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1.1 磁场对通电导线的作用力一、安培力的方向1．安培力：通电导线在 中受的力．2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与 在同一个平面内；让磁感线从 垂直进入，并使四指指向 的方向，这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系： ， ，即F 垂直于B 与I 所决定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁场B 的方向放置的长为l 的通电导线，当通过的电流为I 时，所受安培力为F ＝ . 2．当磁感应强度B 的方向与电流方向成θ角时，公式F ＝ . 三、磁电式电流表1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到 而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越 ．根据 的偏转方向，可以知道被测电流的方向． 2．构造：磁体、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿 方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线 ，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小 ．4．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．【参考答案】磁场 垂直 掌心 电流 拇指 F ⊥B F ⊥I IlB IlB sin θ 指针 半径 平行 相等考点一：两根通电导线之间的作用力方向【例1】在正三角形ABC 的三个顶点A 、B 、C 处，各固定有一根垂直于三角形的长直导线，每根导线通有大小相同的恒定电流，电流方向如图所示，已知导线A 受到的安培力大小为F ，则导线C 受到的安培力（ ）基础知识梳理典型例题分析A ．大小为F ，方向平行AB 向左下 B ．大小为F ，方向平行AB 向右上C ，方向垂直AB 向右下D ，方向垂直AB 向左上 【答案】C【解析】设两长直导线间的相互作用力大小为F 1，反向电流相互排斥，同向电流相互吸引，对长直导线A 研究，根据力的合成可得12cos60F F ︒=解得1F F =对长直导线C 研究，根据力的合成可得，C 受到的安培力为C 12cos30F F =︒=方向垂直AB 向右下。
第4节磁场对通电导线的作用力要点一磁场对电流作用探秘1．磁场对电流作用的研究方法不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必需要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定那么准确判断导线的受力情况和将要发生的运动，在实际操作过程中．往往采用以下几种方法：(1)电流元法把整段导线分为多段直电流元，先用左手定那么判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线的运动方向．(2)等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立．2．判断安培力的方向应注意的问题在解决有关磁场对电流的作用问题时，能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键，在断定安培力的方向时要注意以下两点：(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．(2)在详细判断安培力的方向时，由于受到静电力方向判断方法的影响，有时错误地认为安培力的方向沿着磁场方向．为防止这种错误，同学们应该把静电力和安培力进展比较，搞清力的方向与场的方向关系及区别．详细问题如下表：静电力安培力研究对象点电荷电流元受力特点正电荷受力方向与电场方向一样，负电荷相反安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直判断方法结合电场线方向和电荷正、负判断用左手定那么判断一、安培力方向的判断【例1】如图3－4－6所示，用两根一样的细绳程度悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能到达要求的方法是()图3－4－6A．加程度向右的磁场B．加程度向左的磁场C．加垂直纸面向里的磁场D．加垂直纸面向外的磁场二、安培力的大小【例2】一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是()A．0.4 N B．0.2 N C．0.1 N D．01.在图中，标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的选项是()2．关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，以下说法中正确的选项是()A．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直C．