2017-2018学年高二物理电学专题提升专题24安培力的求解及判定安培力作用下导体的运动问题.doc

高二物理安培力知识点安培力（Ampere Force），又称真空中的洛伦兹力（Lorentz Force），是指一个电荷在磁场中所受到的力。

在高二物理学习中，我们需要了解并掌握安培力的计算方法、性质以及与电流、磁场等相关的知识点。

本文将为大家介绍高二物理中与安培力相关的知识点。

一、安培力的计算公式安培力的计算公式为F = qvBsinθ，其中F表示安培力的大小，q表示电荷的大小，v表示电荷的速度，B表示磁感应强度，θ表示电荷速度与磁场方向之间的夹角。

二、安培力的性质1. 安培力与电荷的关系安培力与电荷的大小成正比，即当电荷q增加时，安培力F也相应增加。

2. 安培力与电流的关系电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量，安培力与电流的大小成正比。

设导线长度为l，电荷在导线中的速度为v，电荷密度为ρ，则电流I = ρvl。

因此，安培力F与电流I也成正比。

3. 安培力与磁场的关系安培力与磁场的大小成正比，即当磁感应强度B增加时，安培力F也相应增加。

4. 安培力与速度的关系安培力与电荷的速度v的大小成正比，即当电荷速度v增加时，安培力F也相应增加。

5. 安培力的方向安培力的方向遵循右手定则：将右手从电荷正方向握住导线，在磁场方向上升的情况下，手指弯曲的方向即为安培力的方向。

6. 安培力的性质总结安培力与电荷、电流、磁场强度、速度之间有着一定的数学关系，根据具体情况可以通过计算公式来求解安培力的大小和方向。

三、安培力与磁场的应用1. 高斯枪高斯枪是利用安培力的原理来实现粒子的加速和磁聚焦。

通过在导弹中引入磁场，使得导弹内部飞行的粒子受到安培力的作用，从而达到加速的效果。

2. 电磁铁电磁铁是将电能转化为磁能的一种装置。

当电流通过电磁铁的线圈时，线圈周围会产生强磁场，而磁感应强度B与电流I成正比。

通过控制电流的大小，可以调节磁场的强度，从而实现对物体的吸附和释放。

3. 涡流制动涡流制动是一种利用安培力原理制动运动金属物体的方法。

磁场对通电导体的作用力要点一、对安培力的理解要点诠释：1．安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力，其作用点可等效在导体的几何中心．2．安培力的方向在解决有关磁场对电流的作用的问题时，能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键，在判定安培力的方向时要注意以下三点：（1）安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．因此，在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．（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和磁场所决定的平面，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．安培力的方向与磁场安F 安的方向，由于B 只要穿过手心即可，则I （或B ）的方向不唯一．3．安培力的大小（1）计算公式：F BILsin =θ（2）对公式的理解：公式F BILsin =θ可理解为F (Bsin )IL =θ，此时Bsin θ为B 沿垂直I 方向上的分量，也可理解为F BI(Lsin )=θ，此时Lsin θ为L 沿垂直B 的方向上的投影长度，也叫“有效长度”，公式中的θ是B 和I 方向问的夹角．注意：①若导线是弯曲的，此时公式F BILsin =θ中的L 并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有效长度”．它等于连接导线两端点直线的长度（如图所示），相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端．②安培力公式一般用于匀强磁场．在非匀强磁场中很短的导体也可使用，此时B 的大小和方向与导体所在处的B 的大小和方向相同．若在非匀强磁场中，导体较长，可将导体分成若干小段，求出各段受到的磁场力，然后求合力．要点三、电流表的工作原理、灵敏度及特点要点诠释：1．电流表的工作原理：（1）均匀辐向磁场蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（如图所示），不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行．线圈所处的磁感应强度的大小都相同．类型一、安培力方向的判断例1（多选）、如图所示，一金属直杆MN 两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN 与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN 垂直纸面向外运动，可以（ ）A ．将a 、c 端接在电源正极，b 、d 端接在电源负极B ．将b 、d 端接在电源正极，a 、c 端接在电源负极C ．将a 、d 端接在电源正极，b 、c 端接在电源负极D ．将a 、c 端接在同一交流电源的一端，b 、d 端接在交流电源的另一端【答案】 ABD【解析】 本题主要考查两个方面知识：电流的磁场和左手定则．要求直杆MN 垂直纸面向外运动，把直杆所在处的磁场方向和直杆中电流画出来，得A 、B 正确．