人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE1

第1節(jié)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念知道安培力的概念，會(huì)用左手定則判定安培力的方向，知道安培力的大小計(jì)算公式，了解磁電式電流表的構(gòu)造及其工作原理?？茖W(xué)思維會(huì)用安培力的公式F＝IlBsinθ進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。科學(xué)探究探究安培力的方向?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任了解安培對(duì)電磁學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)。知識(shí)點(diǎn)一安培力的方向〖觀圖助學(xué)〗做如圖所示的演示實(shí)驗(yàn)觀察(1)交換磁極位置，導(dǎo)體受力方向是否改變？(2)改變電流方向，導(dǎo)體受力方向是否改變？請(qǐng)用簡(jiǎn)潔的語言描述安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的關(guān)系。1.安培力：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力。2.安培力的方向：用左手定則判定。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)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指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。3.安培力方向的特點(diǎn)安培力方向與導(dǎo)線方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直，即垂直于導(dǎo)線、磁感應(yīng)強(qiáng)度決定的平面?！妓伎寂袛唷?1)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定會(huì)受到安培力的作用。(×)(2)只知道安培力的方向和磁場(chǎng)方向(或電流方向)無法判斷電流方向(或磁場(chǎng)方向)。(√)(3)判斷電流的磁場(chǎng)方向用安培定則(右手螺旋定則)，確定通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向用左手定則。(√)(4)通電導(dǎo)線所受安培力F的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和電流I的方向三者必須保持相互垂直。(×)電流方向和磁場(chǎng)方向間沒有因果關(guān)系，這兩個(gè)方向的關(guān)系是不確定的。電場(chǎng)力方向總是與電場(chǎng)方向相同或相反，磁場(chǎng)力方向總是與磁場(chǎng)方向垂直。知識(shí)點(diǎn)二安培力的大小〖觀圖助學(xué)〗(1)在如圖所示的探究安培力大小的有關(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)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？〖答案〗(1)BIl(2)0(3)BIlsinθ1.通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)垂直時(shí)，安培力最大，F(xiàn)＝IlB。2.通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)平行時(shí)，安培力最小，F(xiàn)＝0。3.通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)夾角為θ時(shí)，把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為與導(dǎo)線垂直的分量B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥，如圖所示。則B⊥＝Bsinθ，B∥＝Bcosθ。導(dǎo)線所受的安培力是B⊥產(chǎn)生的，F(xiàn)＝IlBsin__θ?！妓伎寂袛唷?1)安培力的方向可能與磁場(chǎng)方向垂直，也可能不垂直。(×)(2)安培力的方向與導(dǎo)線方向一定垂直。(√)(3)若勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1T，導(dǎo)線中的電流I＝1A，導(dǎo)線長度l＝1m，則安培力F＝1N。(×)(4)若通電導(dǎo)線在某處不受安培力，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零。(×)(5)若通電導(dǎo)線在某處受到的安培力不為零，則此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定不為零。(√)電流在磁場(chǎng)中不一定受到安培力作用，電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力作用。公式F＝IlBsinθ適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。知識(shí)點(diǎn)三磁電式電流表1.基本組成：磁體和放在磁體兩極之間的線圈組成。2.工作原理：通電線圈因受安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)。(1)通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的角度也越大，所以根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)角度就能判斷通過電流的大小。(3)根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向。3.優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱?！妓伎寂袛唷?1)磁電式電流表中的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(×)(2)磁電式電流表最基本的組成部分是磁體和放在磁體兩極之間的線圈。其原理是通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)。(√)磁場(chǎng)沿半徑方向，通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)。