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直D．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面3.图3－4－7通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一程度面上，通有如图3－4－7所示的电流时，通电直导线A受到程度向________的安培力作用．当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受到的安培力方向程度向______．如图1所示，图1在同一程度面的两导轨互相平行，并在竖直向上的磁场中，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．那么磁场的磁感应强度为多少？拓展探究如图2所示，图2原来静止的圆形线圈通以逆时针方向的电流I.在其直径AB上靠近B点放置一根垂直于线圈平面的固定不动的长直导线，并通以电流I′，方向如下列图．在磁场力作用下，圆形线圈将怎样运动？如图3所示，图3一边长为h的正方形线圈A，其中电流I大小和方向(逆时针)均保持不变，用两条长度恒为h的绝缘细绳静止悬挂于程度长直导线CD的正下方．当导线CD中无电流时，两细绳中张力均为F T；当通过CD的电流为i时，两细绳中张力均降到αF T(0<α<1)；而当CD上的电流为i′时，两细绳中张力恰好为零．通电长直导线的磁场中某点的磁感应强度B与该点到导线的间隔r成反比．由此可知，CD中的电流方向、CD中两次通入的电流大小之比ii′分别为()A．电流方向向左B．电流方向向右C．电流大小之比ii′＝1＋αD．电流大小之比ii′＝1－α拓展探究如图4所示，图4在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒．当导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，可将导体棒置于匀强磁场中，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向在纸面内由竖直向上逆时针至程度向左的过程中，关于B的大小的变化，正确的说法是()A．逐渐增大B．逐渐减小C．先减小后增大D．先增大后减小通电导线在磁场中的平衡问题的解决方法：①分析通电导线的受力．②分析受到的磁场力的方向和大小．③根据受力平衡列方程式．④根据平衡条件找出各个力之间的关系，求出相关的物理量.一、选择题1．如图5所示，图5在匀强磁场B中，一根粗细均匀的通电导线置于程度桌面上，此时导线对桌面有压力作用，要使导线对桌面的压力为零，以下措施中可行的是()A．增大电流强度B．减小磁感应强度C．使电流反向D．使磁场反向2．如图6所示，图6A为一程度放置的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方程度放置一通电直导线，电流方向如图中所示，当圆盘沿图中所示方向高速绕中心轴OO′转动时，通电直导线所受磁场力的方向是()A．竖直向上B．竖直向下C．程度向里D．程度向外3.如下所示的四个图中，磁感线方向或平行纸面或垂直纸面，平行于纸面的导体ab中通有a→b的电流，当将ab导体以a端为轴，从图示位置逆时针转动90°角(始终在纸面内)的过程中，通电导体所受安培力方向不发生变化的是()4．如图7所示，图7两个完全一样的线圈套在一程度光滑绝缘圆柱上，但能自由挪动，假设两线圈内通以大小不等的同向电流，那么它们的运动情况是()A．都绕圆柱转动B．以不等的加速度相向运动C．以相等的加速度相向运动D．以相等的加速度相背运动5.图8把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它下端刚好跟杯中的水银面接触，并使它组成如图8所示的电路．当开关S接通后将看到的现象是()A．弹簧向上收缩B．弹簧被拉长C．弹簧上下跳动D．弹簧仍静止不动6．如图9中①②③所示，在匀强磁场中，有三个通电线圈处于如以下列图中所示的位置，那么()图9A．三个线圈都可以绕OO′轴转动B．只有②中的线圈可以绕OO′轴转动C．只有①②中的线圈可以绕OO′轴转动D．只有②③中的线圈可以绕OO′轴转动二、计算阐述题8.图11在倾角为α的光滑斜面上，置一通有电流I，长为L，质量为m的导体棒，如图。
磁场对通电导线的作用力教案
磁场对通电导线产生的作用力是一种基础物理现象，它可以用安培定理来描述。
安培定理是指，通电导线所产生的磁场会对周围的磁场产生影响，从而产生一种力的作用。
在这个作用力中，通电导线会受到磁场的推或拉的作用。
磁场对通电导线的作用力是由洛伦兹力产生的。
洛伦兹力是指一种在电荷运动时产生的作用力，它是由电荷的电荷量、速度以及磁场的大小和方向决定的。
对于通电导线来说，由于电流的存在，导线中的电子会产生运动，从而产生磁场。
当磁场与外部磁场相互作用时，就会产生洛伦兹力。
当通电导线放置在外部磁场中时，由于导线中的电子受到磁场的作用，会在导线内部产生一种电动势。
这种电动势会产生一种电流，从而在导线周围产生一个磁场。
这个磁场与外部磁场相互作用，就会产生作用力。
磁场对通电导线的作用力的大小取决于多种因素，包括导线的电荷量、导线的长度、外部磁场的大小和方向等等。
