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

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磁场对通电导线的作用力1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F＝IlB或F＝ IlBsin θ，明确它们的使用条件。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。 知识点一　安培力的方向[情境导学]观察安培力的方向的实验装置如图所示。请思考下列问题：(1)接通电源之后，会观察到原来静止的导体棒发生了摆动，为什么？(2)实验中上下交换磁极的位置改变磁场的方向，观察导体棒摆动方向是否改变。(3)实验中改变导体棒中电流的方向，观察导体棒摆动方向是否改变。提示：(1)因为导体棒受到了磁场对它的力的作用。(2)会发生改变。(3)会发生改变。[知识梳理]1．安培力：通电导线在磁场中受的力。2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I所决定的平面。[初试小题]1．判断正误。(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。(×)(2)安培力的方向与磁感应强度的方向垂直。(√)(3)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向。(√)(4)通电直导线在磁场中受到安培力时一定满足B与I垂直。(×)2．[多选]如图所示，F是磁场对通电直导线的作用力，其中正确的示意图是(　　)解析：选AD　由左手定则可判断，选项B中安培力的方向向左，选项C中安培力的方向向下，选项A、D中安培力的方向如题图所示，选项A、D正确。知识点二　安培力的大小[情境导学]处在匀强磁场中的通电导线，如果放置的方式不同，其所受安培力的大小是否相同？提示：不同的放置方式，通电导线所受的安培力大小不同。[知识梳理]1．垂直于磁场B的方向放置的长为l的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力F＝IlB。2．当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，导线所受安培力为eq \a\vs4\al(0)。3．当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，导线所受安培力F＝IlBsin_θ。[初试小题]1．判断正误。(1)在磁感应强度为B的磁场中放置长为l的一段导线，当通过电流为I时，它所受安培力为BIl。(×)(2)一通电导线放在某处不受安培力作用，则该处的磁感应强度一定为零。(×)(3)通电导线在磁场中不一定受安培力。(√)(4)若磁感应强度一定，导线的长度和电流也一定的情况下，导线平行于磁场方向时，安培力最小；导线垂直于磁场方向时，安培力最大。(√)2．长度为l、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示。已知磁感应强度为B，对于下列各选项图中，导线所受安培力的大小计算正确的是(　　)解析：选A　A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故F＝BIlcos θ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIl，B错误；C图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIl，C错误；D图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIl，D错误。知识点三　磁电式电流表[情境导学]如图所示，通电线圈在磁场中所受安培力方向如何？线圈将如何运动？提示：左边导线所受安培力方向向上，右边导线所受安培力方向向下，线圈将沿顺时针方向转动。[知识梳理]1．构造：最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。如图所示。2．原理(1)通电线圈在磁场中受安培力发生转动时，螺旋弹簧变形，以反抗线圈的转动。(2)电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大，达到新的平衡。所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。(3)线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。3．特点：极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都相等。4．优、缺点(1)优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。(2)缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很小。[初试小题]1．判断正误。(1)磁电式电流表内是均匀辐向磁场，不是匀强磁场。(√)(2)磁电式电流表指针偏转角与电流大小成正比。(√)(3)磁电式电流表根据指针偏转方向，可以知道被测电流方向。(√)(4)磁电式电流表的灵敏度不高，不能测出很弱的电流。(×)2．磁电式电流表的结构示意图如图甲所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。如图乙所示，边长为l的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则(　　)A．该磁场是匀强磁场B．穿过该线圈的磁通量为Bl2C．a导线受到的安培力方向向下D．b导线受到的安培力大小为BIl解析：选D　该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故A错误；线圈平面与磁感线平行，故穿过线圈的磁通量为零，B错误；a导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，C错误；b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为BIl，D正确。