(人教版选修3-1)3.4磁场对通电导线的作用力

高中物理学习材料（灿若寒星**整理制作）3.4 磁场对通电导线的作用力【大成目标】（目标解读及课堂组织2分钟）1、知道什么是安培力，写出安培力公式；(重点)2、知道左手定则的内容；3、会用公式F=BIL 解答通电导线的相关问题；(难点)4、了解磁电式电流表的工作原理。

【使用说明】1、依据大成目标认真自学，精读教材并完成基础案，疑点用红笔做好标记；2、规范书写，保质保量完成导学案；2、建议1课时。

1．磁场对 的作用力通常称为安培力。

2． 磁场方向的通电直导线，受到的安培力的大小的跟通电导线在磁场中的长度有关，导线长作用力 ；导线短，作用力 。

用公式表示为 。

3．如果磁场方向与电流方向夹角为θ时，安培力的大小 ，方向仍可用 定则判定。

4．左手定则：让磁感线垂直穿入 ，四指指向 方向，拇指所指 的方向。

5． 在磁电式电流表中，蹄形磁铁和铁心间的磁场是 的。

合作探究1：电流间的相互作用(小组合作讨论，交流展示，6分钟)如图，两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将（ B ）A ． 吸引 基础案（课前10分钟,课中3分钟展示点评） 探究案（22分钟）温馨提示：电流产生磁场，磁场对通电导线产生力。

B ． 排斥C ． 保持静止D ． 边吸引边转动思考探究2：安培力作用下的平衡问题（小组交流展示分钟8）如图所示，长L 、质量为m 的金属杆ab ，被两根竖直的金属丝静止吊起，金属杆ab 处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中。

当金属杆中通有方向a →b 的电流I 时，每根金属丝的拉力大小为T 。

当金属杆通有方向b →a 的电流I 时，每根金属丝的拉力大小为2T 。

求磁场的磁感应强度B 的大小。

思考探究3：运动分析（小组交流展示，8分钟）如图所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线AB 水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，导线的运动情况是（从上往下看）（ C ）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，同时上升解答：两个磁极对电流的安培力方向不同，把电流分为两部分，左半部分受力方向向外，右半部分受力向里。

§3.4磁场对通电导线的作用力(1)【学习目标】------安培力1.知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向.2.理解并掌握安培力的计算公式F=BIL sinθ.3.了解磁电式电流表的基本构造及工作原理．【重点、难点】用左手定则判定安培力方向；用公式计算安培力的大小【课前预学】一、安培力的方向通电导线在磁场中所受安培力的方向，与导线、磁感应强度的方向都，它的方向可用判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指，并且都与手掌在；让磁感线从掌心，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是所受安培力的方向．(如图所示)二、安培力的大小1.垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力为F ＝.2.当磁感应强度B的方向与导线的方向平行时，导线受力为.3.当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，导线受力为F＝.三、磁电式电流表1．磁电式仪表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈．如图所示，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．磁电式仪表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)．【课堂学习活动】活动一、认识安培力的方向[问题设计]按照如图所示进行实验．(1)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)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，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？[要点提炼]1．安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则．(1)F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面．(2)磁场方向和电流方向不一定垂直．用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心．2．判断电流磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则．3．推论：平行通电导线之间，同向电流相互，反向电流相互．活动二、掌握安培力的大小计算[问题设计]1．在定义磁感应强度时，让一小段通电导线放入磁场，可得F＝ILB，此公式的适用条件是什么？2．当导线平行于磁场方向放置时，导线受力为多少？[要点提炼]1．安培力大小的计算公式F＝，θ为磁感应强度方向与导线方向的夹角．(1)当θ＝90°，即B与I垂直时，F＝；(2)当θ＝0°即B与I平行时，F＝.2．当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端．活动三、了解磁电式电流表1．磁电式电流表的主要构成，由五部分组成： (1)磁性很强的蹄形磁铁；(2)圆柱形铁芯，固定在磁铁的两极间； (3)套在铁芯上可绕轴转动的铝框； (4)绕在铝框上的线圈；(5)铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针． 2．电流表的工作原理．如图所示，磁场的方向总沿着径向均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是相等的，保证B 的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈垂直．当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，I 与指针偏角θ成正比，表盘刻度均匀(均匀、不均匀)．所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小．3．优、缺点：优点是灵敏度高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．活动四、例题精析： 一、对安培力方向的判定例1 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向规律总结 1.判断安培力的方向，要先明确磁场的方向和电流的方向，用左手定则判断，不要“习惯性”地用错右手．实际上左手定则揭示了磁感应强度、电流、安培力这三个物理量方向之间的关系，知道其中任意两个方向，可以由安培定则判断第三个方向．ＢＣＡＤEF GH2．分析安培力方向时，左手定则和安培定则往往同时使用，要特别注意它们的不同：安培定则用来判断电流的磁场方向，用右手；左手定则用来判断电流的受力方向，用左手．【针对训练】如图所示，棒ab均处于静止状态，试分别画出棒ab的受力分析示意图。

