在在哪哪一一条条直直线上上，然然后后再再根根据据左左手手定定则判断出安培力的具体方向判断出安培力的具体方向2已已知知I、B的的方方向向，可可惟惟一一确确定定F的的方方向向；已已知知F、B的的方方向向，且且导线的的位位置置确确定定时，可可惟惟一一确确定定I的的方方向向；已已知知F、I的的方方向向时，磁磁感感应强强度度B的方向不能惟一确定的方向不能惟一确定3由由于于B、I、F的的方方向向关关系系在在三三维立立体体空空间中中，所所以以解解决决该类问题时，应具具有有较好好的的空空间想想象象力力如如果果是是在在立立体体图中中，还要要善善于于把把立立体体图转换成成平面平面图4判判断断通通电导线
9、或或线圈圈在在安安培培力力作作用用下下的的运运动方方向的几种方法向的几种方法(1)电流元分析法：把整段流元分析法：把整段电流分成很多小段直流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个流，其中每一小段就是一个电流元先用左手流元先用左手定定则判断出每小段判断出每小段电流元受到的安培力的方向，流元受到的安培力的方向，再判断整段再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定流所受安培力的方向，从而确定导线的运的运动方向方向(2)特特殊殊位位置置分分析析法法：根根据据通通电导线在在特特殊殊位位置置所所受受安安培培力力的的方方向向，判判断断其其运运动方方向向，然然后推广到一般位置后推广到一般位置(3)等等效效分
10、分析析法法：环形形电流流可可等等效效为小小磁磁针，通通电螺螺线管管可可等等效效为条条形形磁磁铁，其其南南、北北极极由安培定由安培定则判定判定5分分析析通通电导线在在安安培培力力作作用用下下运运动情情况况的的一一般步般步骤(1)画出通画出通电导线所在所在处的磁感的磁感线方向及分布情况；方向及分布情况；(2)用左手定用左手定则确定各段通确定各段通电导线所受安培力；所受安培力；(3)据初速度方向据初速度方向结合牛合牛顿运运动定律确定定律确定导线的运的运动情况情况特特别提提醒醒：(1)在在F、I、B三三个个物物理理量量中中，F与与I、F与与B一定垂直，但一定垂直，但B与与I不一定垂直不一定垂直(2)判
11、断通判断通电线圈在磁圈在磁场中的中的转动情况，情况，应找准具找准具有有对称关系的特殊位置的称关系的特殊位置的电流元流元即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2.通通电矩矩形形导线框框abcd与与无无限限长通通电直直导线MN在在同同一一平平面面内内，电流流方方向向如如图323所所示示，ab与与MN平平行行关关于于MN的的磁磁场对线框框的的作作用用，下下列列叙叙述述中中正正确确的的是是()A线框有两条框有两条边所受的安培力的方向相同所受的安培力的方向相同B线框有两条框有两条边所受的安培力大小相等所受的安培力大小相等C线框受安培力的合力向左框受安培力的合力向左Dcd边所受安培力所受安培力对
12、ab边的力矩不的力矩不为零零图323解解析析：选BC.通通电矩矩形形线框框abcd在在无无限限长直直通通电导线形形成成的的磁磁场中中，受受到到磁磁场力力的的作作用用，对于于ad边和和bc边，所所在在的的磁磁场相相同同，但但电流流方方向向相相反反，所所以以ad和和bc边所所受受磁磁场力力(安安培培力力)大大小小相相等等，方方向向相相反反，即即ad边和和bc边所所受受合合力力为零零而而对于于ab和和cd两两条条边，由由于于在在磁磁场中中，离离长直直导线的的位位置置不不同同，ab边近近且且由由左左手手定定则判判断断受受力力向向左左， cd边远且且由由左左手手定定则判判断断受受力力向向右右，所所以以a
