《磁场对通电导线的作用力》 导学案1 教师版.docVIP

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第一章安培力与洛伦兹力

1.磁场对通电导线的作用力

必备知识·自主学习

一、安培力的方向

为什么接通电源之后，会观察到原来静止的导体棒发生摆动？

提示：因为通电导体棒在磁场中受到了磁场力的作用。

1．安培力：通电导线在磁场中受的力。

2．影响安培力方向的因素：

(1)磁场方向。

(2)电流方向。

(3)安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：安培力F垂直于磁感应强度B与电流I决定的平面。

3．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方向。

二、安培力的大小

处在匀强磁场中的通电导线，如果放置的方式不同，其所受安培力的大小是否相同？

提示：通电导线在匀强磁场中放置的方式不同，其所受安培力的大小也不同。

1．表达式：当磁感应强度B和电流I垂直时，F＝IlB。

2．一般表达式：当磁感应强度B的方向与电流I的方向成θ角时，F＝IlB__sin__θ。

三、磁电式电流表

1．原理：安培力与电流的关系。

2．基本构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴、铁质圆柱等。

3．构造特点：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半径方向，使线圈平面与磁场方向平行，使表盘刻度均匀。

4．优点和缺点：

(1)优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。

(2)缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。

(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。(×)

(2)通电导线在磁场中不一定受安培力。(√)

(3)一通电导线放在磁场某处不受安培力，该处的磁感应强度不一定为零。(√)

(4)通有反方向电流的平行导线相互吸引。(×)

(5)磁电式电流表指针偏转角度与电流大小成正比。(√)

(6)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀强磁场。(√)

关键能力·合作学习

知识点一安培力的方向、大小

1．安培力的方向：

(1)左手定则：

(2)安培力F的方向特点：F⊥I，F⊥B，即F垂直于B和I所决定的平面。

(3)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于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，而是斜穿过手心。

2．安培力的大小：

(1)公式F＝BIlsinθ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响。

(2)公式F＝BIlsinθ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度l，等于两端点连线的长度(如图所示)；相应的电流沿两端点的连线由始端流向末端。

(3)公式F＝BIlsinθ中θ是B和I方向的夹角，当θ＝90°时sinθ＝1，公式变为F＝BIl。当θ＝0°或180°即两者平行时，不受安培力。

把盛有导电液体的玻璃器皿放在两磁极中间，接通电源后，会看到液体旋转起来。

(1)通电液体为何会旋转，液体的旋转方向如何判断？

提示：通电液体之所以旋转是因为受到力的作用，其旋转方向可以用左手定则判断。

(2)如果增大电流，将会看到什么现象？

提示：电流增大，液体旋转加快，说明通电的液体受力变大。

【典例】如图所示，质量为m、长为l的导体棒MN电阻为R，初始时静止于光滑平行的水平轨道上，轨道间距也为l，电源电动势为E，内阻不计。匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成θ角斜向上，开关闭合后导体棒开始运动，则()

A．导体棒向左运动

B．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为eq\f(BEl,R)

C．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为eq\f(BElsinθ,R)

D．开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为eq\f(BEl,mR)

【解题探究】

(1)导体棒所受的安培力的大小方向怎么确定？

提示：根据左手定则确定安培力的大小和方向。

(2)导体棒受到哪些力的作用，合力方向向哪？

提示：导体棒受到重力、支持力、安培力的作用，合力向右。

【解析】选B。开关闭合，由左手定则可知，导体棒受到的安培力斜向右下，导体棒向右运动，A错误；当开关闭合瞬间，根据安培力公式F＝BIl，且I＝eq\f(E,R)，可得F＝eq\f(BlE,R)，B正确，C错误；当开关闭合瞬间，安培力的方向与导轨成(90°－θ)角，由牛顿第二定律与安培力的大小可知，加速度a＝eq\f(BElsinθ,mR)，D错误。

左手定则应用的两个要点

(1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，所以应用左手定则时，必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直。

(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不一定垂直穿入手掌，可能与四指方向