c教案 选修31 0304通电导线在磁场中受到的力（优秀）_通电导线在磁场中的力

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高中物理新课程教案（选修3－1）

第三章

磁场

2011年6月

第四节 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，会推导安培力公式F=BILsinθ。

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。学习重点：安培力的大小计算和方向的判定。学习难点：用左手定则判定安培力的方向。【教学过程】

安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。

（一）安培力的方向 1．判断方法：左手定则

2．方向：F安⊥B，F安⊥I。即F安垂直于B和I决定的平面。但B与I的方向不一定垂直。

3．安培力F、磁感应强度B、电流1三者的关系

①已知I,B的方向，可惟一确定F的方向；

②已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定I的方向；

③已知F,1的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定．

4．由于B,I,F的方向关系常是在三维的立体空间，所以求解本部分问题时，应具有较好的空间想象力，要善于把立体图画变成易于分析的平面图，即画成俯视图，剖视图，侧视图等．

第4节

通电导线在磁场中受到的力高中物理新课程教案（选修3－1）

第三章

磁场

2011年6月

【例1】如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线通以如图所示方向电流时（）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

（二）安培力的大小

1．公式：

2．适用条件

①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，甲中：l/2l，乙中：L/=d(直径）＝2R（半圆环且半径为R)②安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心；

③安培力做功:做功的结果将电能转化成其它形式的能．

（三）电流表的工作原理

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．当电流通过线圈的时候，线圈上跟铁芯的轴平行的两边都受安培力作用，如图所示，这两个力产生的力矩使线圈发生转动，线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动角度的增大而增大．当这种阻碍线圈转动的力矩增大到同安培力产生的使线圈发生转动的力矩平衡时，线圈停止转动．即：Kθ=NBIS 安培力F∝I，所以I越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度θ就越大．当线圈中的电流方向改变时，安培力F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．

第4节

通电导线在磁场中受到的力高中物理新课程教案（选修3－1）

第三章

磁场

2011年6月

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．（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．

（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．

（4）利用结论法：①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．

（5）转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向．

（6）分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤 ①画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况 ②用左手定则确定各段通电导线所受安培力 ③)据初速方向结合牛顿定律确定导体运动情况 【作业】

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

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 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

4.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

第4节

通电导线在磁场中受到的力

高中物理新课程教案（选修3－1）

第三章

磁场

2011年6月

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

5．(2011年厦门一中高二检测)如图3－4－20所示，在同一水平面上的两根导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，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，金属棒做匀速直线运动；当金

2属棒中的电流增加到8 A时，金属棒的加速度为2 m/s，求磁场的磁感应强度的大小．

6．如图3－4－28所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m．质量为6×10－2 kg的通电直导线，电流I＝1 A，方向垂直纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T，方向竖直向上的磁场中，设t＝0，B＝0，则需要多长时间斜面

2对导线的支持力为零？(g取10 m/s)

7.(2011年洛阳市高二检测)如图3－4－29所示，PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨，相距1 m，导体棒ab跨放在导轨上，导体棒的质量m＝0.2 kg，导体棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体质量M＝0.3 kg，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5.匀强磁场的磁感应强度B＝2 T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在导体棒中通入多大的电流？方向如何？

8．如图3－4－30所示，两平行光滑导轨相距为L＝20 cm，金属棒MN的质量为m＝10 g，电阻R＝8 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，方向竖直向下，电源电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，当开关S闭合时，MN恰好平衡，求变阻器R1的取值为多少？设θ2＝45°，g取10 m/s.第4节

通电导线在磁场中受到的力