磁场对通电导线的作用力(二)
大单元教学设计1.1 磁场对通电导线的作用力(2019人教版 选择性必修第二册)
第一章安培力与洛伦兹力第1节磁场对通电导线的作用力教材分析：本节课程将深入探讨安培力的方向和大小，以及安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系（左手定则），这些内容是本章的重点和难点。
需要强调的是，安培力的方向始终与电流和磁感应强度的方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向之间可以存在任意角度。
当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力达到最大值。
对于这些概念的准确理解和应用，是本章的另一个难点。
物理核心素养：物理观念：安培力的方向始终与电流和磁感应强度的方向垂直，这是由于安培力是由电流在磁场中受到的力，而电流的方向与磁感应强度的方向相互垂直，因此安培力的方向也会与这两个方向垂直。
这一结论在物理学中有着广泛的应用，特别是在电力和磁力相互作用的场景中。
科学思维：推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小科学探究：观察安培力与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。
科学态度与责任：通过实验演示、动手操作仪器，让学生体验安培力的特点，将理论联系实际。
教学重难点：1、教学重点：安培力的方向和大小2、教学难点：安培力、电流和磁感应强度三者的空间关系教学方法与教具：多媒体、视频片断、安培力演示仪、三维立体坐标等教学过程：一、新课引入初次与大家见面，我并没有准备贵重的礼物，但为了表达我的诚意和心意，我亲手制作了一个小爱心。
这个爱心虽然微小，但寄托了我的祝福和希望，希望你们能够喜欢这份简单而真挚的礼物。
(播放动图、音频）问题：为什么“心”会转动？其中会有怎么样的规律呢？通过前面的学习我们知道了磁场对通电导线会有力的作用。
安培在这方面有杰出的贡献，为了纪念他，我们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。
电流的单位是A ，说的就是他。
大家应该熟悉了吧。
我们高一学习力的时候，知道力的三要素是力的大小，力的方向和作用点。
通电导线在磁场中所受的作用力作用点肯定在导线上。
那么问题：安培力的大小和方向是怎么样的呢？二、新课教学一、知识回顾如何描述磁场强弱？在必修课中，我们已经知道了磁场对通电导线有作用力，并从这个现象入手定义了物理量——磁感应强度B ILF B 安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力（Ampère force），把电流的单位定为安培安德烈-马里安培（法语∶André-Marie Ampere，FRS，1775年1月20日-1836年6月10日）是法国物理学家、数学家，经典电磁学的创始人之一。
《磁场对通电导线的作用力》示范教案
高中物理教学教案课题 3.4 磁场对通电导线的作用力新授课教学目标（一）知识与技能1、知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BIL sinθ。
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。
（二）过程与方法通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系——左手定则。
（三）情感、态度与价值观1、通过推导一般情况下安培力的公式F=BIL sinθ，使学生形成认识事物规律要抓住一般性的科学方法。
2、通过了解磁电式电流表的工作原理，感受物理知识的相互联系。
教学重点、难点教学重点安培力的大小计算和方向的判定。
教学难点用左手定则判定安培力的方向。
教学方法实验观察法、逻辑推理法、讲解法教学手段蹄形磁铁多个、导线和开关、电源、铁架台、两条平行通电直导线、投影片，多媒体辅助教学设备教学活动（一）引入新课通过第二节的学习，我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力。
安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。
这节课我们对安培力作进一步的讨论。
（二）进行新课1、安培力的方向演示实验：（1）改变电流的方向现象：导体向相反的方向运动。
（2）调换磁铁两极的位置来改变磁场方向现象：导体又向相反的方向运动。
教师引导学生分析得出结论（1）安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系。
（2）安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。
左手定则通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，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，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大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。
例：判断下图中导线A所受磁场力的方向。
通电平行直导线间的作用力方向如何呢？演示实验：学生活动学生观测实验现象（1）电流的方向相同时 现象：两平行导线相互靠近。
高二物理 3.4 磁场对通电导线的作用力教案
高二物理教学目标：（一）知识与技能1、知道什么是安培力。
知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场方向都垂直时，它的方向的判断----左手定则。
知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向，并会用它解答有关问题。
2、会用安培力公式F=BIL解答有关问题. 知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL。
