人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE11.1磁場對通電導線的作用力〖學習目標〗1．知道什么是安培力，會推導安培力公式F＝IlB或F＝IlBsinθ，明確它們的使用條件。2．知道左手定則的內容，并會用它判斷安培力的方向。3．了解磁電式電流表的工作原理。〖知識梳理〗一、安培力的方向1.安培力通電導線在磁場中受的力稱為安培力。2.影響安培力方向的因素安培力的方向與方向、方向有關。3.左手定則用左手定則判斷安培力的方向:伸開手,使拇指與其余四指,并且都與手掌在同一平面內;讓磁感線從掌心垂直進入,并使四指指向的方向,這時所指的方向就是通電導線在磁場中所受的方向。二、安培力的大小如圖甲、乙所示,導線電流為I,長度為l,磁場的磁感應強度為B。1.如圖甲,通電導線與磁場方向垂直,此時安培力F=。2.如圖乙,通電導線與磁場方向平行,此時安培力F=。三、磁電式電流表1.寫出圖中磁電式電流表各部件的名稱。①,②,③,④,⑤,⑥。2.原理:安培力與電流的關系。3.特點兩極間的極靴和極靴中間的鐵質圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,使線圈無論轉到什么位置,它的平面都與磁場方向平行,從而使刻度盤刻度均勻。〖要點深入〗一、安培力的方向1.安培力的方向特點:不管電流方向與磁場方向是否垂直,安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面,即總有F⊥I和F⊥B,即F垂直于B、I決定的平面。2.電流I、磁場B和安培力F三個方向的關系:(1)已知I、B的方向,可唯一確定F的方向;(2)已知F、B的方向,且導線的位置確定時,可唯一確定I的方向;(3)已知F、I的方向時,磁感應強度B的方向不能唯一確定。3.安培力方向的判斷:在判斷安培力方向時首先確定磁場和電流所確定的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上,然后再根據左手定則判斷出安培力的具體方向。例1長度為l、通有電流為I的導線放入一勻強磁場中,電流方向與磁場方向如圖所示,已知磁感應強度為B,下列各圖中,導線所受安培力的方向如何?規律方法左手定則應用的兩個要點(1)安培力的方向既垂直于電流的方向,又垂直于磁場的方向,所以應用左手定則時,必須使大拇指指向與四指指向和磁場方向均垂直。(2)由于電流方向和磁場方向不一定垂直,所以磁場方向可能與四指方向成某一夾角,此時要對磁場方向進行分解。但四指一定要指向電流方向。二、安培力的大小F=IlBsinθ的理解與應用1.公式F=IlBsinθ中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應強度,不必考慮導線自身產生的磁場對外加磁場的影響。2.公式F=IlBsinθ中l指的是導線在磁場中的“有效長度”,彎曲導線的有效長度l,等于連接兩端點直線的長度(如圖所示);相應的電流沿l由始端流向末端。3.公式F=IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角,當θ=90°時sinθ=1,公式變為F=IlB。4.F=IlBsinθ的適用條件:導線所處的磁場應為勻強磁場;在非勻強磁場中,公式僅適用于很短的通電導線。注意：電荷在電場中一定會受到靜電力作用,但是通電導線在磁場中不一定受安培力作用。當電流方向與磁場方向平行時,通電導線不受安培力作用。例2由導線組成的直角三角形框架靜止放在勻強磁場中(如圖所示),若導線框中通以圖示方向的電流時,導線框將()A.沿與ab邊垂直的方向加速運動 B.仍然靜止C.以c為軸轉動 D.以b為軸轉動三、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中受到安培力作用而發生偏轉。線圈偏轉的角度越大,被測電流就越大;線圈偏轉的方向不同,被測電流的方向不同。