6/6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(強基課—逐點理清物理觀念)課標(biāo)要求學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過實驗,認(rèn)識安培力。2.能判斷安培力的方向,會計算安培力的大小。3.了解安培力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。1.掌握安培力的概念、大小和方向及左手定則。2.應(yīng)用安培力公式計算安培力的大小。3.觀察磁電式電流表的結(jié)構(gòu),知道其工作原理。逐點清(一)安培力的方向[多維度理解]1．安培力：__________在磁場中受的力。2．決定安培力方向的因素(1)________方向；(2)________方向。3．左手定則：伸開________，使拇指與其余四個手指________，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從________垂直進(jìn)入，并使四指指向__________，這時________所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。4．安培力方向的特點安培力的方向既垂直于電流方向，也垂直于磁場方向，即垂直于電流I和磁場B所在的平面。5．判斷安培力方向的步驟(1)明確研究對象。(2)用安培定則或根據(jù)磁體的磁場特征，畫出研究對象所在位置的磁場方向。(3)由左手定則判斷安培力方向。1．安培定則與左手定則的選取原則2．兩平行通電直導(dǎo)線的相互作用規(guī)律(1)同向電流互相吸引；(2)反向電流互相排斥。[全方位練明]1．下列各選項圖中，F(xiàn)是磁場對通電直導(dǎo)線的作用力，其中正確的示意圖是()2．(2024·寧夏銀川期末)在赤道上空，有一條沿東西方向水平架設(shè)的導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中的自由電子自西向東沿導(dǎo)線做定向移動時，導(dǎo)線受到地磁場的作用力的方向為()A．向北 B．向南C．向上 D．向下3．畫出下列各圖中磁場對通電導(dǎo)線的安培力的方向。逐點清(二)安培力的大小[多維度理解]1．安培力的大小(1)當(dāng)通電導(dǎo)線垂直于磁場B的方向放置：F＝________。(2)當(dāng)通電導(dǎo)線平行于磁場B的方向放置：F＝______。(3)如圖所示，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向既不平行也不垂直時：F＝IlB⊥＝________。2．對安培力表達(dá)式F＝IlBsinθ的理解(1)公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角①當(dāng)θ＝90°時，即B⊥I，sinθ＝1，公式為F＝IlB。②當(dāng)θ＝0°時，即B∥I，F(xiàn)＝0。(2)公式F＝IlBsinθ中，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。對任意形狀的閉合平面線圈，當(dāng)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。3．安培力的疊加當(dāng)通電導(dǎo)線同時處于幾個磁場中時，每個磁場對通電導(dǎo)線都有作用力，通電導(dǎo)線所受合力是各個安培力的矢量和。[全方位練明]1．(多選)如圖所示的四幅圖中，導(dǎo)體棒的長度均為L，勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B，在各導(dǎo)體棒中通有相同的電流I，則下列選項正確的是()A．圖甲中導(dǎo)體棒所受的安培力大小為BILB．圖乙中導(dǎo)體棒所受的安培力大小為BILC．圖丙中導(dǎo)體棒所受的安培力大小為eq\f(\r(3),2)BILD．圖丁中導(dǎo)體棒所受的安培力大小為eq\f(\r(3),2)BIL2．(2024年1月·廣西高考適應(yīng)性演練)半徑為0.1m的圓內(nèi)有勻強磁場，磁感應(yīng)強度B大小為0.4T，現(xiàn)將一單匝正方形線框放入磁場，線框平面與磁場方向垂直，其中一頂點與圓形磁場區(qū)域的圓心O點重合，如圖，當(dāng)通過線框的電流I為1A時，線框所受的安培力大小為()A.eq\f(1,25)N B.eq\f(\r(2),25)NC.eq\f(2,25)N D.eq\f(π,50)N3．(2024·廣東湛江期末)如圖所示，將一根同種材料、粗細(xì)均勻的導(dǎo)體圍成半徑為R的閉合線圈，固定在垂直線圈平面、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中(未畫出)。C、D兩點將線圈分為上、下兩部分，且C、D兩點間上方部分的線圈所對應(yīng)的圓心角為120°。現(xiàn)有大小為I的恒定電流自C點流入、D點流出，則閉合線圈受到的安培力大小為()A.eq\r(3)BIR B.eq\r(2)BIRC．BIR D．0逐點清(三)磁電式電流表[多維度理解]1．磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤、指針、蹄形磁體、極靴(軟鐵制成)、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯(軟鐵制成)。2．磁電式電流表的工作原理：通電線圈因受安培力而轉(zhuǎn)動。(1)被測電流越大，__________的角度越大。螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動。這兩種轉(zhuǎn)動的效果疊加在一起，指針隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)；最終達(dá)到平衡，指針停止偏轉(zhuǎn)。所以根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以確定被測電流的大小。(2)當(dāng)線圈中電流方向改變時，______________隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變。所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道________________。