13、b边、cd边受合力方向向左，故受合力方向向左，故B、C选项正确正确三、安培力作用下的物体平衡三、安培力作用下的物体平衡1有有安安培培力力参参与与的的物物体体平平衡衡，此此平平衡衡与与前前面面所所讲的的物物体体平平衡衡一一样，也也是是利利用用物物体体平平衡衡条条件件解解题只是多了一个安培力而已只是多了一个安培力而已2与与闭合合电路路欧欧姆姆定定律律相相结合合的的题目目，主主要要应用：用：(1)闭合合电路欧姆定律；路欧姆定律；(2)求安培力用公式求安培力用公式FBIL；(3)物体平衡条件物体平衡条件3在在安安培培力力作作用用下下的的物物体体平平衡衡的的解解题步步骤和和前前面面我我们学学习的的共共点
14、点力力平平衡衡相相似似，一一般般也也是是先先进行行受受力力分分析析，再再根根据据共共点点力力平平衡衡的的条条件件列列出出平平衡衡方方程程其其中中重重要要的的是是在在受受力力分分析析过程程中中不不要漏掉了安培力要漏掉了安培力即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)3.如如图图324所所示示，在在倾倾角角为为的的光光滑滑斜斜面面上上，垂垂直直纸纸面面放放置置一一根根长长为为L、质质量量为为m的的直直导导体体棒棒，在在导导体体棒棒中中的的电电流流I垂垂直直纸纸面面向向里里时时，欲欲使使导导体体棒棒静静止止在在斜斜面面上上，下下列列外外加加匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度B的大小和方向
15、正确的是的大小和方向正确的是()图324课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一安培力大小的安培力大小的计算算例例例例1 1 如如图325所所示示，导线abc为垂垂直直折折线，其其中中电流流为I，abbcL，导线所所在在的的平平面面与与匀匀强强磁磁场垂垂直直，匀匀强强磁磁场的的磁磁感感应强强度度为B，求求导线abc所受安培力的大小和方向所受安培力的大小和方向图325【思思路路点点拨】利利用用FILB可可以以计算算安安培培力的大小力的大小【规律律总结】对安安培培力力公公式式FBILsin的的正正确确理理解解是是分分析析的的关关键本本题中中既既可可分分段段求求解解，然后求合力，又可采用等效方法然后求合
16、力，又可采用等效方法进行行计算算变变式式训训练练1将将长长为为1 m的的导导线线ac从从中中点点b折折成成如如图图326所所示示的的形形状状，放放入入B0.08 T的的匀匀强强磁磁场场中中，abc平平面面与与磁磁场场垂垂直直若若在在导导线线abc中中通通入入25 A的的直直流流电电，则则整整个个导导线线所所受受安安培培力力大大小小为为_N.图326类型二类型二安培力方向的判断安培力方向的判断例例例例2 2 如如图327所所示示，一一金金属属直直杆杆MN两两端端接接有有导线，悬挂挂于于线圈圈上上方方，MN与与线圈圈轴线均均处于于竖直直平平面面内内，为使使MN垂垂直直纸面面向向外外运运动，可以可以
17、()图327A将将a、c端接在端接在电源正极，源正极，b、d端接在端接在电源源负极极B将将b、d端接在端接在电源正极，源正极，a、c端接在端接在电源源负极极C将将a、d端接在端接在电源正极，源正极，b、c端接在端接在电源源负极极D将将a、c端接在交流端接在交流电源的一端，源的一端，b、d端接在交端接在交流流电源的另一端源的另一端【思路点思路点拨】磁磁场的方向、的方向、电流的方向、安培流的方向、安培力的方向遵守左手定力的方向遵守左手定则，电流的磁流的磁场用安培定用安培定则判断判断【精精讲精精析析】要要求求直直杆杆MN垂垂直直纸面面向向外外运运动，把把直直杆杆所所在在处的的磁磁场方方向向和和直直杆
18、杆中中电流流画画出出来来，得得A、B正正确确若若使使a、c两两端端(或或b、d两两端端)的的电势相相对于于另另一一端端b、d(或或a、c)的的电势的的高高低低做做同同步步变化化，线圈圈磁磁场与与电流流方方向向的的关关系系跟上述两种情况一跟上述两种情况一样，故，故D也正确也正确【答案答案】ABD【规律律总结】安培定安培定则、左手定、左手定则往往同往往同时应用用应特特别注意，安培定注意，安培定则是判断是判断电流的磁流的磁场方向，又称右手螺旋定方向，又称右手螺旋定则，而左手定，而左手定则是用是用左手判断左手判断电流的受力情况的流的受力情况的变式式训练2在在地地球球赤赤道道上上空空，沿沿东西西方方向向
