第三章磁場磁場對通電導線的作用力【教學目標】1．知道什么是安培力。2．知道左手定則的內容，會用左手定則熟練地判定安培力方向，并會用它解答有關問題。3、會用安培力公式F=BIL解答有關問題。重點：左手定則的運用難點：安培力的方向確定和大小的計算。【自主預習】1、安培力的方向既跟________方向垂直，又跟__________方向垂直，也就是說，安培力的方向總是垂直于_________________________所在的平面.2、如何判斷安培力的方向呢？人們通過大量的實驗研究，總結出通電導線受安培力方向和電流方向、磁場方向存在著一個規___________________．左手定則：伸開_____手，使大拇指跟其余四個手指_________，并且跟手掌在__________內，把手放人______場中，讓磁感線_________穿入手心，并使伸開的四指指向__________方向，那么，________所指的方向，就是________________________的方向．3、安培力的大小通電導線（電流為I、導線長為L）和磁場（B）方向垂直時，通電導線所受的安培力的大小：______________，此時電流受的安培力___________。兩種特例：即F=ILB(I___B)和F=0(I____B)。4、磁電式電流表的組成：永久磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧、指針、刻度盤.（最基本的是_________和____________）5、電流表的工作原理是____________________________________。【典型例題】一、安培力方向的判斷【例1】如圖3－4－6所示，用兩根相同的細繩水平懸掛一段均勻載流直導線MN，電流I方向從M到N，繩子的拉力均為F.為使F＝0，可能達到要求的方法是()A．加水平向右的磁場B．加水平向左的磁場C．加垂直紙面向里的磁場D．加垂直紙面向外的磁場二、安培力的大小【例2】一根長為m、電流為2A的通電導線，放在磁感應強度為T的勻強磁場中，受到磁場力的大小可能是()A．NB．NC．ND．0三、安培力的計算【例3】如圖1所示，在同一水平面的兩導軌相互平行，并在豎直向上的磁場中，一根質量為kg、有效長度為2m的金屬棒放在導軌上，當金屬棒中的電流為5A時，金屬棒做勻速運動；當金屬棒中的電流增大到8A時，金屬棒能獲得2m/s2的加速度．則磁場的磁感應強度為多少？拓展：導體棒在磁場中受到幾個力的作用？當金屬棒中的電流為5A時，金屬棒做勻速運動，可以得到什么結論？什么力產生了加速度？四、安培力作用下物體的平衡問題【例4】如圖所示，導體桿ab的質量為m，電阻為R，放置在與水平面夾角為θ的傾斜金屬導軌上，導軌間距為d，電阻不計，系統處在豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度為B，電池內阻不計，問：若導線光滑，電源電動勢E多大才能使導體桿靜止在導軌上?五、安培力作用下物體的運動問題【例5】．如圖7所示，兩個完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上，但能自由移動，若兩線圈內通以大小不等的同向電流，則它們的運動情況是()A．都繞圓柱轉動B．以不等的加速度相向運動C．以相等的加速度相向運動D．以相等的加速度相背運動．【課后練習】1．關于磁場對通電直導線的作用力(安培力)，下列說法中正確的是()A．通電直導線在磁場中一定受到安培力的作用B．通電直導線在磁場中所受安培力的方向一定跟磁場的方向垂直C．通電直導線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直D．通電直導線在磁場中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面2.在圖中，標出了磁場的方向、通電直導線中電流I的方向，以及通電直導線所受安培力F的方向，其中正確的是()3.通電直導線A與圓形通電導線環B固定放置在同一水平面上，通有如圖3－4－7所示的電流時，通電直導線A受到水平向________的安培力作用．當A、B中電流大小保持不變，但同時改變方向時，通電直導線A所受到的安培力方向水平向______．4．如圖5所示，在勻強磁場B中，一根粗細均勻的通電導線置于水平桌面上，此時導線對桌面有壓力作用，要使導線對桌面的壓力為零，下列措施中可行的是()A．增大電流強度B．減小磁感應強度C．使電流反向D．使磁場反向5．如圖6所示，A為一水平放置的橡膠盤，帶有大量均勻分布的負電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導線，電流方向如圖中所示，當圓盤沿圖中所示方向高速繞中心軸OO′轉動時，通電直導線所受磁場力的方向是()A．豎直向上B．豎直向下C．水平向里D．水平向外6.