3、了解磁电式电流表的内部构造的原理。
（二）过程与方法通过演示、分析、归纳、运用使学生理解安培力的方向和大小的计算。
培养学生的想像能力。
（三）情感态度与价值观使学生学会由个别事物的个性来认识一般事物的共性的认识事物的一种重要的科学方法.并通过对磁电式电流表的内部构造的原理了解，感受物理知识之间的联系。
教学重点：安培力的方向确定和大小的计算。
教学难点：左手定则的运用（尤其是当电流和磁场不垂直时，左手定则如何变通使用）。
教学方法：讲授、实验、探究、讨论教学教具：磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、滑动变阻器、多媒体。
教学过程：（一）复习引入让学生回忆在在第二节中通电导线在磁场中受力大小与什么因素有关。
过渡：本节我们将对安培力做进一步的讨论。
（二）新课教学安培力：磁场对电流的作用力。
安培力是以安培的名字命名的，因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献。
1．安培力的方向【演示】按照P85图3.1—3所示进行演示。
（1）改变电流的方向，观察发生的现象。
［现象］导体向相反的方向运动。
（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］导体又向相反的方向运动［教师引导学生分析得出结论］（1）安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系。
（2）安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。
（P96图3.4-1）如何判断安培力的方向呢？人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场图和剖面图一一引导学生展示。
磁场对通电导线的作用力(原卷版)
1.1 磁场对通电导线的作用力一、安培力的方向1．安培力：通电导线在 中受的力．2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与 在同一个平面内；让磁感线从 垂直进入，并使四指指向 的方向，这时 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： ， ，即F 垂直于B 与I 所决定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁场B 的方向放置的长为l 的通电导线，当通过的电流为I 时，所受安培力为F ＝ . 2．当磁感应强度B 的方向与电流方向成θ角时，公式F ＝ . 三、磁电式电流表1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到 而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越 ．根据 的偏转方向，可以知道被测电流的方向． 2．构造：磁体、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿 方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线 ，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小 ．4．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．考点一：两根通电导线之间的作用力方向【例1】在正三角形ABC 的三个顶点A 、B 、C 处，各固定有一根垂直于三角形的长直导线，每根导线通有大小相同的恒定电流，电流方向如图所示，已知导线A 受到的安培力大小为F ，则导线C 受到的安培力（ ）A ．大小为F ，方向平行AB 向左下 B ．大小为F ，方向平行AB 向右上基础知识梳理典型例题分析C，方向垂直AB向右下D，方向垂直AB向左上【变式练习】1．如图所示，两个完全相同的闭合导线环挂在光滑绝缘的水平横杆上，当导线环中通有反向电流后，两导线环开始运动，以下关于两导线环运动情况的说法正确的是（）A．二者相互靠近，各自做匀变速直线运动B．二者相互远离，各自做加速度减小的直线运动C．二者相互靠近，各自做加速度减小的直线运动D．二者相互远离，各自做加速度增大的直线运动2．如图所示，矩形abcd的边长bc是ab的2倍，两细长直导线通有大小相等、方向相反的电流，垂直穿过矩形平面，与平面交于e、f两点，其中e、f分别为ad、bc的中点。
(30) 磁场对通电导线的作用力
（2）电源输出的能量有 4%转换为滑块的动能，则有 PΔt× 4%=
1 2
mv2，
1 -2 发射过程电源供电时间 Δt=v/a= × 10 s， 3 1 2 mv 电源的输出功率 P= 2 ≈1.0×109 W， t 4%
E 好不上滑时满足平衡条件 B R1
R1=
L－μmgcos θ－mgsin θ=0，
BEL =1.6 Ω. m g(sin cos )
图 8－2－8
（2）当变阻器 R 取值较大时，I 较小，安培力 F 较小，在金属棒重力分力 mgsin θ 作用下，使棒有沿框架下滑的趋势，框架对棒的摩擦力沿框架向上，如图（2）所示. 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 B
t，
m U 2 UD 所以 . t ghR B
答案： （1）UlB/（δρDg） （2）
U D B
考点演练
（对应学生用书第 262~263 页） 达标提升 1.在竖直向上的匀强磁场中放置载有相同电流的四根导线，如图 8－2－12 所示.导 线 aa′水平放置并且长为 L；导线 bb′长为 2L 且与水平方向成 60° ；折成直角的导线 coc′
基础整合 1.安培力 （1）安培力的定义：通电导线在磁场中受到的作用力. （2）安培力的大小：F=BLI，B 与 I 垂直. （3）安培力的方向： ①判断方法：用左手定则判断. ②方向特点：F 垂直于 B 与 I 所确定的平面. 温馨提示：当导线弯曲时，L 是导线两端的有效线段长度.如图 8－2－1 所示.
