1．磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力第一章安培力與洛倫茲力學(xué)習(xí)任務(wù)1．通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)安培力的方向及大小，了解安培力在生產(chǎn)生活中的運(yùn)用，會(huì)用左手定則判斷安培力的方向。2．經(jīng)歷得出安培力、磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流三者方向關(guān)系的過程，體會(huì)歸納推理的方法。經(jīng)歷一般情況下安培力表達(dá)式的得出過程，體會(huì)矢量分析的方法。3．觀察磁電式電流表的結(jié)構(gòu)，知道磁電式電流表的工作原理，體會(huì)物理知識(shí)與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系。關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成1．安培力：通電導(dǎo)線在____中受到的力。2．探究安培力的方向與哪些因素有關(guān)(1)磁場(chǎng)方向。(2)電流方向。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：安培力的方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都____。知識(shí)點(diǎn)一安培力的方向磁場(chǎng)垂直3．左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心____進(jìn)入，并使四指指向__________，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。垂直電流的方向利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。問題1

上下交換磁極的位置以改變磁場(chǎng)方向，細(xì)銅桿受力的方向是否改變？提示：細(xì)銅桿受力的方向改變。問題2

改變細(xì)銅桿中電流的方向，細(xì)銅桿受力的方向是否改變？提示：細(xì)銅桿受力的方向改變。問題3

仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向有怎樣的關(guān)系？提示：安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的關(guān)系滿足左手定則。1．安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I的關(guān)系。(1)已知I、B的方向，可唯一確定F的方向。(2)已知F、B的方向，且導(dǎo)線的位置確定時(shí)，可唯一確定I的方向。(3)已知F、I的方向時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能唯一確定。2．安培定則(右手螺旋定則)與左手定則的區(qū)別。名稱安培定則(右手螺旋定則)左手定則用途判斷電流的磁場(chǎng)方向判斷電流在磁場(chǎng)中的受力方向適用對(duì)象直線電流環(huán)形電流或通電螺線管應(yīng)用方法拇指指向電流的方向四指彎曲的方向表示電流的環(huán)繞方向結(jié)果四指彎曲的方向表示磁感線的方向拇指指向軸線上磁感線的方向3．兩平行通電直導(dǎo)線的相互作用規(guī)律：同向電流互相吸引，反向電流互相排斥?！镜淅?】

(左手定則的應(yīng)用)下列四圖中靜止導(dǎo)體棒所受安培力F的方向描述正確的是(

)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌水平面向上，安培力F水平向左磁場(chǎng)與導(dǎo)軌水平面成θ角斜向右上方，安培力F水平向右A．B．磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌斜面向上，安培力F平行于斜面向上磁場(chǎng)沿懸線斜向右下方，安培力F沿y軸正方向C．D．√C

[磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌水平面向上，根據(jù)左手定則可知，安培力F水平向右，故A錯(cuò)誤；磁場(chǎng)與導(dǎo)軌水平面成θ角斜向右上方，根據(jù)左手定則可知，安培力F斜向右下方，與豎直方向夾角為θ，故B錯(cuò)誤；磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌斜面向上，根據(jù)左手定則可知，安培力F平行于斜面向上，故C正確；磁場(chǎng)沿懸線斜向右下方，安培力F斜向上方，方向與y軸成θ角，故D錯(cuò)誤。故選C。]規(guī)律方法

判斷安培力方向常見的兩類問題[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向東方向的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線(

)A．受到豎直向上的安培力B．受到豎直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向東的安培力√A

[赤道上空的地磁場(chǎng)方向是由南向北的，電流方向由西向東，畫出此處磁場(chǎng)和電流的方向圖如圖所示，由左手定則可判斷出導(dǎo)線受到的安培力的方向是豎直向上的，A正確。]1．表達(dá)式：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I垂直時(shí)，________。2．一般表達(dá)式：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流I的方向成θ角時(shí)，_____________。知識(shí)點(diǎn)二安培力的大小F＝IlBF＝IlBsinθ提醒

當(dāng)通電導(dǎo)線中的電流方向與磁場(chǎng)方向既不平行也不垂直時(shí)，將磁場(chǎng)方向分解成沿電流方向與垂直于電流方向。問題1

在如圖甲所示的探究影響安培力大小的有關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)中，把導(dǎo)線垂直放入磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)中，得出的安培力F與導(dǎo)線長(zhǎng)度l、電流大小I有怎樣的關(guān)系？提示：F＝BIl。問題2

