1、 4通电导线在磁场中受到的力 4通电导线在磁场中受到的力 4通电导线在磁场中受到的力 教学目标 教学目标1知道什么是安培力知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直，它的方向由左手定则判断知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题2会用安培力公式 FBIL 解答有关问题.知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于 BIL.3了解磁电式电流表的内部构造的原理4通电导线在磁场中受到的力 重点难点 重点 安培力的方向确定和安培力大小的计算 难点 左手定则的运用(尤其是当电流和磁场不垂直
2、时，左手定则如何变通使用)重点难点安培力的方向和大小是重点，弄清安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系是难点安培力的方向一定与电流、磁感应强度方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度；当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力最大，对此学生常常混淆空间想象能力对本节学习至关重要，要使学生能够看懂立体图，熟悉各种角度的侧视图、俯视图和剖面图，需要一定的巩固训练 建议用实验观察法、逻辑推理法、讲解法等教学方法.教学建议4通电导线在磁场中受到的力 教学建议 4通电导线在磁场中受到的力 新课导入 导入一 引入新课 复习引入 让学生回忆在第二节中讲到的通电导线在磁场中受力大小与什么因素有
3、关 教师讲述：我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫作安培力这节课我们对安培力作进一步的讨论 新课导入4通电导线在磁场中受到的力 新课导入 导入二 引入新课 1磁感应强度是由什么决定的？答：磁感应强度是由产生磁场的电流的大小、分布和空间位置确定的2磁感应强度的定义式是什么？答：BFIL.3磁感应强度的定义式在什么条件下才成立？答：只有在通电直导线垂直磁场方向放入匀强磁场中，公式BFIL才成立4通电导线在磁场中受到的力 新课导入 4垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长 L1 cm，通电电流 I10 A，若它所受的
4、磁场力 F5 N，则该磁场的磁感应强度 B 是多少？答：因为通电导线垂直磁场方向放入匀强磁场，所以根据磁感应强度的定义式有BFIL5100.01 T50 T.5若上题中通电导线平行磁场方向放入该磁场中，那么磁场的磁感应强度是多大？通电导线受到的磁场力是多少？答：当电流仍为 I10 A，LB 时，该处磁感应强度不变，仍为B50 T，而通电导线所受磁场力 F0.4通电导线在磁场中受到的力 知识必备 知识必备 知识点一 安培力 1定义：人们把_在磁场中受到的力称为安培力 2单位：牛顿，符号为N.3大小：F_ 4左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并
5、使四指指向电流的方向，这时_所指的方向就是通电导线所受安培力的方向 通电导线 BILsin 拇指 4通电导线在磁场中受到的力 知识必备 知识点二 磁电式电流表 1电流表是测定_强弱和方向的电学仪器 2常用的磁电式仪表的结构 在一个磁性很强的蹄形永久磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，在其外面套有一个可以绕轴转动的铝框，上面绕有线圈，它的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上 电流 4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 考点一 安培力方向的判定 想一想 静电力与电场强度的方向在同一直线上，安培力和磁感应强度的方向也在同一直线上吗？怎样判定安培力的方向？学习互动 要点
6、总结 电流所受的安培力的方向既跟磁场的方向垂直，又跟电流的方向垂直，所以安培力总是垂直于磁感线和通电导线所确定的平面 FB，FL，但L与B不一定垂直4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 例1 如图341所示，两条导线相互垂直，但相隔一段距离其中导线AB固定，导线CD能自由运动当两导线中通入图示方向的电流时，导线CD将(从纸外向纸内看)()A顺时针方向转动同时靠近导线AB B逆时针方向转动同时离开导线AB C顺时针方向转动同时离开导线AB D逆时针方向转动同时靠近导线AB4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 D 解析 据电流元分析法，把电流 CD 等效成 C
7、O、OD 两段电流由安培定则画出 AB 电流在 CO、OD 所在位置处产生的磁场，由左手定则可判断 CO、OD 受力如图甲所示，可见导线CD 逆时针转动；据特殊位置分析法，让 CD 逆时针转 90，如图乙所示，并画出 CD 此时位置和 AB 电流的磁感线分布，据左手定则可判断 CD 受力垂直于纸面向里，可见 CD 靠近 AB.选项D 正确 例2 如图342所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁的N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图示方向的电流后，线圈如何运动？4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 线圈将向磁铁运动解析 把环形电流
8、等效为一个小磁针，如图所示，由磁极间相互作用特点可知线圈将向磁铁运动 考点二 安培力的计算 想一想 你想探究电流天平的工作原理吗？你想知道电流表的工作原理吗？电流在磁场里的受力与哪些因素有关？4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 要点总结 在磁感应强度为B的匀强磁场中，长为L的导体通入电流I：(1)若磁场和电流垂直，则FBIL；(2)若磁场和电流平行，则F0；(3)若磁场和电流成角，如图343甲所示，可将磁感应强度B正交分解成BBsin 和BBcos，则FBILsin.4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 公式FBIL中的L为导线垂直于磁场方向的有效长度如图乙所示，半径为r的半圆形导线与磁场B
9、垂直放置，当导线中通以电流I时，导线的等效长度为2r，故安培力FBIL2BIr.4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 例3 如图344所示，质量为m的导体棒ab静止在水平导轨上，导轨宽度为L，已知电源的电动势为E，内阻为r，导体棒的电阻为R，其余电阻不计，磁场方向垂直导体棒斜向上与水平面的夹角为，磁感应强度为B，求轨道对导体棒的支持力和摩擦力4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 mgEBLcos Rr EBLsin Rr解析 对棒进行受力分析如图所示由闭合电路的欧姆定律得 I ERr由安培力公式得 FBIL由共点力的平衡条件得Fsin f FNFcos m