核心要點(diǎn)安培力的方向〖觀察探究〗如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，通電導(dǎo)線懸掛放置在蹄形磁鐵之間，改變磁極方向或電流方向，觀察導(dǎo)線擺動(dòng)的方向。思考并探究下面的問題：(1)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)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)結(jié)果，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？〖答案〗(1)受力的方向改變；(2)受力的方向改變；(3)安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的關(guān)系滿足左手定則。〖探究歸納〗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，即安培力的方向垂直于電流I和磁場(chǎng)B所決定的平面。(1)當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力方向、磁場(chǎng)方向、電流方向兩兩垂直，應(yīng)用左手定則時(shí)，磁感線垂直穿過掌心。(2)當(dāng)電流方向與磁場(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。應(yīng)用左手定則時(shí)，磁感線斜著穿過掌心。2.平行通電直導(dǎo)線間的相互作用同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。〖試題案例〗〖例1〗在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)A、B、C處，各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示。過C點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向()A.與AB邊平行，豎直向上B.與AB邊平行，豎直向下C.與AB邊垂直，指向左邊D.與AB邊垂直，指向右邊〖解析〗如圖所示，根據(jù)安培定則，過A、B點(diǎn)的導(dǎo)線在C點(diǎn)所激發(fā)的磁場(chǎng)方向分別為B′、B″，應(yīng)用平行四邊形定則可知過C點(diǎn)的導(dǎo)線所在處的合磁場(chǎng)方向。根據(jù)左手定則可知安培力FC的方向與AB邊垂直，指向左邊，故選項(xiàng)C正確?！即鸢浮紺方法凝煉左手定則應(yīng)用的兩個(gè)要點(diǎn)(1)安培力的方向既垂直于電流的方向，又垂直于磁場(chǎng)的方向，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)方向不一定垂直穿入手掌，可能與四指方向成某一夾角。但四指一定要指向電流方向?！坚槍?duì)訓(xùn)練1〗畫出圖中各磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力的方向?！即鸢浮饺鐖D所示核心要點(diǎn)安培力的大小〖要點(diǎn)歸納〗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l(wèi)指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的“有效長度”，彎曲導(dǎo)線的有效長度l，等于連接兩端點(diǎn)直線的長度(如圖所示)；相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。3.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?！荚囶}案例〗〖例2〗如圖所示，一根導(dǎo)線位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其中AB＝BC＝CD＝DE＝l，且∠C＝120°、∠B＝∠D＝150°。現(xiàn)給這根導(dǎo)線通入由A至E的恒定電流I，則導(dǎo)線受到磁場(chǎng)作用的合力大小為()A.2eq\r(3)BIl B.eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2＋\f(\r(3),2)))BIlC.(2＋eq\r(3))BIl D.4BIl〖解析〗據(jù)題圖和幾何關(guān)系求得A、E兩點(diǎn)間的距離為：l等＝(2＋eq\r(3))l。據(jù)安培力公式得F＝BIl等＝(2＋eq\r(3))BIl，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。〖答案〗C方法凝煉安培力大小計(jì)算技巧應(yīng)用公式F＝BIlsinθ求安培力大小時(shí)不能死記公式，應(yīng)正確理解公式中各物理量的實(shí)質(zhì)，可將Bsinθ理解為有效磁感應(yīng)強(qiáng)度或?qū)sinθ理解為有效長度，θ為磁場(chǎng)方向與直導(dǎo)線l之間的夾角?！坚槍?duì)訓(xùn)練2〗長度為l、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流方向與磁場(chǎng)方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，對(duì)于下列各圖中，導(dǎo)線所受安培力的大小計(jì)算正確的是()〖解析〗A圖中，導(dǎo)線不和磁場(chǎng)垂直，故將導(dǎo)線投影到垂直磁場(chǎng)方向上，故F＝BIlcosθ，A正確；B圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIl，B錯(cuò)誤；C圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIl，C錯(cuò)誤；D圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIl，D錯(cuò)誤?！即鸢浮紸核心要點(diǎn)安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)問題〖要點(diǎn)歸納〗不管是電流還是磁體，對(duì)通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)分布情況，然后結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運(yùn)動(dòng)，在實(shí)際操作過程中，往往采用以下五種方法：

