3.4通电导线在磁场中受到的力 学案(人教版选修3-1).doc

第4节通电导线在磁场中受到的力 1.磁场对通电导线的作用力称为安培力，安培力的方向由左手定则判定。 2．安培力的大小为：F＝ILB，当磁感应强度与导线方向成θ角时，F＝ILBsinθ。 3．磁电式电流表的工作原理利用了安培力与电流的关系，所测电流越大时，电流表指针偏转角度越大，根据指针偏转的方向可知电流的方向。 安培力的方向 1．安培力 通电导线在磁场中受到的力称为安培力。 2．决定安培力方向的因素 磁场方向和电流方向。 3．左手定则 如图3－4－1所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力图3－4－1的方向。 1．通电平行直线电流间的作用情况 (1)两平行电流间同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。 (2)两非平行直线电流有转到互相平行且电流方向相同的趋势。 2．对安培力方向的理解 (1)安培力方向的特点： FB，FI，即F垂直于B、I决定的平面。 (2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心。 (3)注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系：安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行。 (4)安培定则和左手定则的区别： ①安培定则确定的是电流方向和由电流产生的磁场方向之间的关系。 ②左手定则确定的是磁场方向、电流方向和电流所受磁场的作用力(安培力)的方向之间的关系。 [特别提醒] (1)安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，但磁场方向和电流方向不一定垂直。 (2)若已知B、I方向，F方向唯一确定，但若已知B(或I)、F方向，I(或B)方向不唯一。 (3)判断电流的磁场方向用安培定则，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则。 1．画出下图中通电导体棒所受的安培力的方向。 图3－4－2 解析：题中A、B、C给出的立体图，如果直接把ab棒受到的力画在立体图上则较为抽象。为了直观，一般都画成平面图。对A、B、C中的各图从外向内看的正视平面图如下图所示(此时导体a、b是一个横截面图)。 答案：见解析 安培力的大小 (1)垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为F＝ILB。 (2)当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，公式F＝ILBsinθ。 (1)公式F＝ILB中L指的是“有效长度”。当B与I垂直时，F最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0。 (2)当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图3－4－3所示)；相应的电流沿L由始端流向末端。 图3－4－3 (3)若磁场和电流成θ角时，如图3－4－4所示 。 可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B＝Bcosθ，而B对电流是没有作用的。F＝ILB＝ILBsinθ，即F＝ILBsinθ。 [特别提醒] (1)公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所图3－4－4给的夹角，要根据具体情况进行分析。 (2)公式中的L可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”。 2．把长L＝0.15 m的导体棒置于磁感应强度B＝1.0×10－2 T的匀强磁场中，使导体棒和磁场方向垂直，如图3－4－5所示，若导体棒中的电流I＝2.0 A，方向向左，则导体棒受到的安培力大小F＝________N，安培力的方向为竖直向________。(选填“上”或“下”) 图3－4－5 解析：由安培力公式得：F＝BIL＝1.0×10－2×2.0×0.15 N＝3×10－3 N，由左手定则可判定，安培力方向竖直向下。 答案：3×10－3　下 磁电式电流表 1.原理 安培力与电流的关系。 2．构造 磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴。如图3－4－6所示。 3．特点 两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿图3－4－6半径方向，使线圈平面都与磁场方向平行，从而使表盘刻度均匀。 4.工作原理 如图3－4－7所示是线圈在磁场中受力的示意图。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着图3－4－7改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。 5．优缺点 优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。如