10、g整理得 fEBLsin Rr，FNmgEBLcos Rr.例4 如图345所示，两平行金属导轨间的距离为L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角为37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度大小为B0.50 T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势为E4.5 V、内阻为r0.50 的直流电源现把一个质量为m0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R02.5，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：4通电导线在磁场中受到的力 学习互动
11、(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力4通电导线在磁场中受到的力 学习互动 4通电导线在磁场中受到的力 学习互动(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N，方向沿斜面向下解析(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路的欧姆定律有 IER0r1.5 A.(2)导体棒受到的安培力 F 安ILB0.30 N.(3)设导体棒受到沿斜面向下的摩擦力 F，根据共点力的平衡条件 mgsin 37FF 安解得 F0.06 N，方向沿斜面向下4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 1如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水
12、平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中电流的方向垂直于纸面向里当开关S闭合后，A受到通电螺线管的磁场的作用力的方向是()A水平向左B水平向右 C竖直向下D竖直向上备用习题4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 解析 D 先用安培定则判断螺线管的磁场方向，在导线A处的磁场方向是水平向左的，再用左手定则判断出导线A受到的安培力的方向是竖直向上的选项D正确4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 2两根互相平行的长直导线位于纸面内，导线中通有大小和方向均相同的电流，如图所示，则导线a、b所受的安培力Fa、Fb的方向分别为()AFa向左，Fb向右BFa向右，Fb向左CFa向纸里，Fb向纸外DFa向纸外
13、，Fb向纸里4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 解析 B 导线a在导线b处产生的磁场的方向垂直于纸面向里，由左手定则可以判断出导线b所受的安培力方向向左，同理可以判断出导线a所受的安培力方向向右，选项B正确4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 3(多选)已知质量为 m 的通电细杆 ab 与导轨间的动摩擦因数为，有电流时，ab 恰好在导轨上静止，如图所示图是它的四个侧视图，则图中四种可能的匀强磁场方向，其中能使杆 ab与导轨之间的摩擦力为零的是()4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 解析 AB 用左手定则判断各图中通电细杆所受的安培力的方向，再判断通电细杆所受的合力可知，选项 A、B 正确4
14、通电导线在磁场中受到的力 备用习题 4如图所示，同一水平面内的两平行导轨 ab、cd 处于竖直向上的磁场中，一根质量为 3.6 kg、有效长度为 2 m 的金属棒放在导轨上当金属棒中的电流为 5 A 时，金属棒做匀速直线运动；当金属棒中的电流增大到 8 A 时，金属棒能获得 2 m/s2 的加速度求该磁场的磁感应强度的大小4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 答案 1.2 T解析 对金属棒进行受力分析，利用牛顿第二定律可得BI1LF 阻0BI2LF 阻ma联立以上二式解得 Bma（I2I1）L3.62（85）2 T1.2 T.4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 5如图所示，长为 L10.1
15、m、质量为 6102 kg 的铜棒两端与长为 L21 m 的轻铜线相连，静止于竖直平面内整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度的大小为 B0.5 T现接通电源，使铜棒中保持有恒定电流通过，铜棒垂直纸面向里发生摆动已知最大偏角为 37，则在此过程中铜棒的重力势能增加了多少？通过的电流为多大？方向如何？(不计空气阻力，sin 370.6，cos 370.8，g 取 10 m/s2)4通电导线在磁场中受到的力 备用习题 答案 0.12 J 4 A 方向由 ab解析 以棒为研究对象进行受力分析如图 3415 所示，重力做功 WGmghmgL2(1cos)6102101(10.8)J0.12 J图
16、 3415因 EpWG0.12 J，故重力势能增加了 0.12 J.因为导体棒的最大偏角为 37，由动能定理得FL2sin mgL2(1cos)0FBIL1联立以上各式解得 I4 A，方向由 ab.4通电导线在磁场中受到的力 自我检测 1(左手定则应用)如图346所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，导线的运动情况是(从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同时上升 C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升 自我检测 C 解析 把电流分为两部分，左半部分受力方向向外，右半部分受力方向向里从上往下看，
17、通电导线将沿着逆时针方向转动当导线转过一个小角度时，电流受力向下，导线将向下运动，选项C正确.4通电导线在磁场中受到的力 自我检测 4通电导线在磁场中受到的力 自我检测 2(左手定则应用)如图347所示，表示磁场对直线电流的作用，其中正确的是()A 解析 应用左手定则，A中力的方向竖直向上，A正确；B中导线不受力，C中安培力竖直向上，D中安培力垂直纸面向外，B、C、D都错误4通电导线在磁场中受到的力 自我检测 4通电导线在磁场中受到的力 自我检测 3(等效长度的理解)如图348所示，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线
18、中通以大小为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()A0 B0.5BIlCBIlD2BIl4通电导线在磁场中受到的力 自我检测 C 解析 V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可得其合力FBIl，选项C正确4通电导线在磁场中受到的力 自我检测 4(左手定则综合应用)如图349所示，长为L的金属杆ab被两根竖直的金属丝由静止吊起，金属杆ab处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中当金属杆中通有方向ab的电流I时，每根金属丝的拉力大小为F.当金属杆通有方向ba的电流I时，每根金属丝的拉力大小为2F.求磁场的磁感应强度B的大小4通电导线在磁场中受到的力 自我检测 FIL 解析 金属杆 ab 受重力、安培力、金属丝的拉力而平衡当 ab 中的电流方向由 a 到 b 时，安培力向上2FBILmg当 ab 中的电流由 b 到 a 时，安培力向下4FBILmg联立解得 BFIL.