[问题探究]电场中，电荷所受静电力方向与电场方向相同或相反。磁场中，通电导线在磁场中所受安培力的方向与磁场方向相同吗？提示：不同，安培力方向与磁场方向垂直。[要点归纳]1．安培力方向的特点(1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直。应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者方向两两垂直。(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向。应用左手定则判断时，拇指与四指、拇指与磁感线方向均垂直，但磁感线与四指方向不垂直。2．安培定则与左手定则对比理解[例题1]　[多选]图中装置可演示磁场对通电导线的作用。电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动，下列说法正确的是(　　)A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动[思路点拨]　(1)怎样判定电流的磁场方向。(2)怎样判定通电导线的受力方向。[解析]　若a接正极，b接负极，由安培定则(右手螺旋定则)知电磁铁上下两磁极间磁场方向向上；若e接正极，f接负极，由左手定则知L受到的安培力向左；若e接负极，f接正极，L受到的安培力向右。选项A错误，选项B正确。同理，若a接负极，b接正极，磁场方向向下；e接正极，f接负极，L所受的安培力向右；e接负极，f接正极，L所受的安培力向左。选项C错误，选项D正确。[答案]　BD 判断电流方向选取定则的原则 当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用安培定则判断；当已知通电导线所受安培力的方向时，用左手定则判断。　　　　 [针对训练]1．一根容易形变的弹性导线，两端固定。导线中通有电流，方向如图中箭头所示。当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图形中正确的是(　　)解析：选D　根据左手定则可判断出A选项中导线所受安培力为零，B选项中导线所受安培力垂直纸面向里，C、D选项中导线所受安培力向右，由导线受力以后的弯曲方向与受力方向的关系可知，D选项正确。2．在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，则此导线(　　)A．受到竖直向上的安培力B．受到竖直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向东的安培力解析：选A　赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方向图如图所示，由左手定则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，选项A正确。3．如图所示，一段半圆形粗铜线固定在绝缘水平桌面(纸面)上，铜线所在空间有一匀强磁场，磁场方向竖直向下。当铜线通有顺时针方向电流时，铜线所受安培力的方向(　　)A．向前　　　　　 B．向后C．向左 D．向右解析：选A　根据左手定则可知，安培力的方向一定和磁场方向垂直，同时一定和电流方向垂直，当铜线通有顺时针方向电流时，可等效为铜线通有向右的电流，故铜线所受安培力的方向向前，A正确。安培力大小的分析与计算[问题探究]仔细观察上面图片(1)甲图中计算通电导线所受安培力时，能利用公式F＝BIl吗？如果不能，该如何计算？(2)乙图中设磁感应强度为B，电流大小为I，AB＝BC＝l，整个导线ABC所受安培力如何？与公式F＝BIl对比可以得到什么结论？提示：(1)不能　F＝BIlsin θ。(2)所受安培力大小F＝eq \r(2)BIl，方向垂直于AC向上；可将ABC导线等效成沿虚线的导线AC(电流从A到C)，导线AC受到的安培力大小、方向与ABC导线相同，即导线ABC受到的安培力可用导线AC受到的安培力代替，设导线ABC段的等效长度即lAC为l等效，则F＝BIl等效。 　　[要点归纳]1．公式F＝IlB中l指的是“有效长度”。当B与I垂直时，F最大，F＝IlB；当B与I平行时，F＝0。2．弯曲导线的有效长度l等于连接两端点线段的长度(如图)。相应的电流沿l由始端流向末端。3．若磁场方向和电流方向成θ角时，如图所示，可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsin θ和B∥＝Bcos θ，而B∥对通电导线是没有作用力的。所以F＝IlB⊥＝IlBsin θ。4．当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。[例题2]　如图所示，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直匀强磁场放置，将M、N两点接入电压恒定的电源两端，通电时，线框受到的安培力为1．2 N，若将MON边移走，则余下线框受到的安培力大小为(　　)A．0.6 N　　　　　　　 B．0.8 NC．1．2 N D．1．6 N[解析]　根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向，如图所示，令电源电压为U，等边三角形MON的电阻为3R，曲线MON上产生的安培力合力竖直向上，与MN边受到的安培力方向相同，并联后总电阻为eq \f(2R,3)，根据欧姆定律，并联电路的总电流为I1＝eq \f(U,\f(2R,3))＝eq \f(3U,2R)，则安培力为F＝BI1l＝eq \f(3BUl,2R)＝1．2 N，将MON边移走，余下线框受到的安培力大小为F′＝BI2l＝eq \f(BUl,R)，可得F′＝0.8 N。故B正确。[答案]　B应用安培力公式F＝IlBsin θ解题的技巧应用公式F＝IlBsin θ求安培力大小时不能死记公式，应正确理解公式中各物理量的实质，可将Bsin θ理解为有效磁感应强度或将lsin θ理解为有效长度，θ为磁场方向与直导线l之间的夹角。　　　　 [针对训练]1．[多选]如图所示，长度L＝10 cm的一段直导线ab，与磁场方向垂直放置在磁感应强度B＝3×10－2 T的匀强磁场中。