2.磁電式電流表的磁場特點兩磁極間裝有極靴,極靴中間有鐵質圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,保持線圈轉動時,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導線所受的安培力增大,可通過增加線圈的匝數、增大永磁鐵的磁感應強度、增加線圈的面積和減小轉軸處摩擦等方法實現。例3(多選)以下關于磁電式電流表的說法正確的是()A.線圈平面跟磁感線平行B.通電線圈中的電流越大,指針偏轉角度也越大C.在線圈轉動的范圍內,各處的磁場都是勻強磁場D.在線圈轉動的范圍內,線圈所受安培力與電流有關,而與所處位置無關〖隨堂演練〗1．一條勁度系數較小的金屬彈簧處于自由狀態，當彈簧通以電流時，彈簧將()A．保持原長B．收縮C．伸長D．不能確定2．關于通電直導線在勻強磁場中所受的安培力，下列說法正確的是()A．安培力的方向可以不垂直于直導線B．安培力的方向總是垂直于磁場的方向C．安培力的大小與通電直導線和磁場方向的夾角無關D．將直導線從中點折成直角，安培力的大小一定變為原來的一半3．如圖所示，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導線A，A與螺線管垂直，A導線中的電流方向垂直紙面向里，開關S閉合，A受到通電螺線管磁場的作用力的方向是()A．豎直向下B．豎直向上C．水平向右D．水平向左4．長為L的通電直導線放在傾角為θ的光滑斜面上，并處在磁感應強度為B的勻強磁場中。如圖所示，當B方向豎直向上，電流為I1時導體處于平衡狀態；若B方向改為垂直斜面向上，則電流為I2時導體處于平衡狀態，那么電流比值I1∶I2應為()A．cosθB．eq\f(1,cosθ)C．sinθD．eq\f(1,sinθ)5．如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N方向的電流，平衡時兩細線與豎直方向夾角均為θ。如果僅改變下列某一個條件，θ角的相應變化情況是()A．棒中的電流變大，θ角變大 B．兩細線等長變短，θ角變小C．金屬棒質量變大，θ角變大 D．磁感應強度變大，θ角變小

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識梳理〗一、磁場電流左垂直電流拇指安培力二、BIl0三、永磁鐵極靴軟鐵螺旋彈簧線圈指針〖要點深入〗例1〖解析〗A圖中,由左手定則可判斷出導線所受安培力的方向為垂直紙面向外;B圖中,由左手定則可判斷出導線所受安培力的方向為垂直于導線斜向左上方;C圖中,由左手定則可判斷出導線所受安培力的方向為垂直于導線斜向左上方;D圖中,由左手定則可判斷出導線所受安培力的方向為水平向右。〖答案〗垂直紙面向外;垂直于導線斜向左上方;垂直于導線斜向左上方;水平向右。例2〖答案〗B〖解析〗ab和bc兩段電流可等效為長度等于ac,方向由a到c的一段電流,由左手定則以及安培力公式可知ab和bc兩段電流所受安培力的合力和ac受到的安培力方向相反、大小相等,線框整體合力為0,仍然靜止,故選B。例3〖答案〗ABD〖解析〗磁電式電流表內磁場是均勻輻射磁場,不管線圈轉到什么角度,它的平面都跟磁感線平行,線圈所在各處的磁場大小相等、方向不同,所以安培力與電流大小有關而與所處位置無關,電流越大,安培力越大,指針轉過的角度越大,正確的選項為A、B、D。〖隨堂演練〗1．〖答案〗B〖解析〗彈簧通電時，同向電流相吸，使得彈簧縮短，故B正確。2．〖答案〗B〖解析〗根據左手定則可知，安培力的方向垂直于電流I和磁場B確定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A錯誤，B正確；當電流I的方向平行于磁場B的方向時，直導線受到的安培力為零，當電流I的方向垂直于磁場B的方向時，直導線受到的安培力最大，可見，安培力的大小與通電直導線和磁場方向的夾角有關，C錯誤；如圖所示，電流I和磁場B垂直，直導線受到的安培力F＝BIl，將直導線從中點折成直角，分段研究導線受到的安培力，電流I和磁場B垂直，根據平行四邊形定則可得，導線受到的安培力的合力F′＝eq\f(\r(2),2)BIl，D錯誤。