如果外部磁场是均匀的，那么导线将会受到一个恒定的力。
如果磁场不均匀，那么导线将会受到一个变化的力。
总之，磁场对通电导线的作用力是一种基础物理现象，它可以通过安培定理和洛伦兹力来描述。
了解这个作用力的原理和计算方法，有助于我们更好地理解电磁现象的本质，也有助于我们应用到各种实际情况中。
磁场对通电导线的作用力知识元安培力知识讲解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．安培力的大小（1）计算公式：F=BIL sinθ（2）对公式的理公式F=BIL sinθ可理解为F=B(sinθ)IL，此时B sinθ为B沿垂直I方向上的分量，也可理解为F=BI(L sinθ)，此时L sinθ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方向间的夹角．注意：①导线是弯曲的，此时公式F=BIL sinθ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．3．左手定则①用于判断通电直导线在磁场中的的受力方向②用于判断带电粒子在磁场中的的受力方向方法：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向（书上定义），我在这里想说一点，是不是左手定则只可以判断受力方向，我的答案是非也，在判断力的方向时，是知二求一（知道电流方向与磁场方向求力的方向），所以也可以知道力与电流求磁场，或是知道力与磁场求电流。
4．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两点：（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．的方向被唯一确定；但若已知B（或I）、F 注意：若已知B、I方向，则由左手定则得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、安简单概括磁场对电流的作用应用步骤：1．选择研究对象以及研究过程；2．在某瞬时对物体进行受力分析并应用牛顿第二定律；3．带入安培力公式和电学公式进行公式整理；4．求解，必要时对结果进行验证或讨论。
3.4 磁场对通电导线的作用力
教学要求
（一）知识与技能
1、知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BIL sinθ。
2、知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。
3、了解磁电式电流表的工作原理。
（二）过程与方法
通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系——左手定则。
（三）情感、态度与价值观
1、通过推导一般情况下安培力的公式F=BIL sinθ，使学生形成认识事物规律要抓住一般性的科学方法。
2、通过了解磁电式电流表的工作原理，感受物理知识的相互联系。
教学重点
安培力的大小计算和方向的判定。
教学难点
用左手定则判定安培力的方向。
教学方法
实验观察法、逻辑推理法、讲解法
教学用具：
蹄形磁铁多个、导线和开关、电源、铁架台、两条平行通电直导线、投影片，多媒体辅助教学设备
教学过程
（一）引入新课
教师：通过第二节的学习，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做安培力。
这节课我们对安培力作进一步的讨论。
（二）进行新课
1、安培力的方向
教师：安培力的方向与什么因素有关呢？
演示：如图所示，连接好电路。
实验（1）改变电流的方向，观察发生的现象。
［现象］导体向相反的方向运动。
（2）调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象。
［现象］导体又向相反的方向运动。
［教师引导学生分析得出结论］
（1）安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系。
（2）安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。
教师：如何判断安培力的方向呢？
［出示投影片］
通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
例：判断下图中导线A所受磁场力的方向。
解答：
（垂直于纸面向里）教师：通电平行直导线间的作用力方向如何呢？
演示：如图所示，连接好电路。
实验（1）电流的方向相同时，观察发生的现象。
［现象］两平行导线相互靠近。
实验（2）电流的方向相反时，观察发生的现象。
［现象］两平行导线相互远离。
教师：为什么会这样呢？请大家用所学知识加以分析。
如图，两根靠近的平行直导线通入方向相同的电流时，它们相互间的作用力的方向如何?
解析：两根导线的电流间的相互作用力是通过电流产生的磁场而作用的，要分析AB受力，必须先画出CD产生的磁场方向（如图），由左手定则可判知AB受到的磁场力指向CD；用同样方法先画出AB产生的磁场方向，可判知CD受到的磁场力指向AB，因而两同向电流是互相吸引。
请大家不妨根据上述分析方法，确定一下当AB和CD两根导线中通过反向电流时，它们间相互作用力的方向如何?
