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物理也瘋狂
人教版高中物理選擇性必修第二冊
第一章第1節
磁場對通電導線的作用力
目
錄
contents
01
安培力的方向
02
安培力的大小
03
磁電式電流表
用如圖所示的裝置進行實驗，合上開關，當導體棒中有電流流過時，你會看到什么現象？
現象：導體棒由靜止開始滾動，表明它受到了安培力。
情境導入
情境導入
磁場對通電導線的作用力稱為＿＿＿。
安培力
情境導入
F
F
F
F
思考：安培力的方向與哪些因素有關系？
安培力的方向
導學探究
如圖所示，同向電流相互吸引，請利用安培力方向的知識解釋？
答案　導線A在B處產生磁場BA，導線B在A處產生磁場BB，由左手定則判斷，A導線對B導線作用力FAB和B導線對A導線的作用力FBA方向如圖所示，由圖可知兩導線相互吸引。
安培力的方向
安培力是一個矢量，既有大小又有方向。
利用如圖所示裝置進行實驗，探究影響安培力方向的因素。
【思考問題】（1）根據磁感應強
度的定義式 ，猜想安培力
的方向可能與哪些因素有關？
安培力的方向與哪些因素有關呢？
可能與磁感應強度B的方向和電流I的方向有關。
安培力的方向
利用如圖所示裝置進行實驗，探究影響安培力方向的因素。
（2）本實驗用什么研究方法？
（3）如何用一個截面圖來表示電流的方向？
控制變量法
表示電流方向垂直紙面向里：
表示電流方向垂直紙面向外：
⊙
安培力的方向
（4）電流方向與磁場方向垂直時，安培力的方向與電流方向及磁場方向有怎樣的關系？它們之間存在怎樣的規律？
用如下表格記錄實驗結果：
安培力的方向
I
I
I
I
F
F
F
F
左手定則：伸開左手，使大拇指與四指垂直，且都與手掌在同一個平面內。讓磁感線垂直穿過手心，并使四指指向電流的方向，這時大拇指所指方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。
萬箭穿心
仙人指路
一指乾坤
安培力的方向
（1）安培力的方向既與電流的方向垂直，也與磁場方向垂直，即安培力的方向垂直于電流方向與磁場方向所決定的平面，但電流方向不一定與磁場方向垂直；
（2）已知電流方向和磁場方向可以確定安培力的方向；
（3）當電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直于電流方向與磁場方向所決定的平面，仍可以用左手定則判斷安培力的方向。
F
安培力的方向
F
F
F
F
反向電流相互排斥
同向電流相互吸引
跟蹤練習
考點一　安培力的方向　左手定則
1.某同學畫的表示磁感應強度B、電流I和安培力F的相互關系如下列選項圖所示，其中正確的是
√
跟蹤練習
2.如圖，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。閉合開關S，A受到的通電螺線管產生的磁場的作用力的方向是
A.豎直向上　　B.豎直向下　　C.水平向右　　D.水平向左
√
首先根據安培定則判斷出通電螺線管右端為N極，左端為S極，所以在A處產生的磁場方向水平向左。根據左手定則判斷可知A受到的通電螺線管產生的磁場的作用力的方向豎直向上，選項A正確，B、C、D錯誤。
安培力的大小
導學探究
如圖所示，導線長度為l，電流為I，磁場的磁感應強度為B。
1.寫出甲、乙兩圖中導線所受安培力的大小；
答案　甲圖：F＝BIl　乙圖：F＝0
2.試推導丙圖中導線所受安培力的大小。
答案　如圖所示，分解磁感應強度B
F＝B⊥Il＝BIl·sin θ
安培力的大小
(1) 對安培力F＝BILsinθ的理解
①B對放入的通電導線來說是
外磁場的磁感應強度，不必考慮導線
自身產生的磁感應強度的影響；
②L是有效長度，勻強磁場中彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度，相應的電流沿L由始端流向末端。
(2) 安培力F＝BILsinθ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。
安培力的大小
(2) 安培力F＝BILsinθ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。
①B對放入的通電導線來說是外磁場的磁感應強度，不必考慮導線自身產生的磁感應強度的影響；