電流元法把整段導(dǎo)線分為許多段直電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)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(gè)環(huán)形電流，反過來等效也成立特殊位置法通過轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置(如轉(zhuǎn)過90°)，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向〖試題案例〗〖例3〗如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外，用一根導(dǎo)線圍成如圖KLMN所示的回路，當(dāng)回路中沿圖示方向通過電流時(shí)(電源未在圖中畫出)，此時(shí)回路()A.將向左平動(dòng)B.將向右平動(dòng)C.將在紙面內(nèi)繞通過O點(diǎn)并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)D.KL邊將垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，MN邊垂直紙面向里運(yùn)動(dòng)思路點(diǎn)撥(1)把整段電流等效為多段直線電流元。(2)用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向。(3)判斷整段電流所受合力方向。〖解析〗因?yàn)橥娭睂?dǎo)線的磁感線是以O(shè)為圓心的一組同心圓，磁感線與KN邊、LM邊重合，所以KN邊、LM邊均不受力。根據(jù)左手定則可得，KL邊受力垂直紙面向外，MN邊受力垂直紙面向里，故D項(xiàng)正確。〖答案〗D方法凝煉判斷安培力作用下通電導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向的思路(1)首先應(yīng)畫出通電導(dǎo)體(或通電線圈)所在位置的磁感線方向。(2)根據(jù)左手定則確定通電導(dǎo)體(或通電線圈)所受安培力的方向。(3)由通電導(dǎo)體(或通電線圈)的受力情況判斷通電導(dǎo)體(或通電線圈)的運(yùn)動(dòng)方向。〖針對(duì)訓(xùn)練3〗如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開關(guān)S的瞬間()A.A端向上運(yùn)動(dòng)，B端向下運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變B.A端向下運(yùn)動(dòng)，B端向上運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變C.A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變小D.A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大〖解析〗當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如圖所示，由左手定則知通電直導(dǎo)線此時(shí)A端受力指向紙內(nèi)，B端受力指向紙外，故導(dǎo)線將轉(zhuǎn)動(dòng)，由特殊位置法知當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)到與磁感線垂直時(shí)，整個(gè)導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力方向豎直向下，故懸線張力變大，D正確?！即鸢浮紻核心要點(diǎn)安培力作用下的導(dǎo)體平衡〖要點(diǎn)歸納〗利用“圖圖轉(zhuǎn)換法”巧解與安培力相關(guān)的問題。1.安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡問題，題目所給出的圖形一般為“立體圖”，如果把物體的受力直接畫在導(dǎo)體棒上，則較為抽象，不利于問題的求解，一般把抽象的立體圖轉(zhuǎn)換為直觀的“平面圖”，即畫出“側(cè)視圖”。2.畫平面圖時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)明輔助方向，如磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，電流的方向，導(dǎo)體棒端點(diǎn)的名稱，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與平面的夾角，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流的夾角，線框與水平面或與豎直面之間的夾角等，最后根據(jù)安培力方向一定垂直于電流和磁場(chǎng)所決定的平面的特點(diǎn)準(zhǔn)確畫出安培力的方向。

〖試題案例〗〖例4〗質(zhì)量為m＝0.02kg的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ＝37°的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d＝0.2m，桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.4，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖所示?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的觸頭，求為使桿ab靜止不動(dòng)，通過ab桿的電流范圍為多少？(g取10m/s2)思路點(diǎn)撥(1)首先將立體圖轉(zhuǎn)換成平面圖，對(duì)桿受力分析。(2)桿所受摩擦力方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下。