第三章 磁场 第三节 探究安培力 第四节 安培力的应用

4通电导线在磁场中受到的力[学习目标] 1.知道什么是安培力，会用左手定则判定安培力的方向.2.掌握安培力的公式F＝ILB sin θ，并会进行有关计算.3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理．一、安培力的方向1．安培力：通电导线在磁场中受的力．2．左手定则：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个平面内；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的方向．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，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＝ILB sin_θ.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安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大．根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向．2．构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．线圈平面与磁场方向平行，如图1所示．图14．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱．1．判断下列说法的正误．(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同．(×)(2)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．(√)(3)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的．(√)(4)对于磁电式电流表，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大．(√)(5)对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关．(√)2．如图2所示，已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为L，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，并写出安培力的方向．图2答案(1)ILB垂直于导体棒斜向左下(2)ILB垂直纸面向外(3)ILB垂直于导体棒斜向右下(4)0一、安培力的方向按照如图3所示进行实验．图3(1)仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)仅改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)受力的方向改变(2)受力的方向改变安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则1．安培力方向的特点安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所决定的平面．(1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直．应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直．(2)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方向，也垂直于磁场方向．应用左手定则判断时，磁感线斜着穿入掌心．2．平行通电直导线间的相互作用同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．例1画出图4中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)．图4答案如图所示解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则．二、安培力的大小(1)在如图5所示的探究影响安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁场(磁感应强度为B)中，得出的安培力F与导线长度L、电流大小I有怎样的关系？图5(2)当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？(3)当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？答案(1)F＝BIL(2)0(3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则B⊥＝B sin θ，F＝B⊥IL＝BIL sin θ.对公式F＝ILB sin θ的理解1．公式F＝ILB sin θ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＝ILB sin θ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，等于连接两端点直线的长度(如图6所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端．图63．公式F＝ILB sin θ中θ是B和I方向的夹角(1)当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式变为F＝ILB.(2)当θ＝0°时，即B∥I，F＝0.例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度均为B，对于下列各图中导线所受安培力的大小计算正确的是()答案 A解析 题A 图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故F ＝BIL cos θ，A 正确；题B 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，B 错误；题C 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，C 错误；题D 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，D 错误．例3 (多选)如图7所示，一段导线abcd 位于磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab 、bc 和cd 的长度均为L ，且∠abc ＝∠bcd ＝135°，流经导线的电流为I ，方向如图中箭头所示．关于导线abcd 所受到的磁场的作用力的合力，下列说法正确的是( )图7A ．方向沿纸面垂直bc 向上，大小为(2＋1)ILBB ．方向沿纸面垂直bc 向下，大小为(2＋1)ILBC ．若在纸面内将abcd 逆时针旋转30°，力的大小不变D ．若在纸面内将abcd 逆时针旋转60°，力的大小减半答案 AC解析 整段导线的有效长度为(2＋1)L ，由安培力公式F ＝BIL 可知，导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力大小为(2＋1)BIL ，方向竖直向上．在纸面内将abcd 旋转任何角度，安培力的大小均不变，故A 、C 正确，B 、D 错误．三、安培力的实际应用例4 (2020·北京市朝阳区高二期中)一种可测量磁感应强度大小的实验装置如图8所示．磁铁放在水平放置的电子测力计上，两极之间的磁场可视为水平匀强磁场．其余区域磁场的影响可忽略不计．此时电子测力计的示数为G 1.将一直铜条AB 水平且垂直于磁场方向静置于磁场中．两端通过导线与电源、开关、滑动变阻器和电流表连成闭合回路．闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，当电流表示数为I 时，电子测力计的示数为G 2，测得铜条在匀强磁场中的长度为L .铜条始终未与磁铁接触，对上述实验下列说法正确的是( )图8A ．铜条所受安培力方向竖直向下B ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 1－G 2ILC ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 2－G 1ILD ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 1＋G 2IL答案 C解析 由左手定则可知，铜条所受安培力方向竖直向上，选项A 错误；由牛顿第三定律可知，铜条对磁铁有向下的作用力，使得电子测力计的示数增加，由平衡条件可知：G 2－G 1＝BIL ，则铜条所在处磁场的磁感应强度大小为B ＝G 2－G 1IL，选项C 正确，B 、D 错误．1．(安培力的方向)(2019·静海一中高二上调研)图中B 表示磁感应强度，I 表示通电长直导线中的电流，F 表示磁场对导线的作用力．它们三者的方向间的关系，正确的是( )答案 A解析 由左手定则可知，A 中导线所受安培力向上，B 中导线所受安培力向左，C 中导线所受安培力向下，D 中导线所受安培力向左，故A 正确．2．(安培力的大小)如图9所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I ，磁感应强度为B ，则各导线所受到的安培力分别为：图9F A ＝______，F B ＝______，F C ＝______，F D ＝______.答案 BIL cos α 2BIL 2BIR 03．(磁电式电流表)(多选)(2019·银川一中高二上期末)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表．这种电流表的构造如图10甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，如图乙所示，下列说法正确的是( )图10A．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀强磁场B．磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用答案CD。

第三章第四节：第四节安培力的应用说课稿一、说教材:本节教材首先讨论安培力应用的重要实例---直流电动机，这里安排的实验探究，比学生在初中进行过的实验有更高的要求。

然后讨论安培力应用的另一个实例---磁电式电表，原理上只要求学生知道是安培力产生的力矩使线圈发生转动，不要求学生了解力矩平衡方程式以及刻度均匀的道理。

根据如上分析，可确定出本节教学的目标：知识与技能：1、通过实验与探究，了解直流电动机的原理。

2、通过观察与思考，了解磁电式电表的原理。

过程与方法：经历探究直流电动机工作原理的过程，认识物理实验在提高直流电动机性能中的作用。

情感态度与价值观：1、通过对安培力规律的探究活动，培养学生尊重事实，实事求是的科学态度。

电动机的工作原理既是重点也是难点。

二、说教法、学法直流电动机和磁电式电表的原理涉及安培力力矩的作用效果，只要求学生知道效果是使线圈发生转动即可，因此，教法上，采取直观、探索、类比和正面导入的启发式教学法。

三、说程序⑴新课引入电动机是利用安培力使通电线圈转动的实例也是将电能转化为机械能的重要装置。

这节课我们通过实验了解直流电动机的原理。

⑵新课教学1、直流电动机完成小实验——让直流电动机动起来.•提出问题让学生思考：•①线圈的转动是怎样产生的?•②线圈的转动体现了能量如何转化?•③怎样才能使线圈持续转动？•④怎样才能改变电动机转速?•⑤怎样才能改变电动机转向?•⑥生活、生产中直流电动机有哪些用途？答：安培力矩的作用使线圈转动，体现了电能向机械能的转化，只要使线圈始终保持固定方向（顺时针或逆时针）的电流，就能使线圈持续转动；改变输入电压可改变转速；改变输入电压的极性可改变电动机转向；主要用在需要调速的设备中，比如无轨电车和电气机车等。

2、磁电式电表观察与思考---请仔细观察课本P84图3-4-3或电表实物.提出问题让学生思考：①线圈的转动是怎样产生的?②线圈为什么不一直转下去？③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?④使用时要特别注意什么?答：安培力矩的作用使线圈转动；因为有螺旋弹簧的反向力矩的阻碍，线圈将停在某个位置上；电流越大，安培力矩也就越大，线圈和指针偏转的角度也就越大。