②L是有效長度，勻強磁場中彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度，相應的電流沿L由始端流向末端。
跟蹤練習
考點二　安培力的大小
3.(2023·山西運城高二校聯考階段練習)如圖所示，水平放置的U形導線框中接有電源，電流為I，導線框垂直于勻強磁場放置，磁感應強度大小為B，導線框間距為d，一導體棒與豎直虛線成θ角放置，則導體棒所受安培力的大小和方向分別為
√
跟蹤練習
4.如圖所示，水平導軌接有電源，導軌上固定有三根導體棒a、b、c，c為直徑與b等長的半圓，長度關系為c最長，b最短，將裝置置于豎直向下的勻強磁場中，在接通電源后，三根導體棒中有等大的電流通過，則三根導體棒受到的安培力大小關系為
A.Fa＞Fb＞Fc
B.Fa＝Fb＝Fc
C.Fb＜Fa＜Fc
D.Fa＞Fb＝Fc
√
磁電式電流表
1.磁電式電流表的構造：刻度盤、指針、蹄形磁體、極靴(軟鐵制成)、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯(軟鐵制成)。
2.磁電式電流表的工作原理：通電線圈在磁場中受安培力作用發生轉動
(1)被測電流越大， 的角度越大。螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉動。這兩種轉動的效果疊加在一起，指針隨之發生偏轉；最終達到平衡，指針停止偏轉。所以根據指針偏轉角度的大小，可以確定被測電流的大小。
(2)當線圈中電流方向改變時， 隨之改變，指針的偏轉方向也隨著改變。所以，根據指針的偏轉方向，可以知道 。
線圈偏轉
安培力的方向
被測電流的方向
磁電式電流表
3.磁電式電流表的特點：
(1)磁體和鐵芯之間是 的磁場
(2)線圈平面始終與磁感線_____
(3)表盤刻度均勻分布
4.優點：靈敏度高，可以測量 的電流。
5.缺點：線圈的導線很細，允許通過的電流 。
輻向均勻分布
平行
很弱
很弱
磁電式電流表
結合磁電式電流表的工作原理，若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 (填“增加”或“減少”)線圈的匝數、 (填“增大”或“減小”)永磁體的磁感應強度、 (填“增加”或“減少”)線圈的面積和減小轉軸處摩擦等方法實現。
增加
增大
增加
跟蹤練習
考點三　磁電式電流表
7.(多選) 關于磁電式電流表，以下說法正確的是
A.指針穩定后，螺旋彈簧形變產生的阻礙效果與線圈受到的安培力的
轉動效果方向是相反的
B.通電線圈中的電流越大，電流表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，線圈所受安培力大小與電流大小有關，而與
所處位置無關
√
√
√
跟蹤練習
6.如圖甲是高中物理電學實驗中常用的磁電式電流表的結構，其內部磁場分布和線圈中電流流向剖面示意如圖乙所示。關于磁電式電流表的下列各項說法中正確的是
A.當線圈在如圖乙所示位置時b端受到
的安培力方向向上
B.線圈中電流越大，安培力就越大，
螺旋彈簧的形變也越大，線圈偏轉
的角度也越大
C.電流表中的磁場是勻強磁場
D.線圈無論轉到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，所以線圈不受安培力
√
跟蹤練習
根據左手定則可得線圈b端在磁場中受到的安培力的方向向下，A錯誤；
電流表中的磁場不是勻強磁場，C錯誤；
線圈平面和磁感線平行只能說明磁通量一直為零，但是導線和磁場不平行，所以安培力不可能為零，D錯誤，故選B。
跟蹤練習
7.如圖所示為電流天平，可以用來測量勻強磁場的磁感應強度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數為n，線圈的水平邊長為l，處于勻強磁場內，磁感應強度B的方向與線圈平面垂直。當線圈中通過電流I時，調節砝碼使兩臂達到平衡。然后使電流反向，大小不變。這時需要在左盤中增加質量為m的砝碼，才能使兩臂再達到新的平衡。重力加速度g取10 m/s2。
(1)導出用n、m、l、I、g計算B的表達式；
跟蹤練習
跟蹤練習
(2)當n＝9，l＝10.0 cm，I＝0.10 A，m＝8.78 g時，磁感應強度是多大？(保留兩位有效數字)
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