(3)桿靜止不動(dòng)的臨界條件是摩擦力剛好達(dá)到最大靜摩擦力?！冀馕觥饺鐖D甲、乙所示是電流最大和最小兩種情況下桿ab的受力分析圖。甲根據(jù)甲圖列式如下：F1－mgsinθ－Ff1＝0，F(xiàn)N－mgcosθ＝0，F(xiàn)f1＝μFN，F(xiàn)1＝BImaxd，解上述方程得Imax＝0.46A。根據(jù)乙圖列式如下：乙F2＋Ff2－mgsinθ＝0，F(xiàn)N－mgcosθ＝0，F(xiàn)f2＝μFN，F(xiàn)2＝BImind，解上述方程得Imin＝0.14A，因此電流范圍是0.14～0.46A?！即鸢浮?.14A≤I≤0.46A溫馨〖提*示〗對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)(1)受力分析時(shí)，將表示磁場(chǎng)的箭頭在受力圖中標(biāo)出，便于確定安培力的方向。(2)畫完圖后，要檢查一下，看安培力是否垂直于B、I所決定的平面?！坚槍?duì)訓(xùn)練4〗質(zhì)量為m、長度為l的導(dǎo)體棒MN垂直導(dǎo)軌放置且靜止在水平導(dǎo)軌上，通過MN的電流為I，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于電流方向且與導(dǎo)軌平面成θ角斜向下，如圖所示，求棒MN所受支持力FN的大小和摩擦力Ff的大小?！冀馕觥疆嫵銎矫鎴D，由左手定則判斷出安培力方向，對(duì)MN受力分析，如圖所示，對(duì)導(dǎo)體棒MN由平衡條件得水平方向上有Ff＝Fsinθ豎直方向上有FN＝Fcosθ＋mg安培力F＝BIl聯(lián)立解得FN＝BIlcosθ＋mgFf＝BIlsinθ?！即鸢浮紹Ilcosθ＋mgBIlsinθ1.(磁電式電流表)(多選)關(guān)于磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間的均勻輻向分布的磁場(chǎng)，下列說法正確的是()A.該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等，方向相同B.該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向處處相同，大小不等C.使線圈平面始終與磁感線平行D.該磁場(chǎng)中距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都相等〖解析〗磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間均勻輻向分布的磁場(chǎng)，使線圈平面始終與磁感線平行，C正確；該磁場(chǎng)中距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等，但方向不同，A、B錯(cuò)誤，D正確?！即鸢浮紺D2.(安培力)如圖所示，一根有質(zhì)量的金屬棒MN，兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸于a、b兩點(diǎn)，棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通有電流，方向從M流向N，此時(shí)懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以()A.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.使磁場(chǎng)反向C.適當(dāng)增大電流 D.使電流反向〖解析〗首先對(duì)MN進(jìn)行受力分析，受豎直向下的重力mg，受兩根軟導(dǎo)線的豎直向上的拉力F和安培力。處于平衡時(shí)2F＋BIl＝mg，重力mg恒定不變，欲使拉力F減小到0，應(yīng)增大安培力BIl，所以可增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或增加通過金屬棒中的電流I，或二者同時(shí)增大，C正確?！即鸢浮紺3.(安培力)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，則棒MN所受安培力大小()A.F＝BId B.F＝BIdsinθC.F＝eq\f(BId,sinθ) D.F＝BIdcosθ〖解析〗棒MN在磁場(chǎng)中有效電流的長度l＝eq\f(d,sinθ)，則F＝BIl＝eq\f(BId,sinθ)，C正確?！即鸢浮紺4.(安培力)如圖所示，在南北方向安放的長直導(dǎo)線的正上方用細(xì)線懸掛一條形小磁鐵，當(dāng)導(dǎo)線中通入圖示的電流I后，下列說法正確的是()A.磁鐵N極向里轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力小于磁鐵所受的重力B.磁鐵N極向外轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力小于磁鐵所受的重力C.磁鐵N極向里轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力大于磁鐵所受的重力D.磁鐵N極向外轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力大于磁鐵所受的重力〖解析〗由條形磁鐵的磁場(chǎng)分布，并由左手定則，可知導(dǎo)線左半部分受到安培力方向垂直紙面向外，右半部分安培力方向垂直紙面向里，由牛頓第三定律得磁鐵左半部分受到安培力方向垂直紙面向里，右半部分安培力方向垂直紙面向外，因此條形磁鐵N極向里轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)過90°時(shí)導(dǎo)線受安培力豎直向上，則磁鐵受安培力豎直向下，導(dǎo)致懸線所受的拉力大于磁鐵所受的重力，故C正確?！即鸢浮紺