如下所示的四個圖中，磁感線方向或平行紙面或垂直紙面，平行于紙面的導體ab中通有a→b的電流，當將ab導體以a端為軸，從圖示位置逆時針轉動90°角(始終在紙面內)的過程中，通電導體所受安培力方向不發生變化的是()7.把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來，使它下端剛好跟杯中的水銀面接觸，并使它組成如圖8所示的電路．當開關S接通后將看到的現象是()A．彈簧向上收縮B．彈簧被拉長C．彈簧上下跳動D．彈簧仍靜止不動8．如圖9中①②③所示，在勻強磁場中，有三個通電線圈處于如下圖中所示的位置，則()A．三個線圈都可以繞OO′軸轉動B．只有②中的線圈可以繞OO′軸轉動C．只有①②中的線圈可以繞OO′軸轉動D．只有②③中的線圈可以繞OO′軸轉動9．如圖10甲所示是磁電式電表的結構圖，圖乙是磁極間的磁場分布圖，以下選項中正確的是()①指針穩定后，線圈受到螺旋彈簧的力矩與線圈受到的磁力矩方向是相反的②通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉的角度也越大③在線圈轉動的范圍內，各處的磁場都是勻強磁場④在線圈轉動的范圍內，線圈所受磁力矩與電流有關，而與所處位置無關A．①②B．③④C．①②④D．①②③④10.在傾角為α的光滑斜面上，置一通有電流I，長為L，質量為m的導體棒，如圖11所示，試問：(1)欲使棒靜止在斜面上，外加勻強磁場的磁感應強度B的最小值和方向．(2)欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力，外加勻強磁場的磁感應強度B的大小和方向．11．如圖12所示，導軌間的距離L＝0.5m，B＝2T，ab棒的質量m＝1kg，物塊重G＝3N，ab棒與導軌間的動摩擦因數μ＝，電源的電動勢E＝10V，r＝Ω，導軌的電阻不計，ab棒電阻也不計，問R的取值范圍怎樣時棒處于靜止狀態？(g取10m/s2)答案：例1.答案C解析要使繩子的拉力變為零，加上磁場后，應使導線所受安培力等于導線的重力，由左手定則可判斷，所加磁場方向應垂直紙面向里，導線所受安培力向上例2.答案BCD解析據安培力的定義，當磁感應強度B與通電電流I方向垂直時，磁場力有最大值為F＝BIL＝×2×N＝N．當兩方向平行時，磁場力有最小值為0N．隨著二者方向夾角的不同，磁場力大小可能在N與0N之間取值.例3.解析對金屬棒進行受力分析，利用牛頓第二定律可得：當金屬棒中的電流為5A時BI1L－F阻＝0當金屬棒中的電流為8A時BI2L－F阻＝ma由①②整理方程組可得：B＝eq\f(ma,(I2－I1)L)＝eq\f×2,(8－5)×2)T＝T答案T例4.[解析]由閉合電路歐姆定律得：E=IR，導體桿受力情況如圖所示，則由共點力平衡條件可得F安=mgtanθ，F安=BId，由以上各式可得出E=mgRtanθ/Bd．例5.答案C解析同向環形電流間相互吸引，雖然兩電流大小不等，但據牛頓第三定律知兩線圈間相互作用力必大小相等，所以選C項課后練習1.答案BCD2.答案C3.答案右右解析由圖可知，直導線A位于導線環B產生的垂直向里的磁場中，根據左手定則，可判斷導線A受到的安培力方向向右．當A、B中的電流方向改變時，A導線處于導線B產生垂直向外的磁場中，同時導線A的電流方向改變，依據左手定則可以判定，A受安培力仍水平向右．4.答案A5.答案C解析根據圓盤帶電性質和旋轉方向，可知圓盤上方磁場向上，根據左手定則可知導線受力水平向里．6.答案AB7.答案C解析當彈簧在重力作用下與液面接觸后構成回路，開關S接通螺線管每一環中電流方向同向，相互吸引而收縮，收縮后電路斷路，彈簧恢復原長，電路又重新接通，如此往復．8.答案B解析①線圈中導線受力在水平方向；②線圈中導線受一轉動力矩；③線圈中導線不受力．9.答案C解析當阻礙線圈轉動的力矩增大到與安培力產生的使線圈轉動的力矩平衡時，線圈停止轉動，即兩力矩大小相等、方向相反，故①正確．磁電式電流表蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻輻向分布的，不管線圈轉到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，均勻輻向分布的磁場特點是大小相等、方向不同，故③錯，④正確．電流越大，電流表指針偏轉的角度也越大，故②正確，故C正確．10.答案(1)eq\f(mgsinα,IL)垂直斜面向上(2)eq\f(mg,IL)水平向左解析(1)棒在斜面上處于靜止狀態，故受力平衡．棒共受三個力作用：重力大小為mg，方向豎直向下；彈力垂直于斜面，大小隨磁場力的變化而變化；磁場力始終與磁場方向及電流方向垂直，大小隨磁場方向不同而改變，但由平衡條件知：斜面彈力與磁場力的合力必與重力mg等大反向，故當磁場力方向與彈力方向垂直即沿斜面向上時，安培力最小Fmin＝mgsinα，所以B＝eq\f(mgsinα,IL)，由左手定則知：B的方向應垂直于斜面向上．(2)棒靜止在斜面上，又對斜面無壓力，則棒只受兩個力作用，即豎直向下的重力mg和磁場力F，由平衡條件知F＝mg，且磁場力F豎直向上，所