3．磁電式電流表的特點(1)極靴和鐵芯之間是沿________方向均勻分布的磁場。(2)線圈平面始終與磁感線________。(3)表盤刻度均勻分布。4．磁電式電流表的優(yōu)點：靈敏度高，可以測量________的電流。5．磁電式電流表的缺點：線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流________。1．磁電式電流表的磁場特點兩磁極間裝有極靴，極靴中有鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，保持線圈轉(zhuǎn)動時，所受安培力的方向總與線圈平面垂直，使表盤刻度均勻。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：在通入相同電流的情況下使線圈所受的安培力增大，可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁體的磁感應(yīng)強度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實現(xiàn)。[典例](2024·浙江金華期末)如圖甲所示為磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖，圖乙為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，在極靴和鐵質(zhì)圓柱間存在磁場，電流通過電表接線柱流入線圈，在安培力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，與螺旋彈簧的反向作用平衡后，指針指示電流大小。下列說法正確的是()A．鐵質(zhì)圓柱將磁場屏蔽，內(nèi)部沒有磁場B．線圈所處位置是勻強磁場C．若更換更強的磁場，將增大電流表的量程D．運輸過程中把電表正負(fù)接線柱用導(dǎo)線相連可減緩指針擺動幅度聽課記錄：[全方位練明]1．(多選)關(guān)于磁電式電流表，以下說法正確的是()A．指針穩(wěn)定后，螺旋彈簧形變產(chǎn)生的阻礙效果與線圈受到的安培力的轉(zhuǎn)動效果方向是相反的B．通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大C．在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，各處的磁場都是勻強磁場D．在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，線圈所受安培力大小與電流大小有關(guān)，而與所處位置無關(guān)2．(多選)實驗室經(jīng)常使用的電流表是磁電式電流表。這種電流表的構(gòu)造如圖甲所示。蹄形磁體和鐵芯間的磁場是均勻輻向分布的。若線圈中通以如圖乙所示的電流，則下列說法中正確的是()A．在量程內(nèi)指針轉(zhuǎn)至任一角度，線圈平面都跟磁感線平行B．線圈轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧被扭動，阻礙線圈轉(zhuǎn)動C．當(dāng)線圈在如圖乙所示的位置時，b端受到的安培力方向向上D．當(dāng)線圈在如圖乙所示的位置時，安培力的作用使線圈沿順時針方向轉(zhuǎn)動學(xué)習(xí)講義答案第一章安培力與洛倫茲力第1節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用力逐點清(一)[多維度理解]1．通電導(dǎo)線2.(1)磁場(2)電流3.左手垂直掌心電流的方向拇指[全方位練明]1．選B根據(jù)左手定則可知，題圖A中通電直導(dǎo)線所受安培力的方向垂直導(dǎo)線斜向上，題圖B中通電直導(dǎo)線所受安培力的方向水平向右，題圖C中通電直導(dǎo)線所受安培力的方向豎直向下，題圖D中通電直導(dǎo)線所受安培力的方向水平向左。故正確的示意圖為B。2．選D當(dāng)導(dǎo)線中的自由電子自西向東沿導(dǎo)線做定向移動時，則導(dǎo)線中的電流方向由東向西。在赤道上空，地磁場的方向從南向北，根據(jù)左手定則可判斷安培力的方向豎直向下，故選D。3.逐點清(二)[多維度理解]1．(1)IlB(2)0(3)IlBsinθ[全方位練明]1．選BD題圖甲中，因電流方向與磁場方向平行，所以導(dǎo)體棒所受安培力為零；題圖乙中，電流方向與磁場方向垂直，則導(dǎo)體棒所受安培力的大小為F乙＝BIL；題圖丙中，電流方向與磁場方向垂直，則導(dǎo)體棒所受安培力的大小為F丙＝BIL；題圖丁中，電流方向與磁場方向成60°角，則導(dǎo)體棒所受安培力的大小為F?。紹ILsin60°＝eq\f(\r(3),2)BIL。故選B、D。2．選B線框在磁場中的有效長度L＝eq\r(2)R＝eq\f(\r(2),10)m，安培力大小為F＝BIL＝eq\f(\r(2),25)N，故選B。3．選A由幾何關(guān)系可知，C、D兩點間的距離為L＝Rsin60°×2＝eq\r(3)R，由等效思想可知，閉合線圈受到的安培力的大小為F安＝BI上L＋BI下L＝BL(I上＋I(xiàn)下)＝BIL＝eq\r(3)BIR，故選A。逐點清(三)[多維度理解]2．(1)線圈偏轉(zhuǎn)(2)安培力的方向被測電流的方向3．(1)半徑(2)平行4.很弱5.很弱[典例]選D鐵質(zhì)圓柱沒有將磁場屏蔽，內(nèi)部有磁場，故A錯誤；線圈所處位置的磁場是均勻地輻向分布，線圈轉(zhuǎn)動過程中各個位置的磁感應(yīng)強度的大小不變，故B錯誤；若更換更強的磁場，安培力增大，會減小電流表的量程，故C錯誤；運輸過程中把電表正負(fù)接線柱用導(dǎo)線相連，電流表短路，指針擺動時產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流受到安培力作用，可減緩指針擺動幅度，故D正確。[全方位練明]1．選ABD螺旋彈簧形變產(chǎn)生的阻礙效果與線圈受到的安培力的轉(zhuǎn)動效果方向相反，線圈才能停止轉(zhuǎn)動，使指針穩(wěn)定。電流表內(nèi)磁場是均勻輻向磁場，在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，不管線圈轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都跟磁感線平行，線圈左右兩邊所在處的磁感應(yīng)強度大小相等、方向不同，安培力大小與電