1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.通過實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)安培力，掌握安培力的方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向之間的關(guān)系.2.理解安培力的公式F＝IlBsinθ，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.3.知道磁電式電流表的基本構(gòu)造及測(cè)量電流大小、確定電流方向的原理．一、安培力的方向1．安培力：____________在磁場(chǎng)中受的力．2．安培力的方向與____________、____________有關(guān)；安培力垂直于____________與__________決定的平面．3．左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線________________________，并使四指指向____________，這時(shí)________所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向．二、安培力的大小如圖甲、乙所示，導(dǎo)線電流為I，長(zhǎng)度為l，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.1．如圖甲，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直，此時(shí)安培力F＝________.2．如圖乙，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行，此時(shí)安培力F＝________.3．如圖丙，當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)不垂直時(shí)，此時(shí)安培力F＝____________.三、磁電式電流表1．構(gòu)造：圖中磁電式電流表各部件分別為：①永磁鐵，②________，③鐵質(zhì)圓柱，④______________，⑤________，⑥指針．2．原理：安培力與電流的關(guān)系．通電線圈在磁場(chǎng)中受到________而偏轉(zhuǎn)，線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就________．根據(jù)指針的____________，可以知道被測(cè)電流的方向．3．特點(diǎn)：極靴與鐵質(zhì)圓柱間的磁場(chǎng)都沿________方向，線圈無論轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都跟磁感線________，且線圈左右兩邊所在之處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都________．4．優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，可以測(cè)出____________的電流．缺點(diǎn)：線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流____________．1．判斷下列說法的正誤．(1)安培力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同．()(2)應(yīng)用左手定則時(shí)，四指指向電流方向，拇指指向安培力的方向．()(3)對(duì)于磁電式電流表，指針穩(wěn)定后，線圈受到的螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的．()(4)兩根通電導(dǎo)線在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若導(dǎo)線長(zhǎng)度相同，電流大小相等，則所受安培力大小相等，方向相同．()(5)將通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中某處，若通電導(dǎo)線不受安培力，說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零．()2．如圖所示，已知導(dǎo)體棒中通有電流I，導(dǎo)體棒長(zhǎng)度為l，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)導(dǎo)體棒按下面幾種方式放置時(shí)，寫出導(dǎo)體棒所受安培力的大小，并寫出安培力的方向．一、安培力的方向?qū)W(xué)探究按照如圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．(1)僅上下交換磁極的位置以改變磁場(chǎng)方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？(2)僅改變導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向是否改變？(3)仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合課本說明安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向有怎樣的關(guān)系？知識(shí)深化1．安培力方向的特點(diǎn)安培力的方向既垂直于電流方向，也垂直于磁場(chǎng)方向，即垂直于電流I和磁場(chǎng)B所決定的平面．(1)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力的方向、磁場(chǎng)方向和電流方向兩兩相互垂直．應(yīng)用左手定則判斷時(shí)，磁感線從掌心垂直進(jìn)入，拇指、其余四指和磁感線三者兩兩垂直．(2)當(dāng)電流方向跟磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，安培力的方向仍垂直于電流方向，也垂直于磁場(chǎng)方向．