磁场对通电导线的作用力学案一、教学目标（一）知识与技能1、知道什么是安培力。

知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。

知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题.2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL.3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。

（二）过程与方法通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算。

培养学生的间想像能力。

（三）情感态度与价值观使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法.并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解，感受物理知识之间的联系。

二、重点与难点：重点：安培力的方向确定和大小的计算。

难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。

三、教具：磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、滑动变阻器、多媒体。

四、教学过程：复习引入让学生回忆在在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。

过渡：本节我们将对安培力做进一步的讨论。

（二）新课讲解-----第四节、磁场对通电导线的作用力安培力：磁场对电流的作用力.安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献.1．安培力的方向【演示】按照P85图3。

1—3所示进行演示。

（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.（P96图3。

4-1）如何判断安培力的方向呢？人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律一一左手定则．左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向．（如图）。

基础达标1.图3-4-8中的通电导线在磁场中受力分析正确的是（ ）图3-4-8答案:C2.在赤道上空,沿东西水平方向放置一根导线，通以由西向东的电流，则导线受地磁场的作用力的方向向__________.答案:上3.在一匀强磁场中放一通电直导线，方向与磁场成30°角，导线为0.2 m,通以10 A 电流，测得它受到的磁场力为0.4 N.该磁场的磁感应强度为__________.答案:0.4 T4.下列叙述正确的是（ ）A.放在匀强磁场中的通电导线受到恒定的磁场力B.沿磁感线方向，磁场逐渐减弱C.磁场的方向就是通电导体所受磁场力的方向D.安培力的方向一定垂直磁感应强度和直导线所决定的平面答案:AD图3-4-95.如图3-4-9所示，A 为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图.当圆盘高速绕中心轴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.水平向里D.水平向外 答案:C图3-4-106.如图3-4-10，AB 为绝缘杆，a 、b 为轻质细导线，MN 为金属杆,长0.4 m 、质量为20 g.现给MN 通以8 A 的电流，且将装置放在竖直向下的磁感应强度为0.5 T 的磁场中，确定MN 杆的最后位置.答案:MN 向里摆,与竖直方向成arctan 54的角图3-4-117.如图3-4-11,条形磁铁放在水平桌面上，现在其正上方放上垂直纸面向里的通电导线，则条形磁铁对桌面的压力将____________（填“大于”“等于”或“小于”）重力.答案:小于能力提高8.（2005年上海）通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图3-4-12所示的电流时，通电直导线A受到水平向____________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水平向____________.图3-4-12 图3-4-13解析：由图可知，直导线A位于导线环B产生的垂直磁场中，根据左手定则可判断导线A 受到的安培力方向向右，当A、B中的电流方向改变时导线A处于导线B产生的垂直向外的磁场中，同时导线A的电流方向改变，依据左手定则可以判定，A受安培力仍水平向右. 答案:右右9.如图3-4-13所示，固定的蹄形磁铁上方水平放置一通电直导线，导线中通以向右的电流，若导线可以自由运动，试判断其运动情况.解析：画出蹄形磁铁的磁感线分布.题图中虚线为界线，导线左、右两端受力方向分别为左端向外、右端向内，因此从上向下看导线逆时针转动；转90°后电流已变成向内,如图乙，再由左手定则判断出导线受力向下，因此导线又向下运动，故导线逆时针转动的同时又向下运动.答案:导线逆时针转动，同时又向下运动图3-4-1410.如图3-4-14所示，在同一水平面的两导轨相互平行，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.则磁场的磁感应强度为多少？解析：对金属棒进行受力分析,利用牛顿第二定律可得：当金属棒中的电流为5 A时BI 1L-F 阻=0 ① 当金属棒中的电流为8 A 时BI 2L-F 阻=ma ② 由①②整理方程组可得： B=L I I m a )(12-=2)58(26.3⨯-⨯ T=1.2 T. 答案:B=1.2 T视野拓展断开的磁铁可以在断口相吸吗？你见过一些具有磁铁作用的磁性塑料吧？如果把一块这样的磁性塑料分成两片，这两片可不可以在断口相吸呢？钢铁的内部都含有无数具有磁性的微小区域，叫做磁区或磁畴.一块没有磁性的钢铁，它的磁区的方向是凌乱的.箭头的一端代表N 极，箭尾的一端代表S 极.由于磁区的方向凌乱，这块钢铁对外界钢铁的吸力和斥力就互相抵消，合力为零.当一块钢铁被磁化成磁铁之后，内部的磁区就朝着同一方向.整个钢块一端呈N 极，一端呈S 极，对外界的钢铁就产生磁力了.当磁铁或磁性塑料被分为两片时，它能否在断口相吸，就视它怎样被分裂而定.如图3-4-15a 和c ，两个断口之间一端均为N 极，另一端均为S 极，故为相斥，除非把任一片倒转才能相吸.图3-4-15图3-4-15B 中，两个断口一端为N 极，一端为S 极，故能相吸复合起来.。