第1節(jié)磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線

1、打開電磁學(xué)的大門第1節(jié)磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線學(xué)習(xí)目掃1.知道通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的作用力稱為安培力.2知道影響安培力大小和方向的因素.知道左手定則和安培力大小的計(jì)算公式. 能用左手定則判斷安培力的方向， 能計(jì)算 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)安培力的大小. (重點(diǎn)+難點(diǎn))3了解線圈在 磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況，以及磁電式儀表的工作原理和電動(dòng)機(jī)的工作原理.一、會(huì)動(dòng)的導(dǎo)線1 安培力定義：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的作用力稱為安培力2. 安培力方向：可以用左手定則來(lái)判定，伸開左手，四指與拇指在同一平面內(nèi)并相互垂直, 讓磁感線垂直穿過(guò)手心，四指指向電流的方向，則拇指所指的方向就是安培力的方向.3. 安培力的大小

2、實(shí)驗(yàn)表明，如圖所示.通電導(dǎo)線所受的安培力大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、電流大小以及磁場(chǎng)中 垂直磁場(chǎng)方向?qū)Ь€的長(zhǎng)度有關(guān).(2) 進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究表明：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力的大小等 于電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度的乘積.(3) 公式表達(dá)：F = BIL.從安培力的角度給出磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義：B= |l.有人根據(jù)公式B = F認(rèn)為“磁感應(yīng)強(qiáng)度 B與F成正比，與II成反比”這種觀點(diǎn)對(duì)嗎?提示：不對(duì).某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定.公式b=f只是反映了數(shù)值關(guān)系4兩根通電導(dǎo)線之間的相互作用力：兩同向電流間的安培力是吸引力反向電流間的安培 力是排斥力.二、會(huì)動(dòng)的線圈1通電線圈在磁場(chǎng)中會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)：線圈與

3、磁場(chǎng)平行放置，當(dāng)線圈通有電流時(shí)，與磁場(chǎng)垂直的兩 個(gè)邊會(huì)受到安培力作用，根據(jù)左手定則判斷知，兩個(gè)力方向相反，使線圈繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng).2. 如圖所示，磁電式電流計(jì)就是根據(jù)這一原理制成的.第一個(gè)磁電式電流計(jì)是安培制作的，由此實(shí)現(xiàn)了電流的定量測(cè)量.、揭開電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的奧秘線圈要不間斷地轉(zhuǎn)下去， 在轉(zhuǎn)過(guò)與磁場(chǎng)方向垂直的位置后，就要改變線圈中的電流方向，能 夠改變電流方向的裝置就是換向器，與電源相連接的金屬片是電刷，如圖所示.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分（如線圈）叫轉(zhuǎn)子，固定不動(dòng)的部分（如永久磁鐵和電動(dòng)機(jī)的外殼）叫定子.知識(shí)點(diǎn)1 對(duì)安培力的理解和方向判斷安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，又跟電流方向垂直.三個(gè)方向之間的

4、關(guān)系可以用左手定則來(lái)判定：伸開左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，并使四指指向電流的方向，那么，拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向.1. 由左手定則可判定 F丄I , F丄B,但B與I不一定垂直，即安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng) 方向和電流方向所決定的平面.在判斷時(shí)，首先確定磁場(chǎng)與電流所決定的平面，從而判斷出安培力的方向.2. 若已知B、丨方向，安培力的方向唯一確定；但若已知B（或I）與安培力的方向，1（或B） 的方向不唯一.3. 注意區(qū)別安培力的方向和電場(chǎng)力的方向與場(chǎng)的方向的關(guān)系.安培力的方向總是與磁場(chǎng)的 方向垂直，而電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)的方向平行.命

5、題視角1對(duì)安培力F = BIL的理解例1 在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下，為研究安培力與電流大小的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持不變的物理量是（）A .只有電流B .只有磁感應(yīng)強(qiáng)度C.只有導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度D .磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度解析由F = BII知要研究F與I的大小關(guān)系，應(yīng)保持 B和I不變.答案D命題視角2對(duì)安培力方向的判斷'(多選)如圖中，表示電流I的方向、磁場(chǎng)B的方向和磁場(chǎng)對(duì)電流作用力 F的方向關(guān)系 正確的是()ABC解析由左手定則，A圖中磁場(chǎng)對(duì)電流作用力 F的方向應(yīng)豎直向上，所以 A錯(cuò)誤，而B、 C、D都符合左手定則.答案BCD在判斷安培力方向時(shí)， 必須首先判定磁場(chǎng)方向和