图 8－2－2 A.磁铁对桌面的压力减小 C.磁铁受到向右的摩擦力 B.磁铁对桌面的压力增大 D.磁铁受到向左的摩擦力
思路点拨：判断磁铁对桌面的压力和摩擦力情况，须分析磁铁受力，可通过转换研 究对象分析磁铁对电流的作用力的方向， 再应用牛顿第三定律分析电流对磁铁的作用力. 解析：如图 8－2－3 所示，对导体棒，通电后，由左手定则判断出导体棒受到斜向 左下的安培力，由牛顿第三定律可得，磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上，所以在通 电的一瞬间，磁铁对桌面的压力减小，磁铁受到向左的摩擦力，因此 A、D 正确.
4磁场对通电导线的作用力
将长为1m的导线ac，从中点折成1200的夹角如图 形状，放入B=0.08T的匀强磁场中，abc平面与磁 场垂直，若在导线abc中通入25A的直流电，则整个 导线所受安培力的大小为 31/2_______N。
2、通电导线在安培力作用下的运动
电流元法 特殊位置法 等效法 结论法 转换研究对象法
电流元法+特殊位置法
安培力的力矩叫磁力矩
1、当线圈平面与磁感线平行时(B∥S) Mab＝Fab· L2/2＝BIL1· L2/2＝BIS/2 Mcd＝Fcd· L2/2＝BIS/2 Mbc＝Mad＝0 M＝Mab＋Mcd＋Mbc＋Mad＝BIS ——单匝线圈，匀强磁场 2、当线圈平面与磁感线成θ角时 若N匝，则NBIS Mab＝Fab· L2cosθ/2＝BIScosθ/2 Mcd＝Mab＝BIScosθ/2 Mbc＝Mad＝0 若N匝，则NBIScosθ M＝BIScosθ ——单匝线圈，匀强磁场 3、B⊥S时，M＝0 (θ＝90°)
演示 平行通电直导线之间的相互作用
你能用安培力的知 识来判断结果吗？ 结论： 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 问:若两根导线通以大小不同的 电流，则受力情况如何？
注意：F12=F21
二、安培力的大小
当B⊥I时 ，导线所受安培力 F＝BIL 当B∥I 时，导线所受安培力 F＝0 当B与I成一角度θ时， F＝BILsinθ
（C）、适当增大磁场
（D）、将磁场反向并适当改变大小
应用：
1、“ 有效长度”问题 2、判断通电导线在非匀强磁场中的运动 3、安培力的力学综合问题
1、“ 有效长度”问题
在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流 强度为I，磁感应强度为B，求各导线受到的安培力。
人教版高二物理选择性必修二磁场对通电导线的作用力
已知金属棒长为 = 0.5m，质量 = 0.01kg， = 0.4T，欲使悬线的张力为零，求
金属棒中的电流的大小与方向？（g = 10m/s 2 ）
解析：由题意知，安培力与重力平衡
= = g
=
g 0.01 × 10
=
A = 0.5A
0.4 × 0.5
由左手定则知，电流由a流向b
3、科学探究：会用公式F＝BIL进行安培力的简单计算。掌握
磁通量的概念
4、科学态度与责任：安培力大小的实验探究及安培力方向的
判断。
教学目标
教学重点：1.利用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向.
2.会分析导体在安培力作用下的平衡问题.
教学难点： 1、理解磁场对电流的作用力大小的决定因素。
2、对左手定则的理解．尤其是磁场方向、电流方向和安培
人教版高二物理选择性必修第二册第一章
《磁场对通电导线的作用力 》
核心素养目标
1、物理观念：知道什么是安培力。知道匀强磁场中影响通电
导线所受安培力大小和方向的因素。
2、科学思维：理解磁感应强度B的定义式和物理意义。知道
磁感应强度的单位：特斯拉(T)。知道用磁感线的疏密程度可
以形象地描绘磁感应强度的大小。
精确的实验表明，通电导线在磁场中受到的安
培力F的大小，既与导线的长度L成正比，又与导线
中的电流I成正比，即与I和L的乘积成正比 。
Ｆ＝BIL （B是比例系数）
任务探究七
一、安培力
1、定义：通电导线在磁场中受到的力。
2、大小： F=BIL
（1）通电导线长度一定时，电流越大，安培
力越大 ；
（2）通电导线电流一定时，通电导线 越长，
《磁场对通电导线的作用力》磁现象PPT课件2
探究 磁场对通电导线的作用 1.结合“体验”,可以得知通电导体在磁场中受到 的 作用。 参考答案:力
2.猜想与假设:
通电导体在磁场中所受力的方向可能与
也可能与
的方向有关。
参考答案:电流 磁场
的方向有关,
3.实验方法:
(1)磁力是看不到、摸不着的,所以在实验中是利用
(选填“能”或“不能”)摆动; (选填“能”或“不能”)摆动。
1.通电导体在磁场中受到的力的方向与什么因素有关?
