高中物理選擇性必修第二冊

人教版1磁場對通電導線的作用力1.通過實驗,認識安培力。2.會用左手定則判定安培力的方向,并解答有關問題。3.學會計算安培力的大小。4.了解磁電式電流表的構造及工作原理。1.安培力:①

通電導線

在磁場中受的力。2.左手定則:伸開左手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面內;讓磁感線②

從掌心垂直進入

,并使四指指向③

電流

的方向,這時④

拇指所指

的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。

3.安培力方向與磁場方向、電流方向的關系:F⊥B,F⊥I,即F垂直于⑤

B和I

所

決定的平面。1|安培力的方向安培定則(右手螺旋定則)左手定則作用判斷電流產生的磁場方向判斷電流在磁場中的受力方向因果關系“電流”是“因”,“磁場”是“果”“磁場”和“電流”都是“因”,“力”是“果”易錯警示

安培定則與左手定則的比較內容具體情況直線電流環形電流或通電螺線管電流在磁場中具體操作拇指所指方向為電流的方向四個手指彎曲的方向指向電流的環繞方向磁感線垂直穿過手心,四指指向電流的方向結果彎曲的四指所指方向表示磁感線的方向拇指所指的方向表示軸線上的磁感線方向拇指所指的方向表示電流所受安培力的方向1.⑥

垂直

于磁場B的方向放置的長為l的導線,當通過的電流為I時,它所受的安

培力為F=⑦

IlB

。2.當磁感應強度B的方向與導線方向成θ角時,導線所受的安培力F=⑧

IlBsinθ

。2|安培力的大小3|磁電式電流表1.原理:通電線圈因受安培力而轉動。2.基本組成:磁體和放在磁體兩極之間的線圈。3.特點:電流表的兩磁極裝有極靴,極靴之間有一個軟鐵制成的圓柱,極靴與圓柱間

的磁場都沿半徑方向,使線圈平面在各個位置都與磁感線平行,線圈左右兩邊所在

之處的磁感應強度的大小都相等,從而使表盤刻度均勻。4.工作原理如圖所示是線圈在磁場中受力的示意圖。當電流通過線圈時,導線受到安培力的作用,由左手定則知,線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反,于是架在軸上的線圈

就要轉動,此時螺旋彈簧變形,反抗線圈的轉動,電流越大,安培力就越大,螺旋彈簧的形變也就越大,所以,從線圈偏轉的角度就能判斷通過電流的大小。線圈中的電流方向改變時,安培力的方向隨著改變,指針的偏轉方向也隨著改變。所以,根據指針的偏轉方向,可以知道被測電流的方向。5.優缺點優點是靈敏度高,可以測出很弱的電流;缺點是線圈的導線很細,允許通過的電流很弱。1.柔軟導線繞成的單匝矩形線圈,放在光滑的水平面上,當給線圈通上電流時,其形

狀將變成圓。(√)2.如圖甲所示,把柔軟的鋁箔條折成天橋狀,并用膠紙將其兩端固定在桌面上,使蹄

形磁鐵橫跨過“天橋”,當電池與鋁箔條接通時,鋁箔條中部將向上方運動。(

√)判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“?”。3.如圖乙所示,在薄金屬圓筒表面通以環繞圓筒、分布均勻的恒定電流時,由于受磁場力的作用,該圓筒的形變趨勢為沿軸線上下拉伸,同時沿半徑向內收縮。

(

?)4.通電導線在磁場中一定受安培力。

(

?)當通電導線平行磁場方向放置時,通電導線受到的安培力為零。5.處于勻強磁場中的某段導線,所通電流越大,所受安培力越大。

(

?)6.磁電式電流表指針的偏轉角度與通入的電流成正比。

(√)1|安培力的方向及大小情境

電磁炮是利用電磁發射技術制成的一種先進的殺傷武器。與傳統的大炮發

射炮彈時,將火藥燃氣壓力作用于彈丸不同,電磁炮是利用電磁系統中電磁場的作

用力,其作用的時間要長得多,可大大提高彈丸的速度和射程,因而引起了世界各國

軍事家們的關注。在未來武器的發展計劃中,電磁炮已成為越來越重要的部分。問題1.電磁炮的炮彈作為一個載流導體,在磁場作用下沿導軌加速,使炮彈獲得極大的

發射速度。下列各俯視圖中正確表示磁感應強度B方向的是哪個?提示:電流由電源正極經炮彈流向電源負極,炮彈受到的安培力方向應水平向右,由

左手定則判斷可知B項正確。2.在軌道寬度不變的情況下,要想提高炮彈的發射速度,可適當增大哪些因素?提示:炮彈在軌道內運動的位移一定,由v2=2ax可知,要想提高炮彈的發射速度,應增大加速度a,故應增大安培力的大小,由F=IlB可知應適當增大電流或磁感應強度。3.使電流和磁感應強度的方向同時反向,炮彈的發射方向亦將隨之反向嗎?提示:若使電流和磁感應強度的方向同時反向,則安培力方向不變,所以炮彈的發射

方向不變。安培力方向的特點1.當電流方向跟磁場方向垂直時,安培力的方向、磁場方向和電流方向兩兩相互垂

直。應用左手定則判斷時,磁感線從掌心垂直進入,拇指、其余四指和磁感線三者

兩兩垂直。2.當電流方向跟磁場方向不垂直時,安培力的方向仍垂直于電流方向,也垂直于磁

場方向。應用左手定則判斷時,拇指與四指、拇指與磁感線均垂直,但磁感線與四

指不垂直,磁感線從掌心進入即可。安培力的大小1.同一通電導線,按不同方式放在同一磁場中,受力情況不同(1)如圖甲,通電導線與磁場方向垂直,此時安培力最大,F=IlB。(2)如圖乙,通電導線與磁場方向平行,此時安培力最小,F=0。(3)如圖丙,通電導線與磁場方向成θ角,此時可以分解磁感應強度,如圖丁所示,于是

有安培力大小為F=IlBsinθ,這是一般情況下安培力的表達式。2.幾點說明(1)F=IlB

sinθ適用于勻強磁場中的通電直導線,求彎曲導線在勻強磁場中所受的安

培力時,l為有效長度,即導線兩端點所連的線段長度,相應的電流方向沿線段由始

端指向末端,如圖所示。(2)同樣情況下,通電導線與磁場方向垂直時,它所受的安培力最大;通電導線與磁場

方向平行時,它不受安培力;通電導線與磁場方向斜交時,它所受的安培力介于0和

最大值之間。(3)在非勻強磁場中,只要通電直導線所在位置的各點磁感應強度B相同(包括大小

和方向),則導線所受安培力也能用上述公式計算。(4)當電流同時受到幾個安培力時,電流所受的安培力為這幾個安培力的矢量和。2|安培力作用下導體運動方向的判斷電流元法把整段導線分為多段電流元,先用左手定則判斷每段電流元所受安培力的方向,然后判斷整段導線所受安培力的方向,從而確定導線運動方向等效法環形電流可等效成小磁針,通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環形電流(反過來等效也成立),然后根據磁體間或電流間的作用規律判斷結論法兩平行直線電流在相互作用過程中,無轉動趨勢,同向電流互相吸引,反向電流互相排斥;不平行的兩直線電流相互作用時,