當(dāng)導(dǎo)線平行磁場(chǎng)方向放入時(shí)，它受到的安培力多大？提示：0。問題3

如圖乙，當(dāng)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角為θ時(shí)，它受到的安培力多大？提示：將磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿平行導(dǎo)線方向和垂直導(dǎo)線方向進(jìn)行分解，如圖所示，則B⊥＝Bsinθ，F(xiàn)＝B⊥Il＝IlBsinθ。1．公式適用條件：F＝IlBsinθ適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，公式F＝IlBsinθ僅適用于很短的通電導(dǎo)線(我們把這樣的直線電流稱為直線電流元)。2．對(duì)導(dǎo)線長(zhǎng)度的理解(1)對(duì)于求彎曲導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受安培力時(shí)，l為有效長(zhǎng)度，即導(dǎo)線兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度，相應(yīng)的電流方向沿l由始端流向末端，如圖所示。(2)如圖所示，對(duì)任意形狀的閉合平面線圈，當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，線圈的等效長(zhǎng)度l＝0，故通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受安培力的矢量和一定為零。3．安培力的大?。和瑯忧闆r下，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，它所受的安培力最大；導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，它不受安培力；導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，它所受的安培力介于0和最大值之間。4．安培力的疊加：當(dāng)電流同時(shí)受到幾個(gè)安培力時(shí)，則電流所受的安培力為這幾個(gè)安培力的矢量和。

√[思路點(diǎn)撥]

(1)線框受到的安培力的合力是指AB段、BC段、CD段和DA段所受安培力的合力。(2)AB段與其他各段的電流不相等，應(yīng)根據(jù)串并聯(lián)電路的特點(diǎn)分析。

[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．如圖所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求各導(dǎo)線所受到的安培力的大小。A

BC

D

E

1．磁電式電流表的構(gòu)造特點(diǎn)(1)構(gòu)造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴。(如圖甲所示)(2)特點(diǎn)：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿____方向均勻分布，如圖乙所示，使線圈平面都與磁感線____，使表盤刻度____。知識(shí)點(diǎn)三磁電式電流表半徑平行均勻2．原理(1)通電線圈在磁場(chǎng)中受______作用發(fā)生____。螺旋彈簧變形，以____線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)電流越大，安培力就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的____也越大，所以根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)角度的____，可以確定被測(cè)電流的____；根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的____，可以知道被測(cè)電流的方向。3．優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測(cè)出____的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱。如果要用它測(cè)量較大的電流值，就要根據(jù)在必修第三冊(cè)中學(xué)到的方法擴(kuò)大其量程。安培力轉(zhuǎn)動(dòng)反抗角度大小大小方向很弱磁電式電流表中磁場(chǎng)分布如圖所示，結(jié)合安培力大小的決定因素，思考磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)。問題1

這樣的磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)嗎？提示：不是。問題2

以鐵芯為中心的圓周上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B有什么特點(diǎn)？提示：大小相等，方向不同。問題3

表盤的刻度是均勻的嗎？為什么？提示：均勻。因?yàn)榫€圈轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，它的兩個(gè)邊所經(jīng)過位置的磁場(chǎng)強(qiáng)弱都相同，使線圈轉(zhuǎn)過的角度與電流成正比，從而使得表盤的刻度均勻。1．磁電式電流表的磁場(chǎng)分布特點(diǎn)電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場(chǎng)是均勻輻向分布的。所有磁感線的延長(zhǎng)線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零。該磁場(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但在以鐵芯為中心的某一圓周上，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都相等。2．磁電式電流表的靈敏度(1)電流表的靈敏度：是指在通入相同電流的情況下，指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，偏角越大，靈敏度越高。(2)提高靈敏度的方法：如果要提高磁電式電流表的靈敏度，就要使在相同電流下導(dǎo)線所受的安培力增大，可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實(shí)現(xiàn)?！镜淅?】

(多選)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用的電流表是磁電式儀表。這種電流表的構(gòu)造如圖甲所示。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻輻向分布的。當(dāng)線圈通以如圖乙所示的電流，下列說法正確的是(

)A．線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的平面始終跟磁感線平行B．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)C．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示的位置，安培力的作用使線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示的位置，線圈不受安培力的作用√√AB

[磁場(chǎng)是均勻地輻向分布，所以磁感線始終與線圈平面平行，即始終與線圈邊垂直，故A正確；當(dāng)通電后，處于磁場(chǎng)中的線圈受到安培力作用，使其轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，則受到彈簧的阻力，從而阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，故B正確；由左手定則可判定：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖乙所示的位置，a端受到的安培力方向向上，b端受到的安培力方向向下，因此安培力的作用使線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，故C、D錯(cuò)誤。]規(guī)律方法