6、電流方向所確定的平面，從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上， 然后再根據(jù)左手定則判斷出安培力的具體方向.安培力的方向總是垂直于導(dǎo)線、磁感線所確定的平面."山h Hl 1下圖中分別標(biāo)出一根垂直放置于磁場(chǎng)里的通電直導(dǎo)線的電流I、磁場(chǎng)B和所受磁場(chǎng)作用力的方向，其中圖示正確的是()AliCD解析：選B.根據(jù)左手定則判斷可知，A中受力向下，C中受力向下，D中受力向下，都錯(cuò)誤， 只有B項(xiàng)中方向正確.知識(shí)點(diǎn)2 安培力大小的計(jì)算1. 影響安培力大小的因素安培力的決定因素有兩個(gè)：一個(gè)是放入磁場(chǎng)中的一段導(dǎo)體的II的乘積，另一個(gè)是磁場(chǎng)本身，即磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.因而安培力的改變(1) 通過(guò)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度

7、 B的大小來(lái)改變；(2) 通過(guò)改變通電導(dǎo)線的長(zhǎng)短I來(lái)改變；(3) 通過(guò)改變通電導(dǎo)線電流I的大小來(lái)改變；(4) 通過(guò)改變通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的放置位置來(lái)改變.2. 應(yīng)用F= BII計(jì)算安培力時(shí)的注意事項(xiàng)(1) 公式F = BII適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況，若通電導(dǎo)線所在區(qū)域的B的大小和方向不相同，應(yīng)將導(dǎo)體分成若干段，使每段導(dǎo)線所處范圍B的大小和方向近似相同，求出各段導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力，然后再求合力.安培力表達(dá)式中，若載流導(dǎo)體是彎曲導(dǎo)線，且導(dǎo)線所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，則I指彎曲導(dǎo)線中始端指向末端的直線長(zhǎng)度.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)，線圈的有效長(zhǎng)

8、度1 = 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.由F = BII可得B= F,這是磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式.通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得出：在磁場(chǎng)中的同一點(diǎn)垂直磁場(chǎng)方向放置通電導(dǎo)線時(shí)，通電導(dǎo)線受到的安培力F與II的比值是一個(gè)常量，所以磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與安培力F的大小、與II的大小無(wú)關(guān)，而在不同點(diǎn)安培力F與II的比值一般不同，因此磁感應(yīng)強(qiáng)度是由磁場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的這就是比值法定義物理量.X X X XX X X XxxxX X X X例把一根長(zhǎng)為L(zhǎng) = 10 cm的直導(dǎo)線垂直磁感線方向放入如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.(1) 當(dāng)導(dǎo)線中通以Ii = 2 A的電流時(shí)，導(dǎo)線受到的安培力大小為1.0X 107 N

9、，試求該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 B.(2) 若該導(dǎo)線中通以I2 = 3 A的電流，試求此時(shí)導(dǎo)線所受安培力大小F，并判斷安培力的方向.解析(1)根據(jù) F = BIL 得 B= IL = 5X 107 T(2) 當(dāng)導(dǎo)線中電流變化時(shí)，導(dǎo)線所處的磁場(chǎng)不變，則 F = BIL = 1.5 X 107 n方向：根據(jù)左手定則，導(dǎo)線所受安培力方向垂直于導(dǎo)線向上答案(1)5 X 107T (2)1.5 X 107 N 方向垂直于導(dǎo)線向上國(guó)囲區(qū)囲應(yīng)用公式F = BII進(jìn)行計(jì)算時(shí)要明確三點(diǎn)：(1) 若B、I、I兩兩垂直時(shí)，F(xiàn) = BII.若B與1(1)夾角為B時(shí),F = BIIs in©(3) 以上兩種情

10、況中I 一定是“有效長(zhǎng)度”“山hi：2在一根長(zhǎng)為0.2 m的直導(dǎo)線中通入 2 A的電流，將導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則導(dǎo)線受到的安培力的大小不可能是()A 0.4 NB.0.2 NC. 0.1 ND 0解析：選A.當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，有效長(zhǎng)度I最大，安培力最大，F(xiàn)max= BII = 0.5X 2 X 0.2N = 0.2 N .當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，有效長(zhǎng)度I = 0此時(shí)安培力最小，F(xiàn)min = 0,所以安培力大小的范圍是 0W F < 0.2 N，故B、C、D均正確，選 A.於拴0R周撐升馭舞15學(xué)樸短揚(yáng)牧.隨堂檢測(cè)1磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位特斯拉，用國(guó)際單位制中的基