第1節(jié)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念知道安培力的概念，會(huì)用左手定則判定安培力的方向，知道安培力的大小計(jì)算公式，了解磁電式電流表的構(gòu)造及其工作原理?？茖W(xué)思維會(huì)用安培力的公式F＝IlBsinθ進(jìn)行有關(guān)計(jì)算?？茖W(xué)探究探究安培力的方向。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解安培對(duì)電磁學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)。知識(shí)點(diǎn)一安培力的方向〖觀圖助學(xué)〗做如圖所示的演示實(shí)驗(yàn)觀察(1)交換磁極位置，導(dǎo)體受力方向是否改變？(2)改變電流方向，導(dǎo)體受力方向是否改變？請(qǐng)用簡(jiǎn)潔的語言描述安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的關(guān)系。1.安培力：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力。2.安培力的方向：用左手定則判定。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)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指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。3.安培力方向的特點(diǎn)安培力方向與導(dǎo)線方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直，即垂直于導(dǎo)線、磁感應(yīng)強(qiáng)度決定的平面?！妓伎寂袛唷?1)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定會(huì)受到安培力的作用。(×)(2)只知道安培力的方向和磁場(chǎng)方向(或電流方向)無法判斷電流方向(或磁場(chǎng)方向)。(√)(3)判斷電流的磁場(chǎng)方向用安培定則(右手螺旋定則)，確定通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力方向用左手定則。(√)(4)通電導(dǎo)線所受安培力F的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和電流I的方向三者必須保持相互垂直。(×)電流方向和磁場(chǎng)方向間沒有因果關(guān)系，這兩個(gè)方向的關(guān)系是不確定的。電場(chǎng)力方向總是與電場(chǎng)方向相同或相反，磁場(chǎng)力方向總是與磁場(chǎng)方向垂直。知識(shí)點(diǎn)二安培力的大小〖觀圖助學(xué)〗(1)在如圖所示的探究安培力大小的有關(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)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？〖答案〗(1)BIl(2)0(3)BIlsinθ1.通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)垂直時(shí)，安培力最大，F(xiàn)＝IlB。2.通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)平行時(shí)，安培力最小，F(xiàn)＝0。3.通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)夾角為θ時(shí)，把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為與導(dǎo)線垂直的分量B⊥和與導(dǎo)線平行的分量B∥，如圖所示。則B⊥＝Bsinθ，B∥＝Bcosθ。導(dǎo)線所受的安培力是B⊥產(chǎn)生的，F(xiàn)＝IlBsin__θ?！妓伎寂袛唷?1)安培力的方向可能與磁場(chǎng)方向垂直，也可能不垂直。(×)(2)安培力的方向與導(dǎo)線方向一定垂直。(√)(3)若勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1T，導(dǎo)線中的電流I＝1A，導(dǎo)線長度l＝1m，則安培力F＝1N。(×)(4)若通電導(dǎo)線在某處不受安培力，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零。(×)(5)若通電導(dǎo)線在某處受到的安培力不為零，則此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定不為零。(√)電流在磁場(chǎng)中不一定受到安培力作用，電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力作用。公式F＝IlBsinθ適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，公式僅適用于很短的通電導(dǎo)線。知識(shí)點(diǎn)三磁電式電流表1.基本組成：磁體和放在磁體兩極之間的線圈組成。2.工作原理：通電線圈因受安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)。(1)通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的角度也越大，所以根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)角度就能判斷通過電流的大小。(3)根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向。3.優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱?！妓伎寂袛唷?1)磁電式電流表中的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(×)(2)磁電式電流表最基本的組成部分是磁體和放在磁體兩極之間的線圈。其原理是通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)。(√)磁場(chǎng)沿半徑方向，通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)。