磁電式電流表工作原理(1)通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧形變，以反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就越大。根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測(cè)電流的方向。[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．(多選)根據(jù)對(duì)磁電式電流表的學(xué)習(xí)，判斷以下說法正確的是(

)A．指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的B．通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大C．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)D．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，線圈所受安培力大小與電流有關(guān)，而與所處位置無關(guān)√√√ABD

[指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的，故A正確；根據(jù)安培力公式F＝IlB，可知線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，故B正確；在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是均勻輻射分布，線圈平面都跟磁感線平行，但輻射狀磁場(chǎng)的磁感線方向不同，并不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，故C錯(cuò)誤；磁場(chǎng)呈輻射狀，故電流與磁場(chǎng)相互垂直，結(jié)合安培力公式可知，線圈所受安培力大小與電流有關(guān)，而與所處位置無關(guān)，故D正確。]學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)

243題號(hào)1√

243題號(hào)1

243題號(hào)1√B

[磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定，其大小和方向是唯一確定的，與是否放入通電導(dǎo)線無關(guān)，則B與F、IL無關(guān)，故A錯(cuò)誤，B正確；導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向與該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，故C錯(cuò)誤；若導(dǎo)線放置時(shí)與磁感線平行，導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力為零，故D錯(cuò)誤。]243題號(hào)13．(多選)在磁場(chǎng)中的同一位置放置一條直導(dǎo)線，導(dǎo)線的方向與磁場(chǎng)方向垂直，先后在導(dǎo)線中通入不同的電流，導(dǎo)線所受的力也不一樣。下列選項(xiàng)中的F-I圖像描述的是導(dǎo)線受力的大小F與通過導(dǎo)線的電流I的關(guān)系，a、b各代表一組F、I的數(shù)據(jù)，其中正確的是(

)243題號(hào)1A

BC

D√√BC

[導(dǎo)線的方向與磁場(chǎng)方向垂直，根據(jù)安培力公式可知，導(dǎo)線受到的安培力F＝IlB＝BIl，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和導(dǎo)線長(zhǎng)度l不變，因此F與I的關(guān)系圖像為過原點(diǎn)的直線，故B、C正確，A、D錯(cuò)誤。]243題號(hào)14．在某次討論活動(dòng)中，幾名同學(xué)針對(duì)下面的物理情境提出了不同觀點(diǎn)。他們的觀點(diǎn)正確嗎？請(qǐng)說明原因。物理情境：一段通電直導(dǎo)線被放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)線長(zhǎng)度L＝0.2m，導(dǎo)線中通過I＝2.5A的電流。(1)同學(xué)甲：如果磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T，則導(dǎo)線所受安培力F的大小一定等于1N。(2)同學(xué)乙：這段導(dǎo)線所受安培力有可能為零，而導(dǎo)線所在的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度并不為零。(3)同學(xué)丙：因?yàn)槭莿驈?qiáng)磁場(chǎng)，所以在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)這段導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線所受安培力F只是方向改變，但大小不變。243題號(hào)1提示：(1)不正確。因?yàn)橹挥性谕妼?dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，F(xiàn)＝IlB才能成立。(2)正確。通電導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向平行時(shí)，安培力為零。(3)不正確。根據(jù)F＝IlBsinθ，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線時(shí)，安培力大小不斷變化。243題號(hào)1回歸本節(jié)知識(shí)，自我完成以下問題：(1)F＝IlBsinθ的適用條件：導(dǎo)線所處的磁場(chǎng)應(yīng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中呢？提示：公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。(2)用磁電式電流表測(cè)量電流時(shí)，通電線圈的左右兩邊受到的安培力的大小是否隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化呢？提示：線圈左右兩邊受到的安培力的大小不變。閱讀材料·拓展物理視野電磁炮和電磁彈射器原理電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)武器，與傳統(tǒng)的火藥推動(dòng)的大炮相比，電磁炮可以大大提高彈丸的速度和射程。電磁彈射器和電磁炮的原理是一樣的，把電磁炮的體積和驅(qū)動(dòng)電流大大加強(qiáng)，就可以通過拋射物牽引飛機(jī)從航空母艦上起飛，這就是航空母艦上幫助艦載機(jī)起飛的電磁彈射器，它比上一代的蒸汽彈射器更為優(yōu)越。下面僅介紹電磁炮的一種常見類型——軌道式電磁炮。

軌道式電磁炮由兩條發(fā)射軌道和一個(gè)導(dǎo)電的拋射物組成，強(qiáng)大的電流由一條軌道流入，經(jīng)拋射物后再由另一根軌道流回，如圖甲所示。圖乙是軌道式電磁炮的模型化原理圖。根據(jù)直線電流的安培定則，圖乙