说明：分析通电导线在磁场中的受力时，要先确定导线所在处的磁场方向，然后根据左手定则确定通电导线的受力方向。
2、安培力的大小
教师：通过第二节课的学习，我们已经知道，垂直于磁场B放置的通电导线L，所通电流为I时，它在磁场中受到的安培力
F=BIL
教师：当磁感应强度B的方向与导线平行时，导线受力为零。
［问题］当磁感应强度B的方向与导线方向成夹角θ时，导线受的安培力多大呢？
教师投影图3.4-4，引导学生推导：
将磁感应强度B 分解为与导线垂直的分量⊥B 和与导线平行的分量//B ，则，
θsin B B =⊥
θcos //B B =
因//B 不产生安培力，导线所受安培力是⊥B 产生的，故
θsin ILB F =
此即为一般情况下的安培力公式。
3、磁电式电流表
教师：中学实验室里使用的电流表是磁电式电流表，下面我们来学习磁电式电流表的工作原理。
请同学们阅读课文，然后回答，电流表主要由哪几部分组成的？ 投影图3.4-5。
［学生答］电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成。
请同学们阅读课文，然后回答，为什么电流表可测出电流的强弱和方向？
［学生答］磁场对电流的作用力和电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力越大，线
圈和指针偏转的角度就越大，因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。
当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改变，所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？为何要如此分布？
［教师讲解］电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。
如图。
［教师进一步讲解］所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。
该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的。
这样的磁场，可使线圈转动时，它的两个边所经过的位置磁场强弱都相同，从而使表盘的刻度均匀。
请同学们阅读课文，磁电式仪表的优缺点是什么？
［学生答］磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。
如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。
（三）课堂总结、点评
教师活动：让学生概括总结本节的内容。
请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识
框架。
（四）实例探究
☆安培力的方向
【例1】如图所示，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将是_______。
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外，S极向纸内转动
D．N极向纸内，S极向纸外转动
解析：要判断磁体的转动情况，就要知道通电导线对蹄形磁铁的作用力，
而要判断磁体的作用力较为困难，我们可以假设磁铁不动，来考虑导线的受
力的情况，然后根据牛顿第三定律判断磁铁的受力情况。
首先画出导线所在位置的磁感线分布情况如图所示，导线左边与右边的
磁场方向不同，故把导线分为左右两部分.由左手定则可知左边的导线受到
向内的作用力，右边的导线受到向左的作用力，所以导线左边向内转动，右
边向外转动，现在导线固定，蹄形磁铁可以自由转动，磁铁的转动方向与导线的转动方向相反，所以蹄形磁铁的N极向外转动，S极向内转动，本题选C。
☆安培力的大小
【例2】将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。
试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。
解析：由左手定则和安培力的计算公式得：（1）因导线与磁感线平行，所以安培力为零；（2）由左手定则知：安培力方向垂直导线水平向右，大小F=BIL=１×0.1×0.2N=0.02N；（3）
安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F=BIL=0.02N。
答案：（1）0；导线与磁感线平行（2）0.02 N；安培力方向垂直导线水平向右
（3）0.02 N；安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上
说明：求安培力的大小时，要注意公式F=BIL中B与I要垂直；用左手定则判定安培力的方向时，要注意安培力既与导线垂直又与磁感线垂直，但B与I可以成任意夹角。
【例3】如图所示，一根长为L的细铝棒用两个倔强系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流I时，弹簧缩短Δy；若通以向左的电流，也是大小等于I时，弹簧伸长Δy，则磁感应强度B为_______
A.kΔy/IL
B.2kΔy/IL
C.kIL/Δy
D.2IL/kΔy
解析：设不通电时，弹簧长为x，则通向右的电流时，有
k(x-Δy)=mg-BIL
通向左的电流时，有
k(x+Δy)=mg+BIL
解得B=kΔy/IL
答案：A
作业
1、课下阅读课本第98页，做一做《用小磁针估测磁感应强度》或《旋转的液体》小实验。
2、完成P99“问题与练习”第1、2、4题。
书面完成第3题。