核心要點(diǎn)安培力的方向〖觀察探究〗如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，通電導(dǎo)線懸掛放置在蹄形磁鐵之間，改變磁極方向或電流方向，觀察導(dǎo)線擺動(dòng)的方向。思考并探究下面的問題：(1)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)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)結(jié)果，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？〖答案〗(1)受力的方向改變；(2)受力的方向改變；(3)安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的關(guān)系滿足左手定則。〖探究歸納〗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，即安培力的方向垂直于電流I和磁場(chǎng)B所決定的平面。(1)當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力方向、磁場(chǎng)方向、電流方向兩兩垂直，應(yīng)用左手定則時(shí)，磁感線垂直穿過掌心。(2)當(dāng)電流方向與磁場(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。應(yīng)用左手定則時(shí)，磁感線斜著穿過掌心。2.平行通電直導(dǎo)線間的相互作用同向電流相互吸引，反向電流相互排斥?！荚囶}案例〗〖例1〗在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)A、B、C處，各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示。過C點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向()A.與AB邊平行，豎直向上B.與AB邊平行，豎直向下C.與AB邊垂直，指向左邊D.與AB邊垂直，指向右邊〖解析〗如圖所示，根據(jù)安培定則，過A、B點(diǎn)的導(dǎo)線在C點(diǎn)所激發(fā)的磁場(chǎng)方向分別為B′、B″，應(yīng)用平行四邊形定則可知過C點(diǎn)的導(dǎo)線所在處的合磁場(chǎng)方向。根據(jù)左手定則可知安培力FC的方向與AB邊垂直，指向左邊，故選項(xiàng)C正確?！即鸢浮紺方法凝煉左手定則應(yīng)用的兩個(gè)要點(diǎn)(1)安培力的方向既垂直于電流的方向，又垂直于磁場(chǎng)的方向，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)方向不一定垂直穿入手掌，可能與四指方向成某一夾角。但四指一定要指向電流方向?！坚槍?duì)訓(xùn)練1〗畫出圖中各磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的安培力的方向?！即鸢浮饺鐖D所示核心要點(diǎn)安培力的大小〖要點(diǎn)歸納〗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l(wèi)指的是導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的“有效長度”，彎曲導(dǎo)線的有效長度l，等于連接兩端點(diǎn)直線的長度(如圖所示)；相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。3.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?！荚囶}案例〗〖例2〗如圖所示，一根導(dǎo)線位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其中AB＝BC＝CD＝DE＝l，且∠C＝120°、∠B＝∠D＝150°?，F(xiàn)給這根導(dǎo)線通入由A至E的恒定電流I，則導(dǎo)線受到磁場(chǎng)作用的合力大小為()A.2eq\r(3)BIl B.eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2＋\f(\r(3),2)))BIlC.(2＋eq\r(3))BIl D.4BIl〖解析〗據(jù)題圖和幾何關(guān)系求得A、E兩點(diǎn)間的距離為：l等＝(2＋eq\r(3))l。據(jù)安培力公式得F＝BIl等＝(2＋eq\r(3))BIl，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確?！即鸢浮紺方法凝煉安培力大小計(jì)算技巧應(yīng)用公式F＝BIlsinθ求安培力大小時(shí)不能死記公式，應(yīng)正確理解公式中各物理量的實(shí)質(zhì)，可將Bsinθ理解為有效磁感應(yīng)強(qiáng)度或?qū)sinθ理解為有效長度，θ為磁場(chǎng)方向與直導(dǎo)線l之間的夾角?！坚槍?duì)訓(xùn)練2〗長度為l、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流方向與磁場(chǎng)方向如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，對(duì)于下列各圖中，導(dǎo)線所受安培力的大小計(jì)算正確的是()〖解析〗A圖中，導(dǎo)線不和磁場(chǎng)垂直，故將導(dǎo)線投影到垂直磁場(chǎng)方向上，故F＝BIlcosθ，A正確；B圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIl，B錯(cuò)誤；C圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIl，C錯(cuò)誤；D圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIl，D錯(cuò)誤。〖答案〗A核心要點(diǎn)安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)問題〖要點(diǎn)歸納〗不管是電流還是磁體，對(duì)通電導(dǎo)線的作用都是通過磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)分布情況，然后結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)線的受力情況或?qū)⒁l(fā)生的運(yùn)動(dòng)，在實(shí)際操作過程中，往往采用以下五種方法：