若使a 、c 两端（或b 、d 两端）的电势相对于另一端b 、d （或a 、c ）的电势的高低做同步变化，线圈磁场与电流方向的关系跟上述两种情况一样，故D 也正确．【变式】（多选）在匀强磁场B 的区域中有一光滑斜面体，在斜面体上放置一根长为L ，质量为m 的导线，当通以如图所示方向的电流后，导线恰能保持静止，则磁感应强度B 满足（ ）A ．sin ,=mgB IL α方向垂直斜面向上 B ．sin =mg B ILα，方向垂直斜面向下 C ．tan =mg B ILα，方向垂直向下 D ．=mg B IL，方向水平向左 【答案】BCD类型二、安培力大小的计算例2、如图所示，导线abc 为垂直折线，其中电流为I ，ab=bc=L ，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感应强度为B ，求导线abc 所受安培力的大小和方向．【答案】 2ILB 方向沿abc ∠的角平分线向上【解析】 方法一：ab 段所受的安培力大小ab F ILB =，方向向右，bc 段所受的安培力大小bc F ILB =，方向向上，所以该导线所受安培力为这两个力的合力，如图所示，2F ILB =，方向沿abc ∠的角平分线向上．方法二：把导线abc 等效成直导线ac ，则等效长度2ac L =，故安培力22F BI L ILB =⋅=，方向垂直于ac ，即沿abc ∠的角平分线向上．【变式】（多选）在物理学中，通过引入检验电流来了解磁场力的特性，对检验电流要求是（ ）A ．将检验电流放入磁场，测量其所受的磁场力F 、导线长度L 、通电电流强度I ，应用公式B =F /IL ，即可测得磁感强度BB ．检验电流电流强度不宜太大C ．利用检验电流，运用公式B=F/IL,只能应用于匀强磁场D ．只要满足长度L 很短、电流强度I 很小， 将其垂直放入磁场的条件，公式B =F /IL 对任何磁场都适用【答案】BD类型三、 判断安培力作用下物体的运动方向例3、（2015 平度市期末）如图甲所示，蹄形磁体用悬线悬于O 点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况是（ ）．A ．静止不动B ．向纸外平动C ．N 极向纸外，S 级向纸内转动D ．N 极向纸内，S 级向纸外转动【答案】 C【解析】假设磁体不动，导线运动，则有：由图可知，通电导线左边的磁场斜向下，而右边的磁场斜向上，那么，根据如图所示的导线所在处的特殊位置判断其转动情况．将导线从N 、S 极的中间分成两段，，由左手定则可得左边一小段受安培力的方向垂直纸面向里，右边一小段受安培力的方向垂直纸面向外，从上向下看，导线沿顺时针方向转动．再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况．导线此时受安培力方向竖直向上，导线将向上运动． 所以导线的运动情况为： 顺时针转动的同时还要向上运动．如今导线不动，磁体运动，根据相对运动，则有磁体逆时针转动（从上向下看），即N 极向纸外转动，S 极向纸内转动，故C 正确，ABD 错误，故选C【变式】如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其中央上方固定一根导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则（ ）A ．磁铁对桌面的压力减小，不受桌面的摩擦力B ．磁铁对桌面的压力减小，受到桌面的摩擦力C ．磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力D ．磁铁对桌面的压力增大，受到桌面的摩擦力【答案】A【解析】 如图所示，画出一条通过电流I 处的磁感线，电流I 处的磁场方向水平向左，由左手定则知电流I 受安培力方向竖直向上．根据牛顿第三定律知，电流对磁铁的作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大．由于磁铁没有相对于桌面的运动趋势，故桌面对磁铁无摩擦力作用．类型四、 磁电式电流表例4、 如图所示甲是磁电式电流表的结构图，图乙是磁极间的磁场分布图，以下选项中正确的是（ ）①指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力矩方向与线圈受到的磁力矩方向是相反的②通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大③在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场④在线圈转动的范围内，线圈所受磁力矩与电流有关，而与所处位置无关A ．①②B ．③④C ．①②④D ．①②③④【答案】 C【解析】 当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈转动的力矩平衡时，线圈停止转动，即两力矩大小相等、方向相反，故①正确．磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，均匀辐向分布的磁场特点是大小相等、方向不同，故③错误，④正确．电流越大，电流表指针偏转的角度也越大，故②正确．综合上述，选项C 正确．类型五、安培力与电路知识、物体平衡的综合应用例5、（2015 东城区三模）如图所示，足够长的光滑金属导轨与水平面的夹角为θ，两导轨间距为L ，在导轨上端接入电源和滑动变阻器，电源电动势为E ，内阻为r 。