19、水水平平放放置一根通以由西向置一根通以由西向东的直的直线电流，流，则此此导线()A受到受到竖直向上的安培力直向上的安培力B受到受到竖直向下的安培力直向下的安培力C受到由南向北的安培力受到由南向北的安培力D受到由西向受到由西向东的安培力的安培力解析：解析：选A.地球赤道上空的磁地球赤道上空的磁场方向由南向北与方向由南向北与地面方向平行，由左手定地面方向平行，由左手定则可判断可判断导线受到受到竖直直向上的安培力向上的安培力类型三类型三安培力作用下的平衡问题安培力作用下的平衡问题例例例例3 3 质量量为m0.02 kg的的通通电细杆杆ab置置于于倾角角为37的的平平行行放放置置的的导轨上上，导轨的的
20、宽度度d0.2 m，杆杆ab与与导轨间的的动摩摩擦擦因因数数0.4，磁磁感感应强强度度B2 T的的匀匀强强磁磁场与与导轨平平面面垂垂直直且且方方向向向向下下，如如图328所所示示现调节滑滑动变阻阻器器的的触触头，试求求出出为使使杆杆ab静静止止不不动，通通过ab杆的杆的电流范流范围为多少？多少？图328【思思路路点点拨】 先先对ab进行行正正确确受受力力分分析析，根根据据平平衡衡条条件件求求安安培培力力的的最最大大值、最最小小值，可确定可确定电流的范流的范围【自自主主解解答答】杆杆ab中中的的电流流为a到到b，所所受受的的安安培培力力方方向向平平行行于于导轨向向上上当当电流流较大大时，导体体有
21、有向向上上的的运运动趋势，所所受受静静摩摩擦擦力力向向下下；当当静静摩摩擦擦力力达达到到最最大大时，磁磁场力力为最最大大值F1，此此时通通过ab的的电流流最最大大为Imax；同同理理，当当电流流最最小小时，应该是是导体体受受向向上上的的静静摩摩擦擦力，此力，此时的安培力的安培力为F2，电流流为Imin.正正确确地地画画出出两两种种情情况况下下的的受受力力图图329，由由平平衡衡条件列方程求解条件列方程求解根据第一幅受力根据第一幅受力图列式如下：列式如下：F1mgsinf10Nmgcos0f1NF1BImaxd解上述方程得：解上述方程得：Imax0.46 A根根据据第第二二幅幅受受力力图，得得F
22、2f2mgsin0，Nmgcos0，f2N，F2BImind解上述方程得：解上述方程得：Imin0.14 A.图329【答案答案】0.14 AI0.46 A【规律律总结】(1)必必须先先将将立立体体图转换为平平面面图，然然后后对物物体体进行行受受力力分分析析，要要注注意意安安培培力力方方向向的的确确定定最最后后根根据据平平衡衡条条件件或或物物体体的的运运动状状态列出方程列出方程(2)注意静摩擦力可以有不同的方向，因而求解注意静摩擦力可以有不同的方向，因而求解结果是一个范果是一个范围变变式式训训练练3如如图3210所所示示，条条形形磁磁铁放放在在水水平平桌桌面面上上，在在其其正正中中央央的的上上
23、方方固固定定一一根根长直直导线，导线与与磁磁铁垂垂直直，给导线通通以以垂垂直直纸面面向向里里的的电流流，用用N表表示示磁磁铁对桌桌面面的的压力力的的反反作作用用力力，用用f表表示示桌桌面面对磁磁铁的的摩摩擦擦力力，导线中中通通电后后与与通通电前相比前相比较()AN减小，减小，f0BN减小，减小，f0CN增大，增大，f0 DN增大，增大，f0图3210解解析析：选选C.如如图图所所示示，画画出出一一条条通通过过电电流流I处处的的磁磁感感线线，电电流流I处处的的磁磁场场方方向向水水平平向向左左，由由左左手手定定则则知知电电流流I受受安安培培力力方方向向竖竖直直向向上上，根根据据牛牛顿顿第第三三定定律律知知，电电流流对对磁磁铁铁的的作作用用力力方方向向竖竖直直向向下下，所所以以磁磁铁铁对对桌桌面面压压力力增增大大，由由于于磁磁铁铁没没有有相相对对于于桌桌面面的的运运动动趋趋势势，故故桌桌面面对磁铁无摩擦力作用对磁铁无摩擦力作用