若在导线中通以I＝10 A的电流，方向从b流向a，导线绕固定点O转动(设eq \x\to(Oa)＝3eq \x\to(Ob))，由图中位置在纸面内转动，则(　　)A．图示位置安培力大小为3×10－2 NB．由图示位置顺时针转过60°时，安培力大小为1．5×10－2 NC．由图示位置顺时针转过90°时，安培力大小为0 ND．由图示位置向纸面外转过90°时，安培力大小为0 N解析：选ABC　图示位置，F安＝BIL＝3×10－2 N，A正确；由图示位置顺时针转过60°时，F安＝BILsin 30°＝1．5×10－2 N，B正确；由图示位置顺时针转过90°时，B∥I，F安＝0 N，C正确；由图示位置向纸面外转过90°时，B⊥I，F安＝BIL＝3×10－2 N，D错误。2．如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。则导线abcd所受到的磁场的作用力的合力(　　)A．方向沿纸面向上，大小为(eq \r(2)＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(eq \r(2)－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(eq \r(2)＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(eq \r(2)－1)ILB解析：选A　由左手定则及力的合成可知合力方向沿纸面向上，C、D错误；导线abcd的等效长度为a到d的距离，即为(eq \r(2)＋1)L，由安培力公式可得合力大小为(eq \r(2)＋1)ILB，A正确。3．如图所示，直角三角形闭合线框abc处于匀强磁场中，∠acb＝30°，磁场垂直线框平面向里，线框中通入顺时针方向电流时，下列说法正确的是(　　)A．ab边受到的安培力向右B．ac边受到的安培力与ab边受到的安培力大小相等C．ab边与bc边受到的安培力的合力大于ac边受到的安培力D．整个线框所受的安培力的合力为零解析：选D　根据左手定则可知ab边受到的安培力向左，A错误；ac边受到的安培力Fac＝BILac，ab边受到的安培力Fab＝BILab，因为Lac>Lab，故ac边受到的安培力大于ab边受到的安培力，B错误；根据安培力大小的计算公式可知，线框三边受到的安培力的大小与三边长度成正比，又根据左手定则可知线框三边受到的安培力的方向，易知线框三边受到的安培力构成一个三角形，因此整个线框所受的安培力的合力为零，故ab边与bc边受到的安培力的合力大小等于ac边受到的安培力大小，方向相反，C错误，D正确。安培力作用下导体的平衡和加速问题[问题探究]一通电导线放置于光滑的斜面上，分别施加如图甲、乙、丙、丁四种情况的磁场，请指出哪些情况导体棒可能保持静止不动，并指出安培力的方向。提示：甲图可能，安培力的方向水平向右；乙图可能，安培力的方向竖直向上；丙图不可能，安培力的方向竖直向下；丁图可能，安培力的方向沿斜面向上。[要点归纳]1．安培力作用下导体棒的平衡问题和加速问题，题目所给出的图形一般为“立体图”，如果把物体的受力直接画在导体棒上，则较为抽象，不利于问题的求解，一般把抽象的立体图转换为直观的“平面图”，即画出“侧视图”。2．画平面图时应准确标明辅助方向，如磁感应强度B的方向，电流的方向，导体棒端点的名称，磁感应强度B的方向与平面的夹角，磁感应强度B的方向与电流的夹角，线框与水平面或与竖直面之间的夹角等，最后根据安培力方向一定垂直于电流和磁场所决定的平面的特点准确画出安培力的方向。[例题3]　如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一平行金属导轨，导轨间距离l＝0.25 m，两导轨间接有滑动变阻器R和电动势E＝12 V、内阻不计的电池。垂直导轨放有一根质量m＝0.2 kg的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数μ＝eq \f(\r(3),6)。整个装置放在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.8 T。当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在导轨上？(导轨与金属棒的电阻不计，g取10 m/s2)[思路点拨] [解析]　当滑动变阻器R接入电路的阻值较大时，I较小，安培力F较小，金属棒在重力沿斜面的分力mgsin θ作用下有沿斜面下滑的趋势，导轨对金属棒的摩擦力沿斜面向上(对金属棒的受力分析如图所示)。金属棒刚好不下滑时，有Beq \f(E,R)l＋μmgcos θ－mgsin θ＝0解得R＝eq \f(BEl,mgsin θ－μcos θ)＝4．8 Ω。当滑动变阻器R接入电路的阻值较小时，I较大，安培力F较大，会使金属棒产生沿斜面上滑的趋势，此时导轨对金属棒的摩擦力沿斜面向下(如图所示)。金属棒刚好不上滑时，有Beq \f(E,R′)l－μmgcos θ－mgsin θ＝0解得R′＝eq \f(BEl,mgsin θ＋μcos θ)＝1．6 Ω。综上所述，滑动变阻器R接入电路的阻值范围应为1．6 Ω≤R≤4．8 Ω。[答案]　1．6 Ω≤R≤4．8 Ω对物体进行受力分析时，应注意以下两点(1)受力分析时，将表示磁场的箭头在受力图中标出，便于确定安培力的方向。(2)画完图后，要检查一下，看安培力是否垂直于B、I所决定的平面。　　　　 [针对训练]1．如图所示，一根质量为m的金属棒AC，用软线悬挂在磁感应强度为B的匀强磁场中，通入A→C方向的电流时，悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，可以采用的办法是(　　 )A．不改变电流和磁场方向，适当减小电流B．不改变磁场和电流方向，适当增大磁感应强度C．只改变电流方向，并适当增加电流D．只改变电流方向，并适当减小电流解析：选B　不改变电流和磁场方向，适当减小电流，可减小安培力，不能使悬线张力为零，故A错误。不改变磁场和电流方向，金属棒所受的安培力方向仍向上，适当增大磁感应强度，安培力增大，悬线张力可减小到零，所以B正确。只改变电流方向，金属棒所受安培力方向向下，悬线张力一定不为零，故C、D错误。2．