安培力高二物理知识点
除了课堂上的学习外，平时的积累与练习也是学生提高成绩的重要途径，本文为大家提供了安培力高二物理知识点，祝大家阅读愉快。

1.磁场对电流的作用力叫安培力
2.安培力大小
安培力的大小等于电流i、导线长度l、磁感应强度b以及i和b间的夹角的正弦sinθ的乘积，即f=bilsinθ。

注意：公式只适用于匀强磁场。

3.安培力的方向
安培力的方向可利用左手定则判断
左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么拇指方向就是通电导线在磁场中的受力方向。

安培力方向一定垂直于b、i所确定的平面，即f一定和b、i垂直，但b、i不一定垂直。

一、知识梳理1．安培力概念电流在磁场中受到磁场对它的作用力，叫安培力.磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用，磁场对这些定向移动电荷的作用力的宏观表现，即为安培力.2．安培力大小sin F BIL θ= ，式中L 为磁场中通电直导线的长度，θ为磁场方向与电流方向的夹角当通电直导线与磁场方向平行时，所受磁场力最小，为零；当通电导线与磁场方向垂直时，所受磁场力最大，m F BIL =；通常安培力F 的大小介于0和BIL 之间.3．安培力方向（1）安培力的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线方向垂直，即F 总是垂直于磁场与导线所决定的平面，但B 与I 的方向不一定垂直.（2）左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，且与手掌都在同一平面内，让磁感线穿入掌心，并使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。

（3）平行通电直导线间作用力特点：同向电流互相吸引，反向电流互相排斥.4．安培力可对导线做功安培力做功的实质是起传递能量的作用，将电源的能量传递给通电导线，而磁场本身并不提供能量练习A例1 下列关于通电直导线在匀强磁场中受安培力的说法中，正确的是（ ）A. 安培力的大小只和磁场的强弱、电流大小有关B. 安培力的方向与磁场方向垂直，同时又与电流方向垂直C. 若通电导线所受磁场力为零，则导线所在处磁感应强度必为零D. 若某段导线在磁场中取某一方向时受到的磁场力最大，此时导线必与磁场方向垂直变式训练1 如图所示，abcd 四边形闭合线框，a 、c 、d 三点分别在三个正交轴上，坐标值均等于L ，整个空间处于平行于+y 方向竖直向上的匀强磁场中，通入电流I 方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小下述正确的是（ ） A. ab 边与ad 受到的安培力大小相等； B. cd 边受到的安培力最大； C. cd 边与ad 受到的安培力大小相等； D. a d 边不受安培力的作用；例2 如图所示，一根条形磁铁放在水平桌面上，在其左端上方固定一根与磁铁垂直的长直导线．当导线中通以图示方向的电流时，则 ( )A ．磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用．B ．磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用．C ．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用．D ．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用．变式训练2 如图所示，一条形磁铁静止在斜面上，现在在磁铁上方放置一通以如图中所示方向电流的导线，磁铁仍保持静止，则磁铁所受到斜面的支持力N 和摩擦力f 的变化情况是 （ ）A ．N 变小，f 变大B ．N 变小，f 变小C ．N 变大，f 变大D ．N 变大，f 变小例3 如图所示，在条形磁铁S 极附近悬挂一个圆线圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图示的方向流动时，将会出现 ( )A. 线圈向磁铁平移B. 线圈远离磁铁平移C. 从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁D. 从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁变式训练 3 如图所示, 通电圆线圈套在条形磁铁右端, 磁场对通电线圈作用的结果使（ ）A ．圆面积有被拉大的倾向B ．圆面积有被压小的倾向C ．线圈将向左平移D ．线圈将向右平移 变式训练4 如图所示，原来静止的圆形线圈通过逆时针方向的电流, 在其直径ab 上靠近b 点有一长直导线垂直于圆形线圈平面被固定。