3．〖答案〗B〖解析〗首先根據安培定則判斷通電螺線管在導線A處產生的磁場方向水平向左。再根據左手定則判斷可知，A受到通電螺線管磁場的作用力的方向豎直向上，故A、C、D錯誤，B正確。4．〖答案〗B〖解析〗若磁場方向豎直向上，則安培力水平向右，由平衡條件可得mgtanθ＝BI1L；若磁場方向垂直于斜面向上，則安培力沿斜面向上。由平衡條件可得mgsinθ＝BI2L，則I1∶I2＝1∶cosθ，故B正確。5．〖答案〗A〖解析〗金屬棒受力如圖所示，tanθ＝eq\f(F,mg)＝eq\f(BIl,mg)。棒中電流I變大，θ角變大；兩細線等長變短，θ角不變；金屬棒質量變大，θ角變小；磁感應強度變大，θ角變大。故A正確。1.1磁場對通電導線的作用力〖學習目標〗1．知道什么是安培力，會推導安培力公式F＝IlB或F＝IlBsinθ，明確它們的使用條件。2．知道左手定則的內容，并會用它判斷安培力的方向。3．了解磁電式電流表的工作原理。〖知識梳理〗一、安培力的方向1.安培力通電導線在磁場中受的力稱為安培力。2.影響安培力方向的因素安培力的方向與方向、方向有關。3.左手定則用左手定則判斷安培力的方向:伸開手,使拇指與其余四指,并且都與手掌在同一平面內;讓磁感線從掌心垂直進入,并使四指指向的方向,這時所指的方向就是通電導線在磁場中所受的方向。二、安培力的大小如圖甲、乙所示,導線電流為I,長度為l,磁場的磁感應強度為B。1.如圖甲,通電導線與磁場方向垂直,此時安培力F=。2.如圖乙,通電導線與磁場方向平行,此時安培力F=。三、磁電式電流表1.寫出圖中磁電式電流表各部件的名稱。①,②,③,④,⑤,⑥。2.原理:安培力與電流的關系。3.特點兩極間的極靴和極靴中間的鐵質圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,使線圈無論轉到什么位置,它的平面都與磁場方向平行,從而使刻度盤刻度均勻。〖要點深入〗一、安培力的方向1.安培力的方向特點:不管電流方向與磁場方向是否垂直,安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面,即總有F⊥I和F⊥B,即F垂直于B、I決定的平面。2.電流I、磁場B和安培力F三個方向的關系:(1)已知I、B的方向,可唯一確定F的方向;(2)已知F、B的方向,且導線的位置確定時,可唯一確定I的方向;(3)已知F、I的方向時,磁感應強度B的方向不能唯一確定。3.安培力方向的判斷:在判斷安培力方向時首先確定磁場和電流所確定的平面,從而判斷出安培力的方向在哪一條直線上,然后再根據左手定則判斷出安培力的具體方向。例1長度為l、通有電流為I的導線放入一勻強磁場中,電流方向與磁場方向如圖所示,已知磁感應強度為B,下列各圖中,導線所受安培力的方向如何?規律方法左手定則應用的兩個要點(1)安培力的方向既垂直于電流的方向,又垂直于磁場的方向,所以應用左手定則時,必須使大拇指指向與四指指向和磁場方向均垂直。(2)由于電流方向和磁場方向不一定垂直,所以磁場方向可能與四指方向成某一夾角,此時要對磁場方向進行分解。但四指一定要指向電流方向。二、安培力的大小F=IlBsinθ的理解與應用1.公式F=IlBsinθ中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應強度,不必考慮導線自身產生的磁場對外加磁場的影響。2.公式F=IlBsinθ中l指的是導線在磁場中的“有效長度”,彎曲導線的有效長度l,等于連接兩端點直線的長度(如圖所示);相應的電流沿l由始端流向末端。3.公式F=IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角,當θ=90°時sinθ=1,公式變為F=IlB。