第一章安培力與洛倫茲力第1節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用力【自學(xué)梳理】1.僅上下交換磁極的位置以改變磁場方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？2.僅改變導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？3.分析實驗現(xiàn)象，通電導(dǎo)線受到的安倍力方向與磁場方向是否共線，安倍力的方向與磁場方向電流方向有怎樣的關(guān)系？新課引入問題：為什么“心”會轉(zhuǎn)動？其中會有怎么樣的規(guī)律呢？一、知識回顧如何描述磁場強弱？在必修課中，我們已經(jīng)知道了磁場對通電導(dǎo)線有作用力，并從這個現(xiàn)象入手定義了物理量——磁感應(yīng)強度B幾種常見的磁場(1)條形磁體和蹄形磁體的磁場(2)電流的磁場

直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場安培定則

立體圖

橫截面圖

縱截面圖

1.上下交換磁極的位置以改變磁場的方向，觀察導(dǎo)體棒受力方向是否改變。組裝好器材，進行實驗，觀察導(dǎo)體棒受力方向。2.改變導(dǎo)體棒中電流的方向，觀察受力方向是否改變。

眾多實驗表明：通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向與電流方向、磁感應(yīng)強度的方向都垂直二、實驗探究實驗結(jié)果分析試畫出下述兩實驗結(jié)果的正視圖：BBIFIF①改變磁場方向②改變電流方向IBFIBFIBF你能用簡潔的方法表達F、B、I方向的關(guān)系？ⅠNSBFF、B、I方向關(guān)系安培力方向既與電流方向垂直又與磁場方向垂直，即垂直于電流和磁場所在的平面左手定則：伸開左手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感應(yīng)線從掌心進入,并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向遵循左手定則問題：如圖所示，兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會通過磁場發(fā)生相互作用請使用剛學(xué)過的知識解釋本實驗結(jié)果。同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。結(jié)論:FFF同向電流F反向電流FIBFIBααBBIFαBI30°FFIIIBBB【例題】安培力方向的判斷回顧導(dǎo)入：你知道我的“心”為什么在動了嗎？利用左手定則知道左邊電流受到安培力向里，右邊的向外，不斷變換，我的“心”就動起來了。（1）在勻強磁場中，在通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直的情況下，導(dǎo)線所受安培力F等于磁感應(yīng)強度B、電流I和導(dǎo)線的長度L三者的乘積。問題:如果通電導(dǎo)線與磁場方向既不平行也不垂直呢？即：（2）平行時：BθI三、安培力的大小IB把磁感應(yīng)強度B分解為兩個分量：一個分量與導(dǎo)線垂直

B1=Bsinθ另一分量與導(dǎo)線平行

B2=Bcosθ平行于導(dǎo)線的分量B2不對通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B1決定即F=ILB1F=ILBsinθθB2B1將B1=Bsinθ代入得通電直導(dǎo)線與磁場方向不垂直的情況F依然垂直于BI組成的平面公式：

F=ILBsinθθ表示磁場方向與電流方向間的夾角注：此公式僅適用于勻強磁場安培力的大小問題1:若B與I不垂直時，F(xiàn)安與B和I方向關(guān)系可以概括為哪句話？這時左手定則對磁感應(yīng)線有何要求？F一定與B垂直，一定與I垂直。但B與I不一定垂直。問題2：F、B、I一定兩兩垂直嗎？安培力的方向既垂直于電流方向，也垂直于磁場方向，即安培力的方向垂直于電流I和磁場B所決定的平面。磁感線穿過手心，但不需要與手心垂直。問題3：公式F＝IlBsinθ中l(wèi)指的是什么?l指的是導(dǎo)線在磁場中的“有效長度”，彎曲導(dǎo)線的有效長度l，等于連接兩端點直線的長度(如圖所示)；相應(yīng)的電流沿導(dǎo)線由始端流向末端.推論：對任意形狀的閉合平面線圈，當線圈平面與磁場方向垂直時，線圈的有效長度l＝0，故通電后線圈在勻強磁場中所受安培力的矢量和一定為零，如圖所示.A[例2]

如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導(dǎo)線abcd所受到的磁場的作用力的合力A．方向垂直bc向上，大小為(＋1)ILBB．方向垂直bc向上，大小為(－1)ILBC．方向垂直bc向下，大小為(＋1)ILBD．方向垂直bc向下，大小為(－1)ILB【針對訓(xùn)練2】長度為L、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強磁場中，電流方向與磁場方向分別如圖所示，已知磁感應(yīng)強度均為B，對于下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小計算正確的是A【例3】將長1m的導(dǎo)線ac從中點b折成如圖所示的形狀，放于B＝0.08T的勻強磁場中，abc平面與磁場垂直.若在導(dǎo)線abc中通入I＝25A的直流電，則整個導(dǎo)線所受安培力的大小為B【例4】如圖所示，在勻強磁場中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流為I，磁感應(yīng)強度為B，則各導(dǎo)線受到的安培力分別為：FA＝_________，F(xiàn)B＝______，F(xiàn)C＝______，F(xiàn)D＝_____.BILcosα0˙××××××˙˙˙˙˙自由固定FF

結(jié)論：兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢四、安培力作用下導(dǎo)體的運動問題討論：兩平行導(dǎo)線圓環(huán)中通有如圖所示的電流時，圓環(huán)間的相互作用力方向如何？