11、本單位可表示為()A. N/(A m)B.kg/(A s2)C. (kg m2)/s2D.(kg m2)/(A s2)解析：選 B.由 B= F，可得 1 T= 1 A N m= 1.m/s = 1 kg/(A s2),故 B 正確.2. 關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說(shuō)法中正確的是()A .由B= £可知，B與F成正比，與II成反比B .由B= £可知，一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場(chǎng)力，則說(shuō)明該處一定無(wú)磁場(chǎng)C.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力越大，說(shuō)明磁場(chǎng)越強(qiáng)D .磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針北極受力的方向解析：選D.磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是客觀存在的，與是否放通電導(dǎo)線及通電導(dǎo)線受力的大小無(wú)關(guān)，

12、所以選項(xiàng) A、C均錯(cuò).當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電流無(wú)作用力， 但磁場(chǎng)卻存在，所以選項(xiàng)B錯(cuò).磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針靜止時(shí)N極的指向，而不是通電導(dǎo)線的受力方向.3. 下面說(shuō)法中正確的是()A .放在磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體一定會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用B .放在磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體所受磁場(chǎng)力的方向可用安培定則來(lái)判定C. 放在磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)體可能會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用D. 以上說(shuō)法都不對(duì)解析：選 C.磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力與電流在磁場(chǎng)中的方向有關(guān)，平行時(shí)不受力，垂直時(shí)受到 的力最大.4. 如圖光滑導(dǎo)軌的水平部分串聯(lián)有電池，導(dǎo)軌平面和水平面成a角，所在空間有豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng).質(zhì)量為m的導(dǎo)線棒ab架在導(dǎo)軌上，和導(dǎo)軌

13、接觸良好并保持水平靜止.ab所受的安培力F的大小和磁場(chǎng)方向是()A . F = mg sin a,磁場(chǎng)方向向上B. F = mgtan a,磁場(chǎng)方向向上C. F = mgsin a,磁場(chǎng)方向向下D. F = mgtan a,磁場(chǎng)方向向下解析：選 B.磁場(chǎng)方向豎直，根據(jù)電流方向和左手定則，磁場(chǎng)必定豎直向上，這樣才可能使 導(dǎo)線受力平衡.這時(shí)，導(dǎo)線受到重力，安培力，導(dǎo)軌的彈力，受力分析可知，安培力大小為F = mgta n a5. 磁場(chǎng)中放一根與磁場(chǎng)方向垂直的通電導(dǎo)線，它的電流強(qiáng)度是2.5 A，導(dǎo)線長(zhǎng)1 cm,它受 到的安培力為5 X 102 n .求：(1) 這一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(2) 如果

14、把通電導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度增大到5 A時(shí)，這一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(3) 如果通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某處不受磁場(chǎng)力，是否肯定這里沒有磁場(chǎng)？ 解析：(1)由磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式得B= _=B II5X 102.5 X 1X 10_2T = 2 T.（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B是由磁場(chǎng)和空間位置決定的，和導(dǎo)線的長(zhǎng)度I、電流I的大小無(wú)關(guān)，所以該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是 2 T.（3）如果通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某處不受磁場(chǎng)力，則可能有兩種可能：該處沒有磁場(chǎng)，該處 有磁場(chǎng)，只不過(guò)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行.答案：見解析課時(shí)作業(yè)一、選擇題1. 下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的說(shuō)法中正確的是（）A .通電導(dǎo)線受安培力大的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大B .磁感線

15、的指向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度減小的方向C.放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中各處的通電導(dǎo)線，受力的大小和方向處處相同D .磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向跟放在磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線受力的大小和方向無(wú)關(guān)解析：選 D.磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向由磁場(chǎng)本身決定，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可 由磁感線的疏密來(lái)反映.安培力的大小不僅與B、I、丨有關(guān)，還與導(dǎo)體的放法有關(guān).2. 如圖所示，一處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的金屬棒，用絕緣絲線懸掛在水平位置上，若金屬棒通以圖示方向的電流時(shí)，向紙內(nèi)擺動(dòng)，則磁場(chǎng)的方向?yàn)椋ǎ〧A .垂直紙面向里B.垂直紙面向外C.豎直向上D.豎直向下解析：選 D.金屬棒向紙內(nèi)擺動(dòng)，則受到了向紙內(nèi)的力，根據(jù)左手定則，可知磁場(chǎng)方向豎直 向下.3