4.F=IlBsinθ的適用條件:導線所處的磁場應為勻強磁場;在非勻強磁場中,公式僅適用于很短的通電導線。注意：電荷在電場中一定會受到靜電力作用,但是通電導線在磁場中不一定受安培力作用。當電流方向與磁場方向平行時,通電導線不受安培力作用。例2由導線組成的直角三角形框架靜止放在勻強磁場中(如圖所示),若導線框中通以圖示方向的電流時,導線框將()A.沿與ab邊垂直的方向加速運動 B.仍然靜止C.以c為軸轉動 D.以b為軸轉動三、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中受到安培力作用而發生偏轉。線圈偏轉的角度越大,被測電流就越大;線圈偏轉的方向不同,被測電流的方向不同。2.磁電式電流表的磁場特點兩磁極間裝有極靴,極靴中間有鐵質圓柱,使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向,保持線圈轉動時,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導線所受的安培力增大,可通過增加線圈的匝數、增大永磁鐵的磁感應強度、增加線圈的面積和減小轉軸處摩擦等方法實現。例3(多選)以下關于磁電式電流表的說法正確的是()A.線圈平面跟磁感線平行B.通電線圈中的電流越大,指針偏轉角度也越大C.在線圈轉動的范圍內,各處的磁場都是勻強磁場D.在線圈轉動的范圍內,線圈所受安培力與電流有關,而與所處位置無關〖隨堂演練〗1．一條勁度系數較小的金屬彈簧處于自由狀態，當彈簧通以電流時，彈簧將()A．保持原長B．收縮C．伸長D．不能確定2．關于通電直導線在勻強磁場中所受的安培力，下列說法正確的是()A．安培力的方向可以不垂直于直導線B．安培力的方向總是垂直于磁場的方向C．安培力的大小與通電直導線和磁場方向的夾角無關D．將直導線從中點折成直角，安培力的大小一定變為原來的一半3．如圖所示，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導線A，A與螺線管垂直，A導線中的電流方向垂直紙面向里，開關S閉合，A受到通電螺線管磁場的作用力的方向是()A．豎直向下B．豎直向上C．水平向右D．水平向左4．長為L的通電直導線放在傾角為θ的光滑斜面上，并處在磁感應強度為B的勻強磁場中。如圖所示，當B方向豎直向上，電流為I1時導體處于平衡狀態；若B方向改為垂直斜面向上，則電流為I2時導體處于平衡狀態，那么電流比值I1∶I2應為()A．cosθB．eq\f(1,cosθ)C．sinθD．eq\f(1,sinθ)5．如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N方向的電流，平衡時兩細線與豎直方向夾角均為θ。如果僅改變下列某一個條件，θ角的相應變化情況是()A．棒中的電流變大，θ角變大 B．兩細線等長變短，θ角變小C．金屬棒質量變大，θ角變大 D．磁感應強度變大，θ角變小

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖知識梳理〗一、磁場電流左垂直電流拇指安培力二、BIl0三、永磁鐵極靴軟鐵螺旋彈簧線圈指針〖要點深入〗例1〖解析〗A圖中,由左手定則可判斷出導線所受安培力的方向為垂直紙面向外;B圖中,由左手定則可判斷出導線所受安培力的方向為垂直于導線斜向左上方;C圖中,由左手定則可判斷出導線所受安培力的方向為垂直于導線斜向左上方;D圖中,由左手定則可判斷出導線所受安培力的方向為水平向右。〖答案〗垂直紙面向外;垂直于導線斜向左上方;垂直于導線斜向左上方;水平向右。例2〖答案〗B〖解析〗ab和bc兩段電流可等效為長度等于ac,方向由a到c的一段電流,由左手定則以及安培力公式可知ab和bc兩段電流所受安培力的合力和ac受到的安培力方向相反、大小相等,線框整體合力為0,仍然靜止,故選B。例3〖答