高中物理安培力的知识点安培力的大小⒈公式F=BILsinθ θ为B与I夹角⒉通电导线与磁场方向垂直时，安培力最大;⒊通电导线平行于磁场方向时，安培力为零;⒋B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度⒌式中的L为导线垂直于磁场方向的有效切割长度。

例如，半径为r的半圆形导线与磁场B垂直放置，导线的的等效长度为2r，安培力的大小就是BI*2r 。

安培力的方向⒈方向由左手定则来判断。

⒉安培力总是垂直于磁感应强度B和电流I所决定的平面，但B、I不一定是垂直关系。

洛伦兹力f向安培力F推导如果将上述的导线垂直放入磁场，那么每个电荷基元电荷受到的洛仑兹力为f=evB;我们依然取上述长为l的一段导线，其中的电荷总数量依然是N=nV=nSL;那么这段导线的所有电子的洛伦兹的合力为F=Nf=nSLevB;在这里我们补充一下，所有的洛伦兹力f的方向是一致的，因此合力就是Nf。

利用2中I的推导公式I=neSv;将其带入，则有F=BIL，这就是安培力的公式。

我们有这样的结论：杆件所受到的安培力是其内部大量粒子所受到的洛仑兹力的宏观表现。

洛伦兹力与安培力公式的比较洛伦兹力f=Bvq;其描述的是某个粒子的受力情况。

安培力F=BIL;其描述的是通电的杆件的受力情况。

通过公式的比较，我们应确定主思路：1利用微积分基本原理，建立起单独某个粒子与杆件内大量粒子之间的关系;2研究IL与vq之间的关系。

洛伦兹力是带电粒子在磁场中运动时受到的磁场力。

洛伦兹力f的大小等于Bvq，其最大的特点就是与速度的大小相关，这是高中物理中少有的一个与速度相关的力。

我们从力的大小、方向、与安培力关系这三个方面来研究洛伦兹力。

洛伦兹力的大小⒈当电荷速度方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力的大小f=Bvq;高中物理网建议同学们用小写的f来表示洛伦兹力，以便于和安培力区分。

⒉磁场对静止的电荷无作用力，磁场只对运动电荷有作用力，这与电场对其中的静止电荷或运动电荷总有电场力的作用是不同的。

安培力知识要点归纳一、安培力1.安培力：通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力．2.安培力的计算公式：F ＝BILsin θ（θ是I 与B 的夹角）； ① I ⊥B 时，即θ＝900，此时安培力有最大值；公式：F ＝BIL ② I //B 时，即θ＝00，此时安培力有最小值，F=0;③ I 与B 成夹角θ时，F=BILSin θ，安培力F 介于0和最大值之间.有用结论：“同向电流相互吸引，反向电流相排斥”。

不平行时有转运动到方向相同且相互靠近的趋势。

3.安培力公式的适用条件:适用于匀强磁场中4.安培力方向的判断——左手定则：伸开左手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线穿过手心，并使四指指向电流方向，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．安培力F 的方向：F ⊥(B 和I 所在的平面)；即既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直．但B 与I 的方向不一定垂直． 5．说明：公式F=BIL 中L 为导线的有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L 由始端流向末端．如图所示，弯曲的导线ACD 的有效长度为l ，等于两端点A 、D 所连直线的长度，安培力为：F = BIl二、安培力作用下物体的运动方向的判断1．电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段电流所受合力方向，最后确定运动方向． 例1：如图所示，通电的线圈放置在水平面上，试分析线圈所受的安培力。

2．特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向．例2：如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线通过图示方向电流时，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3．等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．例3：如图所示，通电的线圈放置在水平面上，试分析线圈所受的安培力。