高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力学案设计

磁场对通电导线的作用力

【学习目标】

1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BILsinθ。

2．知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。

3．了解磁电式电流表的工作原理。

【学习重点】

安培力的大小计算和方向的判定。

【学习难点】

用左手定则判定安培力的方向。

【学习过程】

一、安培力的方向

实验1：探究安培力的方向与什么因素有关

（1）改变电流的方向，观察发生的现象。

［现象］________________________________________。

（2）调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象。

［现象］________________________________________。

［结论］

①安培力的方向和_____________、_____________有关系。

②安培力的方向_______________________________________，也就是说，安培力的方向总是____________________________________________________。

左手定则：伸开_________，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线___________，并使伸开的四指指向_________的方向，那么，__________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。

【例】判断下图中导线A所受磁场力的方向。

实验2：探究通电平行直导线间的作用力方向

（1）电流的方向相同时，观察发生的现象。

［现象］____________________________________。

（2）电流的方向相反时，观察发生的现象。

［现象］____________________________________。

［结论］________________________________________________________________________。

二、安培力的大小

将磁感应强度B分解为与导线垂直的分量和与导线平行的分量，则，

所以

三、磁电式电流表

1．结构：______________________________________________________________。

2．原理：在磁电式电流表中，极靴和铁质圆柱之间构成一个特殊的磁场分布，磁场方向沿着____________________，电流通过电流表的矩形线圈时，线圈的两条边线始终与磁感应强度方向垂直，受到大恒定的安培力，安培力将促使线圈绕轴转动，同时螺旋弹簧被收紧，将产生一个______的转动效果，当两种转动效果抵消时，指针会指在一个相应的位置，从而指示出电流值。

【巩固练习】

1．如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是（ C ）

A．静止不动

B．向纸外平动

C．N极向纸外，S极向纸内转动

D．N极向纸内，S极向纸外转动

2．如图所示，一根长为L的细铝棒用两个倔强系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流I时，弹簧缩短Δy；若通以向左的电流，也是大小等于I时，弹簧伸长Δy，则磁感应强度B为（ A ）

A．kΔy/IL         B．2kΔy/IL

C．kIL/Δy         D．2IL/kΔy

3．将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。

（1）0；导线与磁感线平行。

（2）0.02N；安培力方向垂直导线水平向右。

（3）0.02N；安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上。

4．关于安培力的说法中正确的是（ C ）

A．通电导线在磁场中一定受安培力的作用

B．安培力的大小与磁感应强度成正比，与电流成正比，而与其他量无关

C．安培力的方向总是垂直于磁场和通电导线所构成的平面

D．安培力的方向不一定垂直于通电直导线

5．关于通电直导线所受安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法中正确的是（ B ）

A．F、B、I三者必定均相互垂直

B．F必定垂直B、I，但B不一定垂直I

C．B必定垂直于F、I，但F不一定垂直I

D．I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B

6．一段通电的直导线平行于匀强磁场中，如图所示，导线上的电流由左向右流过。当导线以左端点为轴在竖直平面内转过90°的过程中，导线所受的安培力（ C ）

A．大小不变，方向也不变

B．大小由零逐渐增大，方向随时改变

C．大小由零逐渐增大，方向不变

D．大小由最大逐渐减小为零，方向不变

7．赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力的方向为（ A ）

A．正东          B．正南           C．正西           D．正北

8．如图所示，a和b是两条靠得很近的平行通电直导线，电流方向都向上，且Ia＞Ib，当加一个垂直于A、B所在平面方向向里的匀强磁场B时，导线a恰好不再受安培力作用，那么与加磁场B以前相比较（ C ）

A．B受的磁场力大于原来的2倍

B．b受的磁场力等于原来的2倍

C．b受的磁场力小于原来的2倍

D．b不再受磁场力作用

9．已知条件如图所示，请在图中标出各图的通电线圈由于受磁力而在磁场中转动的方向。

10．如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流。用N表示磁铁对桌面的压力，用f表示桌面对磁铁的摩擦力，导线中通电后与通电前相比较（ C ）

A．N减小，f＝0

B．N减小，f≠0

C．N增大，f＝0

D．N增大，f≠0

11．在同一平面上有A、B、C三根等间距平行放置的长直导线，依次载有电流强度为1A、2A、3A的电流，各电流的方向如图所示，则导线a所受的合力方向向＿水平向左＿，导线b所受的合力方向向＿水平向右＿。

12．如图所示，水平放置的两根平行金属导轨相距0.2m，上面有一质量为0.04kg的均匀金属棒ab，电源电动势为6V、内阻为0.5Ω，滑动变阻器调到2.5Ω时，要在金属棒所在位置施加一个磁感应强度大小为＿1＿T、方向＿水平向右＿的匀强磁场，才能使金属棒ab对轨道的压力恰好为零。（g取10m/s2）

13．劲度系数为k的轻弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为L，线框下边部分处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与线框平面垂直，如图所示，垂直纸面向里。线框中通以电流，方向如图，开始时线框处于平衡状态。现令磁场反向，磁感应强度大小仍为B，线框达到新的平衡，在此过程中，线框位移的大小Δx＝＿2BIL/k＿，方向＿向下＿。