電流元法把整段導(dǎo)線分為許多段直電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)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(gè)環(huán)形電流，反過來等效也成立特殊位置法通過轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置(如轉(zhuǎn)過90°)，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向〖試題案例〗〖例3〗如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外，用一根導(dǎo)線圍成如圖KLMN所示的回路，當(dāng)回路中沿圖示方向通過電流時(shí)(電源未在圖中畫出)，此時(shí)回路()A.將向左平動(dòng)B.將向右平動(dòng)C.將在紙面內(nèi)繞通過O點(diǎn)并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)D.KL邊將垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，MN邊垂直紙面向里運(yùn)動(dòng)思路點(diǎn)撥(1)把整段電流等效為多段直線電流元。(2)用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向。(3)判斷整段電流所受合力方向?！冀馕觥揭?yàn)橥娭睂?dǎo)線的磁感線是以O(shè)為圓心的一組同心圓，磁感線與KN邊、LM邊重合，所以KN邊、LM邊均不受力。根據(jù)左手定則可得，KL邊受力垂直紙面向外，MN邊受力垂直紙面向里，故D項(xiàng)正確?！即鸢浮紻方法凝煉判斷安培力作用下通電導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向的思路(1)首先應(yīng)畫出通電導(dǎo)體(或通電線圈)所在位置的磁感線方向。(2)根據(jù)左手定則確定通電導(dǎo)體(或通電線圈)所受安培力的方向。(3)由通電導(dǎo)體(或通電線圈)的受力情況判斷通電導(dǎo)體(或通電線圈)的運(yùn)動(dòng)方向?！坚槍?duì)訓(xùn)練3〗如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開關(guān)S的瞬間()A.A端向上運(yùn)動(dòng)，B端向下運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變B.A端向下運(yùn)動(dòng)，B端向上運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變C.A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變小D.A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大〖解析〗當(dāng)開關(guān)S接通時(shí)，根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如圖所示，由左手定則知通電直導(dǎo)線此時(shí)A端受力指向紙內(nèi)，B端受力指向紙外，故導(dǎo)線將轉(zhuǎn)動(dòng)，由特殊位置法知當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)到與磁感線垂直時(shí)，整個(gè)導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力方向豎直向下，故懸線張力變大，D正確?！即鸢浮紻核心要點(diǎn)安培力作用下的導(dǎo)體平衡〖要點(diǎn)歸納〗利用“圖圖轉(zhuǎn)換法”巧解與安培力相關(guān)的問題。1.安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡問題，題目所給出的圖形一般為“立體圖”，如果把物體的受力直接畫在導(dǎo)體棒上，則較為抽象，不利于問題的求解，一般把抽象的立體圖轉(zhuǎn)換為直觀的“平面圖”，即畫出“側(cè)視圖”。2.畫平面圖時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)明輔助方向，如磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，電流的方向，導(dǎo)體棒端點(diǎn)的名稱，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與平面的夾角，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流的夾角，線框與水平面或與豎直面之間的夾角等，最后根據(jù)安培力方向一定垂直于電流和磁場(chǎng)所決定的平面的特點(diǎn)準(zhǔn)確畫出安培力的方向。

〖試題案例〗〖例4〗質(zhì)量為m＝0.02kg的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ＝37°的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d＝0.2m，桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.4，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖所示?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的觸頭，求為使桿ab靜止不動(dòng)，通過ab桿的電流范圍為多少？(g取10m/s2)思路點(diǎn)撥(1)首先將立體圖轉(zhuǎn)換成平面圖，對(duì)桿受力分析。(2)桿所受摩擦力方向可能沿斜面向上，也可能沿斜面向下。(3)桿靜止不動(dòng)的臨界條件是摩擦力剛好達(dá)到最大靜摩擦力?！冀馕觥饺鐖D甲、乙所示是電流最大和最小兩種情況下桿ab的受力分析圖。甲根據(jù)甲圖列式如下：F1－mgsinθ－Ff1＝0，F(xiàn)N－mgcosθ＝0，F(xiàn)f1＝μFN，F(xiàn)1＝BImaxd，解上述方程得Imax＝0.46A。根據(jù)乙圖列式如下：乙F2＋Ff2－mgsinθ＝0，F(xiàn)N－mgcosθ＝0，F(xiàn)f2＝μFN，F(xiàn)2＝BImind，解上述方程得Imin＝0.14A，因此電流范圍是0.14～0.46A。〖答案〗0.14A≤I≤0.46A溫馨〖提*示〗對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)(1)受力分析時(shí)，將表示磁場(chǎng)的箭頭在受力圖中標(biāo)出，便于確定安培力的方向。(2)畫完圖后，要檢查一下，看安培力是否垂