2．判斷安培力方向的步驟(1)明確研究對(duì)象；(2)用安培定則或根據(jù)磁體的磁場(chǎng)特征，畫出研究對(duì)象所在位置的磁場(chǎng)方向；(3)由左手定則判斷安培力方向．例1畫出下列各圖中磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力的方向．針對(duì)訓(xùn)練1如圖所示，D是置于電磁鐵兩極間的一段通電直導(dǎo)線，電流方向垂直于紙面向里，在開關(guān)S接通后，導(dǎo)線D所受安培力的方向是()A．豎直向上 B．豎直向下C．水平向左 D．水平向右左手定則應(yīng)用的兩個(gè)要點(diǎn)1．安培力方向既垂直于電流的方向，又垂直于磁場(chǎng)方向，所以應(yīng)用左手定則時(shí)，必須使大拇指指向與四指指向和磁場(chǎng)方向均垂直．2．由于電流方向和磁場(chǎng)方向不一定垂直，所以磁場(chǎng)方向可能與四指方向成某一夾角，但四指一定指向電流方向．二、安培力的大小導(dǎo)學(xué)探究(1)在如圖甲所示的探究影響安培力大小的有關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)中，把導(dǎo)線垂直放入磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)中，得出的安培力F與導(dǎo)線長(zhǎng)度l、電流大小I有怎樣的關(guān)系？(2)當(dāng)導(dǎo)線平行磁場(chǎng)方向放入時(shí)，它受到的安培力多大？(3)如圖乙，當(dāng)導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角為θ時(shí)，它受到的安培力多大？甲乙知識(shí)深化對(duì)公式F＝IlBsinθ的理解1．公式F＝IlBsinθ中B對(duì)放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)外加磁場(chǎng)的影響．2．公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角(1)當(dāng)θ＝90°時(shí)，即B⊥I，sinθ＝1，公式變?yōu)镕＝IlB.(2)當(dāng)θ＝0時(shí)，即B∥I，F(xiàn)＝0.3．公式F＝IlBsinθ中l(wèi)指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的“有效長(zhǎng)度”，彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l等于連接兩端點(diǎn)直線段的長(zhǎng)度(如圖虛線所示)；相應(yīng)的電流沿導(dǎo)線由始端流向末端．推論：對(duì)任意形狀的閉合平面線圈，當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，線圈的有效長(zhǎng)度l＝0，故通電后線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受安培力的矢量和一定為零，如圖所示．例2如圖所示，導(dǎo)線框中電流為I，導(dǎo)線框垂直于磁場(chǎng)放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，AB與CD相距為d，則MN所受安培力大小為()A．F＝BId B．F＝BIdsinθC．F＝eq\f(BId,sinθ) D．F＝BIdcosθ例3(2021·天津市求真高級(jí)中學(xué)高二期中)如圖所示，AC是一個(gè)用長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線彎成的以O(shè)為圓心的四分之一圓弧，將其放置在與平面AOC垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)在該導(dǎo)線中通過由C到A、大小為I的恒定電流時(shí)，該導(dǎo)線受到的安培力的大小和方向是()A．BIL，平行于OC向左B．eq\f(2\r(2)BIL,π)，平行于OC向右C．eq\f(2\r(2)BIL,π)，垂直A、C的連線指向左下方D．2eq\r(2)BIL，垂直A、C的連線指向左下方針對(duì)訓(xùn)練2如圖所示，直角三角形閉合線框abc處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，∠acb＝30°，磁場(chǎng)方向垂直線框平面向里，線框中通入順時(shí)針方向電流時(shí)，下列說法正確的是()A．a(chǎn)b邊受到的安培力向右B．a(chǎn)c邊受到的安培力與ab邊受到的安培力大小相等C．a(chǎn)b邊與bc邊受到的安培力的合力大于ac邊受到的安培力D．整個(gè)線框所受的安培力的合力為零三、磁電式電流表1．磁電式電流表的工作原理通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的方向不同，被測(cè)電流的方向不同．2．磁電式電流表的磁場(chǎng)特點(diǎn)兩磁極間裝有極靴，極靴中有鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向，保持線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所受安培力的方向總與線圈平面垂直，使表盤刻度均勻．3．磁電式電流表的靈敏度(1)電流表的靈敏度：是指在通入相同電流的情況下，指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，偏角越大，靈敏度越高．(2)提高靈敏度的方法：如果要提高磁電式電流表的靈敏度，就要使在相同電流下線圈所受的安培力增大，可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實(shí)現(xiàn)．例4(2022·棲霞一中高二月考)如圖甲是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)示意圖，極靴和鐵芯間的磁場(chǎng)均