討論：L2固定且豎直放置，L1與L2彼此絕緣且可自由轉(zhuǎn)動，自左向右看，L1怎樣轉(zhuǎn)動？【例1】兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中ab固定，cd可以自由活動，當通以如圖所示電流后，cd導(dǎo)線將A.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近abB.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開abC.順時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開abD.逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近ababcdD【例2】如圖所示，在條形磁鐵N極附近懸掛一個線圈，線圈與水平磁鐵位于同一平面內(nèi)，當線圈中電流沿圖示方向流動時，將會出現(xiàn)A．線圈僅作平動，不轉(zhuǎn)動B．線圈僅作轉(zhuǎn)動，不平動C．從上往下看，線圈做順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近磁鐵D．從上往下看，線圈做逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近磁鐵C【針對訓(xùn)練3】如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動，則接通開關(guān)S的瞬間A.A端向上運動，B端向下運動，懸線張力不變B.A端向下運動，B端向上運動，懸線張力不變C.A端向紙外運動，B端向紙內(nèi)運動，懸線張力變小D.A端向紙內(nèi)運動，B端向紙外運動，懸線張力變大D解析當開關(guān)S接通時，根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如圖所示，由左手定則知通電直導(dǎo)線此時A端受力指向紙內(nèi)，B端受力指向紙外，故導(dǎo)線將轉(zhuǎn)動，由特殊位置法知當導(dǎo)線轉(zhuǎn)到與磁感線垂直時，整個導(dǎo)線受到的磁場力方向豎直向下，故懸線張力變大，D正確。答案D【例4】如圖所示，一條形磁鐵放在水平桌面上，在條形磁鐵的左上方固定一根與磁鐵垂直的長直導(dǎo)線，當導(dǎo)線中通以圖示方向的電流時A．磁鐵對桌面的壓力減小，且受到向左的摩擦力作用B．磁鐵對桌面的壓力減小，且受到向右的摩擦力作用C．磁鐵對桌面的壓力增大，且受到向左的摩擦力作用D．磁鐵對桌面的壓力增大，且受到向右的摩擦力作用C【例5】如圖所示，在同一水平面的兩導(dǎo)軌相互平行，并在豎直向上的磁場中，一根質(zhì)量為3.6kg、有效長度為2m的金屬棒放在導(dǎo)軌上，當金屬棒中的電流為5A時，金屬棒做勻速運動；當金屬棒中的電流增大到8A時，金屬棒能獲得2m/s2的加速度。求磁場的磁感應(yīng)強度大小。安培力作用下導(dǎo)體的運動問題要點歸納不管是電流還是磁體，對通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場來實現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場分布情況，然后結(jié)合左手定則準確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運動，在實際操作過程中，往往采用以下五種方法：電流元法把整段導(dǎo)線分為許多段直電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運動方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立特殊位置法通過轉(zhuǎn)動通電導(dǎo)線到某個便于分析的特殊位置(如轉(zhuǎn)過90°)，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向【例4】質(zhì)量為m＝0.02kg的通電細桿ab置于傾角為θ＝37°的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d＝0.2m，桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，磁感應(yīng)強度B＝2T的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖所示?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的觸頭，為使桿ab靜止不動，求通過ab桿的電流范圍。(g取10m/s2)五、安培力作用下的導(dǎo)體平衡思路點撥(1)首先將立體圖轉(zhuǎn)換成平面圖，對桿受力分析。(2)桿所受摩擦力方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下。(3)桿靜止不動的臨界條件是摩擦力剛好達到最大靜摩擦力?！踞槍τ?xùn)練4】質(zhì)量為m、長度為l的導(dǎo)體棒MN垂直導(dǎo)軌放置且靜止在水平導(dǎo)軌上，通過MN的電流為I，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于電流方向且與導(dǎo)軌平面成θ角斜向下，如圖所示，求棒MN所受支持力FN的大小和摩擦力Ff的大小。要點歸納利用“圖圖轉(zhuǎn)換法”巧解與安培力相關(guān)的問題。1.安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡問題，題目所給出的圖形一般為“立體圖”，如果把物體的受力直接畫在導(dǎo)體棒上，則較為抽象，不利于問題的求解，一般把抽象的立體圖轉(zhuǎn)換為直觀的“平面圖”，即畫出“側(cè)視圖”。2.畫平面圖時應(yīng)準確標明輔助方向，如磁感應(yīng)強度B的方向，電流的方向，導(dǎo)體棒端點的名稱，磁感應(yīng)強度B的方向與平面的夾角，磁感應(yīng)強度B的方向與電流的夾角，線框與水平面或與豎直面之間的夾角等，最后根據(jù)安培力方向一定垂直于電流和磁場所決定的平面的特點準確畫出安培力的方向?！窘滩木毩?xí)與應(yīng)用第3題】如圖所示為電流天平，可以用來測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為l，處于勻強磁場內(nèi)，磁感應(yīng)強度B的方向與線圈平面垂直。當線圈中通過電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡。然后使電流反向，大小不變。這時需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達到新的平衡。(1)導(dǎo)出用n、m、l、I表示磁感應(yīng)強度B的表達式。(2)當n＝9，l＝10.0cm，I＝0.10A，m＝8.78g時，磁感應(yīng)強度是多少？1、磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。鐵芯、線圈和指針是一個整體可以轉(zhuǎn)動。.六、磁電式電流表磁電式電流表最基本的組成部分是磁體和放在磁體兩極之間的線圈。線圈在磁場中受力的情況如圖所示。當電流通過線圈時，導(dǎo)線受到安培力的作用。由左手定則可以判定，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是安裝在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)動時，圖中的螺旋彈簧變形，以反抗線圈的轉(zhuǎn)動。電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的角度