如图所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为外侧圆弧的圆心，N点为水平段与圆弧段的切点。两金属轨道之间的宽度为0.5 m，匀强磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为0.5 T。质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆置于金属轨道上的M点。当在金属细杆内通以2 A的恒定电流时，金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动。已知MN＝OP＝1 m，g取10 m/s2，则(　　)A．金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2B．金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m/sC．金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10 m/s2D．金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小均为0.75 N解析：选D　金属细杆开始运动时的加速度大小a＝eq \f(BIl,m)＝10 m/s2，故A错误；金属细杆由M点运动至P点的过程，由动能定理得BIl·(MN＋OP)－mg·ON＝eq \f(1,2)mvP2，解得vP＝2eq \r(5) m/s，故B错误；金属细杆运动到P点时向心加速度an＝eq \f(vP2,OP)＝20 m/s2，故C错误；在P点，设每一条轨道对金属细杆的作用力大小为FN，由牛顿第二定律得2FN－BIl＝man，解得FN＝0.75 N，故D正确。3．如图所示，水平导轨间距为L＝0.5 m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1 kg，电阻R0＝0.9 Ω，与导轨接触良好；电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.1 Ω，电阻R＝4 Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝5 T，方向垂直于ab，与导轨平面成夹角α＝53°；ab与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab处于静止状态。已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。求：(1)通过ab的电流大小和方向；(2)ab受到的安培力大小；(3)重物重力G的取值范围。解析：(1)由闭合电路的欧姆定律得I＝eq \f(E,R＋R0＋r)＝2 A，方向为a到b。(2)ab受到的安培力大小F＝BIL＝5 N。(3)对导体棒ab受力分析，如图所示，fm＝μ(mg－Fcos 53 °)＝3．5 N。当最大静摩擦力方向向右时，FT＝Fsin 53°－fm＝0.5 N。当最大静摩擦力方向向左时，FT＝Fsin 53°＋fm＝7．5 N。所以由G＝FT可知0.5 N≤G≤7．5 N。答案：(1)2 A　方向为a到b　(2)5 N(3)0.5N≤G≤7．5N安培力作用下导体运动方向的判断1．判断导体在磁场中运动情况的常规思路(1) 不管是电流还是磁体，对通电导体的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导体所在位置的磁场分布情况。(2)结合左手定则准确判断导体所受安培力的方向。(3)由导体的受力情况判定导体的运动方向。2．分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法[示例]　如图所示，把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)(　　)A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升[思路点拨]eq \x(\a\al(画出磁感,线分布))eq \o(――→,\s\up7(导线怎),\s\do5(样平分段))eq \x(\a\al(选取一段具有,代表性的导线,作为电流元))―→eq \x(\a\al(确定电流元,所受安培力,的方向))―→eq \x(\a\al(根据电流元所受安培,力方向得出结论))[解析]　如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分。中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力；左端一段所在处的磁场方向斜向上，根据左手定则其受力方向向外；右端一段所在处的磁场方向斜向下，受力方向向里。当转过一定角度时，中间一段电流不再与磁场方向平行，由左手定则可知其受力方向向下，所以从上往下看导线将一边逆时针方向转动，一边向下运动，C选项正确。[答案]　C判断安培力作用下通电导体的运动方向的思路(1)首先应画出通电导体(或通电线圈)所在位置的磁感线方向。(2)根据左手定则确定通电导体(或通电线圈)所受安培力的方向。(3)由通电导体(或通电线圈)的受力情况判断通电导体(或通电线圈)的运动方向。　　　　 [拓展训练]1．用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图所示，当两导线环中通入方向相同的电流I1、I2时，则有(　　)A．两导线环相互吸引B．两导线环相互排斥C．两导线环无相互作用力D．两导线环先吸引后排斥解析：选A　通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或通电导线产生力的作用。由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，根据同向电流相互吸引的规律，知两导线环应相互吸引，故A正确。2．一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示。当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将(　　)A．不动　　　　　　 B．顺时针转动C．逆时针转动 D．