16、. 關(guān)于通電直導(dǎo)線所受安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I三者方向之間的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是（）A . F、B、丨三者必定均保持垂直B . F必定垂直于 B、I，但B不一定垂直于IC. B必定垂直于 F、I，但F不一定垂直于ID. I必定垂直于 F、B，但F不一定垂直于 B解析：選B.由左手定則知力 F垂直平面BI，但B和I不一定垂直，故選項(xiàng) B正確.4. 有兩根平行放置的通電直導(dǎo)線，當(dāng)它們通以相反方向電流時(shí)，兩根導(dǎo)線間的作用表現(xiàn)為相互排斥，這是因?yàn)椋ǎ〢 .兩導(dǎo)線上的電荷通過(guò)各自產(chǎn)生的電場(chǎng)而發(fā)生相互作用的結(jié)果B .兩導(dǎo)線上定向移動(dòng)的電荷是同種電荷因而互相排斥C .兩導(dǎo)線上定向移動(dòng)的電荷通過(guò)各自產(chǎn)

17、生的磁場(chǎng)對(duì)另一方發(fā)生作用的結(jié)果D .導(dǎo)線上的電流，是電源產(chǎn)生的電場(chǎng)力對(duì)電荷作用使之定向移動(dòng)形成的，兩導(dǎo)線間的作用 也是由電源產(chǎn)生的電場(chǎng)力相互作用的結(jié)果解析：選C電流間的相互作用也是運(yùn)動(dòng)電荷通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)完成的，一切磁現(xiàn)象都是這樣的.5. 如圖所示，一導(dǎo)體棒放置在處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩條平行金屬導(dǎo)軌上，并與金屬導(dǎo)軌組成 閉合回路.當(dāng)回路中通有電流時(shí)，導(dǎo)體棒受到安培力作用.要使安培力增大，可采用的方法 有（）A .增大磁感應(yīng)強(qiáng)度C.減小導(dǎo)體棒的長(zhǎng)度 解析：選A.根據(jù)公式B.減小磁感應(yīng)強(qiáng)度D. 減小電流強(qiáng)度F = BIL，要增大F需要增大B、丨、L中的一個(gè)或多個(gè).6. 根粗細(xì)均勻的導(dǎo)線AB長(zhǎng)為0.5 m,質(zhì)

18、量為10 g，用兩根柔軟的細(xì)線懸掛在磁感應(yīng)強(qiáng)度A .由 A 至U B, 0.49 AC.由 A 到 B, 0.98 A 解析：選A.要使懸線拉力為零,B.由 B 至U A, 0.49 AD.由 B 至U A, 0.98 A 導(dǎo)線AB所受安培力方向只能豎直向上,由左手定則可判定為0.4 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，要使懸線的拉力為零，則金屬導(dǎo)線中的電流大小和方向電流方向從A到B,導(dǎo)線AB受力平衡，即F = BIl = mg , I = mg = 0.49 A，故A選項(xiàng)正確.Bl7如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央右上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁 鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，磁鐵

19、仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，則（）©JA 磁鐵對(duì)桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用B .磁鐵對(duì)桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用C.磁鐵對(duì)桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用D 磁鐵對(duì)桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用解析：選 B.根據(jù)條形磁鐵周圍磁感線的分布可知，通電直導(dǎo)線處的磁場(chǎng)方向朝向左上方，根據(jù)左手定則，導(dǎo)線受到的安培力朝向左下方，由牛頓第三定律，磁鐵受到方向?yàn)橛疑戏降牧?，所以?duì)桌面壓力減小并受到摩擦力的作用.&把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來(lái)，使它的下端剛好跟杯里的水銀面接觸，并使它 組成如圖所示的電路，當(dāng)電鍵 S接通后，將看到的現(xiàn)象是 （）A.彈簧向上收縮C.彈簧上下跳動(dòng)B.彈簧被拉長(zhǎng)D.彈簧仍靜止不動(dòng)解析：選 C.通電后，彈簧的每一個(gè)圈都相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形電流，且 各圈的電流繞向相同.任取其中兩圈，其相鄰兩側(cè)一定形成異極性, 因此互相吸引(或者，也可把任意兩圈的相鄰各段，看做兩個(gè)同向 電流而相互吸引)如