学案4 通电导线在磁场中受到的力
[学习目标定位] 1.知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向.2.学会用公式F＝BIL计算B与I垂直和平行两种情况下安培力的大小3.了解磁电式电流表的基本构造及工作原理．
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垂直，它的方向可用左手定则判定：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．(如图1)
图1
二、安培力的大小
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F为F＝ILB.当磁感应强度B的方向与导线的方向平行时，导线受力为0.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＝ILBsin_θ.
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2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．
图2
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)．
一、安培力的方向
[问题设计]
按照如图3所示进行实验．
图3
(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．
通电导线在磁场中受到的力练习题及答案解析
SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
1．关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法正确的是( )
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
答案：BCD
2．(2009年高考海南卷)一根容易形变的弹性导线，两端固定．导线中通有电流，方向如图3－4－18中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是(
)
图3－4－18
解析：选D.由左手定则判断可知D正确．
3．要想提高磁电式电流表的灵敏度，可采用的办法有( )
A．增加线圈匝数
B．增加永久性磁铁的磁感应强度
C．换用弹性较强的游丝，增大反抗力矩
D．增加线圈面积
解析：选ABD.当给电流表通入电流I时，通电线圈就在安培力的作用下转动，同时螺旋弹簧即游丝变形，反抗线圈的转动．研究表明电流表灵敏度将随着线圈匝数N、线圈面积S及磁感应强度B的增大而提高，随着螺旋弹簧弹性强弱的增大而降低．故应选A、B、D.
4.
图3－4－19
直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离，直导线固定，线圈可以自由运动．当通过如图3－4－19所示的电流时(同时通电)，从左向右看，线圈将( )
A．顺时针转动，同时靠近直导线AB
B．顺时针转动，同时离开直导线AB
C．逆时针转动，同时靠近直导线AB
D．不动
解析：选C.通电圆环等效为磁针，上方为N极，直导线AB中的电流在圆环处产生的磁场方向垂直纸面向里，由此可知C正确．
通电线圈在磁场中受力会转动，当磁场改变方向时，线圈的受力方向也会改变，这是因为通电导线在磁场中会受到力的作用，这个力被称为安培力。当磁场方向改变时，安培力的方向也会随之改变，从而改变线圈的受力方向。
首先，我们需要了解磁场和安培力的基本概念。磁场是由磁体或电流产生的，它可以对放入其中的磁体或电流产生作用力。安培力就是磁场对通电导线的作用力，其大小和方向与电流的大小、导线的放置角度以及磁场的方向等因素有关。
当通电线圈放入磁场中时，磁场会对导线产生作用力，这个力会使线圈受到力的作用而转动。线圈的转动方向与磁场方向、电流方向等因素有关。如果磁场方向改变，那么安培力的方向也会随之改变，从而改变线圈的转动方向。
此外，我们还需要了解通电导线在磁场中转动的原理。当导线通电后，导线中的电子受到洛伦兹力的作用，这个力会使电子沿着导线运动。同时，磁场对电子的作用力会使电子受到向外的力，这个力会使导线受到向外的扩张力。当磁场改变方向时，电子的受力方向也会改变，从而导致导线的受力方向改变，从而使线圈转动方向改变。
另外，我们还需要了解影响线圈转动方向的因素。除了磁场方向外，线圈的放置角度、电流方向等因素也会影响线圈的转动方向。例如，如果线圈的放置角度与磁场方向垂直，那么线圈会受到最大的力而快速转动；如果放置角度与磁场方向平行，那么线圈不会转动。因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况调整线圈的放置角度和电流方向等参数，以达到所需的转动效果。
综上所述，通电线圈在磁场中受力转动时，磁场改变方向会导致线圈的受力方向改变。这是因为通电导线在磁场中受到安培力的作用，而磁场改变方向会导致安培力的方向改变，从而改变线圈的受力方向。在实际应用中，我们需要根据具体情况调整线圈的放置角度和电流方向等参数，以达到所需的转动效果。同时，我们也需要了解磁场和安培力的基本概念以及通电导线在磁场中转动的原理，以便更好地理解和应用这一现象。
磁场对通电导线的作用
首先，让我们来详细了解磁场对通电导线产生力的作用。当一个导线通过一个磁场时，磁场会对导线中的电荷施加力。这是由于电荷在磁场中运动时受到洛伦兹力的作用。洛伦兹力的大小与电荷的大小、电流的大小和磁场的大小相关。根据右手法则，当电荷的运动方向与磁场的方向垂直时，力的方向与电流的方向垂直。这就是著名的洛伦兹力。
洛伦兹力的应用非常广泛。其中一个典型的应用是电动机。在电动机中，通电导线被放置在一个强磁场中，当电流通过导线时，洛伦兹力会使得导线开始转动。这样，电能可以被转化为机械能，实现物体的运动。同样，电子在电视和计算机显示器中的运动也是通过洛伦兹力实现的。
另一个重要的作用是磁场对导线产生电磁感应现象。当一个导体相对于磁场运动时，导体中会产生感应电流。这就是著名的法拉第电磁感应定律的内容。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小取决于导体的运动速度、导体和磁场的相对速度以及磁场的强度。
磁场对导线产生电磁感应现象的应用也非常广泛。一个典型的应用是发电机。在发电机中，一个导线被放置在一个强磁场中，并通过机械力转动。当导线旋转时，感应电动势被感应出来，并使得电子在导线中流动，这样电能就被转换为机械能。
在实际应用中，磁场对通电导线的作用是不可忽视的。例如，MRI（磁共振成像）是一种医学影像技术，它可以通过产生磁场并让身体中的水分子排列起来，然后通过感应电流的方式获取图像。这种技术非常有用，可以准确地观察人体内部的问题。 在电磁学中，磁场对通电导线的作用是不可或缺的。它不仅可以产生力，还可以产生电磁感应现象。通过使用磁场对导线产生的力和电磁感应现象，我们可以实现电能转换为机械能，或者利用感应电动势从机械能转换为电能。这种技术在能源转换、电力传输和医学影像等领域具有广泛的应用。通过进一步研究和改进磁场对通电导线的作用，我们可以开发更多创新的应用，为人类的进步和发展做出贡献。