向纸面内平动解析：选B　方法一(电流元法)：把线圈L1分成上、下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中。根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力均指向纸外，下半部分电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看，线圈L1将顺时针转动。方法二(等效法)：把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向。由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动。方法三(结论法)：环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止。据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动。3．[多选]如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线通以垂直纸面向里方向的电流时，下列判断正确的是(　　)A．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用B．磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用C．若将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，则磁铁对桌面的压力会减小D．若将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，则磁铁对桌面的压力会增大解析：选AC　根据条形磁铁磁感线分布情况得到直线电流所在位置磁场方向，再根据左手定则判断安培力方向，如图所示，根据牛顿第三定律知，电流对磁铁的作用力指向右下方，再结合平衡条件，可知通电后磁铁对桌面的压力变大，静摩擦力方向向左，A正确，B错误；若将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，导线受到的安培力竖直向下，水平方向无作用力，根据牛顿第三定律可知，磁铁受到向上的力，其对桌面的压力减小，C正确，D错误。1．一条劲度系数较小的金属弹簧处于自由状态，当弹簧通以电流时，弹簧将(　　)A．保持原长　　　　　　　 B．收缩C．伸长 D．不能确定解析：选B　弹簧通电时，同向电流相吸，使得弹簧缩短，故B正确。2．关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是(　　)A．安培力的方向可以不垂直于直导线B．安培力的方向总是垂直于磁场的方向C．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半解析：选B　根据左手定则可知，安培力的方向垂直于电流I和磁场B确定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A错误，B正确；当电流I的方向平行于磁场B的方向时，直导线受到的安培力为零，当电流I的方向垂直于磁场B的方向时，直导线受到的安培力最大，可见，安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关，C错误；如图所示，电流I和磁场B垂直，直导线受到的安培力F＝BIl，将直导线从中点折成直角，分段研究导线受到的安培力，电流I和磁场B垂直，根据平行四边形定则可得，导线受到的安培力的合力F′＝eq \f(\r(2),2)BIl，D错误。3．如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里，开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是(　　)A．竖直向下 B．竖直向上C．水平向右 D．水平向左解析：选B　首先根据安培定则判断通电螺线管在导线A处产生的磁场方向水平向左。再根据左手定则判断可知，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向竖直向上，故A、C、D错误，B正确。4．长为L的通电直导线放在倾角为θ的光滑斜面上，并处在磁感应强度为B的匀强磁场中。如图所示，当B方向竖直向上，电流为I1时导体处于平衡状态；若B方向改为垂直斜面向上，则电流为I2时导体处于平衡状态，那么电流比值I1 ∶I2应为(　　)A．cos θ B．eq \f(1,cos θ)C．sin θ D．eq \f(1,sin θ)解析：选B　若磁场方向竖直向上，则安培力水平向右，由平衡条件可得mgtan θ＝BI1L；若磁场方向垂直于斜面向上，则安培力沿斜面向上。由平衡条件可得mgsin θ＝BI2L，则I1∶I2＝1∶cos θ，故B正确。5．如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N方向的电流，平衡时两细线与竖直方向夹角均为θ。如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是(　　)A．棒中的电流变大，θ角变大B．两细线等长变短，θ角变小C．金属棒质量变大，θ角变大D．磁感应强度变大，θ角变小解析：选A　金属棒受力如图所示，tan θ＝eq \f(F,mg)＝eq \f(BIl,mg)。棒中电流I变大，θ角变大；两细线等长变短，θ角不变；金属棒质量变大，θ角变小；磁感应强度变大，θ角变大。故A正确。安培力方向的理解及判断安培定则左手定则用途判断电流产生的磁场方向判断通电导线在磁场中的受力方向因果关系电流是因，磁场是果电流和磁场都是因，安培力是果结论判断安培力的方向不是用安培定则，而是用左手定则电流元法把整段导体分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导体所受安培力的方向，从而确定导体运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断特殊位置法通过转动通电导体到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向