2.左手定则的内容是什么? PPT模板：素材： PPT背景：图表： PPT下载：教程： 资料下载：范文下载： 试卷下载：教案下载： PPT论坛：课件： 语文课件：数学课件： 英语课件：美术课件： 科学课件：物理课件： 化学课件：生物课件： 地理课件：历史课件：
“运动”或“不运动”)。
提示:当通电导体中的电流方向与磁感线方向垂直时,受到磁场
力的作用;当通电导体中的电流方向与磁场方向平行(即电流方
向与磁场方向相同或相反)时,所受磁场力的大小为零,所以通
电导体放入磁场中不一定都会受到力的作用。
参考答案:不运动
(3)怎样改变通电导体在磁场中受到的力的大小? 提示:通电导体的受力方向与电流方向和磁场方向有关,所以改 变力的大小应该考虑电流的大小和磁场强度。 参考答案:利用滑动变阻器改变电路中电流的大小或改用磁场 强弱不同的磁体,都可以改变通电导体在磁场中受到的力。
考点2 左手定则的运用 【典例2】(多选)图中×表示磁感线的方向 垂直于纸面向里，下列对通电导体在磁场 中受力方向分析正确的是( ) A.若电流方向从A到B，通电导体受力方向 向右 B.若电流方向从A到B，通电导体受力方向向左 C.若电流方向从B到A，通电导体受力方向向右 D.若电流方向从B到A，通电导体受力方向向左
高中物理磁场对通电导线的作用力 2人教版选修3-1
磁场对通电导线的作用力课前预备一、小小信息窗由于地磁场的存在，它屏蔽了宇宙射线，阻止了太阳风暴对地球的袭击，保护了地球生命的延续。
最新的研究成果显示，地球的磁极已经显露出向相反方向移动的征兆，科学家们认为，地球磁场也许即将反转。
如果有一天地球上的南极变成了北极，指南针指向北方，鸟类和其他对磁场敏感的动物将怎样辨别方向？几万年来，蜜蜂、鸽子、鲸鱼、鲑鱼、红龟、津巴布韦鼹鼠等动物一直依赖先天性的本能在磁场的指引下秋移春返，一旦磁场消失，它们的命运很难预测。
然而对于人类来说，最致命的打击莫过于直接暴露在强烈的紫外线辐射之下。
地球磁场真会反转吗？专家认为，地球磁场来自地球深处的地心部分，如图3-15所示。
固体地心，四周处在熔解状的铁和镍液体。
地心在金属液中的运动，产生了电流，形成了地球磁场。
浆凝固时，其中的铁总是按磁场方向排列。
专家把这图3-15一现象称为地球动力学，地球磁场是由地球动力支配的，地心周围的液体物质，总是处在不稳定状态，以非常缓慢的速度转动，一般大约每年移动一度。
如果受到某种干扰时，这个速度会变得越来越快，使原有的磁场偏离极地越来越远，最后发生南北极互换的现象。
由于矿物可以记录过去磁场的方向，科学家利用这一点，推出地球磁场大约每25万年反转1次，在地球45亿年的历史中，地磁的方向已经在南北方向反复变化了数百次。
二、要点综述1．安培力方向〔1〕左手定那么：伸出左手，使拇指与其它四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。
让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流，这时拇指所指的方向就是通电导线地磁场中所受安培力方向。
〔2〕理解：电流方向与磁场方向可以是任意夹角，但安培力方向总与电流垂直，总与磁场垂直，即总垂直电流与磁场所构成的平面。
注：电场力方向总与场强方向共线，安培力方向总与磁场方向垂直。
〔3〕安培力方向判别步骤：①明确研究对象；②用右手螺旋定那么或根据磁体的磁场特征，画出研究对象所在处的磁场方向；③由左手定那么判别安培力方向。
磁场(二)安培力
磁场（二）磁场对电流的作用一、安培力-------通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力．1.说明:磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用，磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力．2.安培力的计算公式：F＝BILsinθ（θ是I与B的夹角）；通电导线与磁场方向垂直时，即θ＝900，此时安培力有最大值；通电导线与磁场方向平行时，即θ＝00，此时安培力有最小值，F=0N;00＜B＜900时，安培力F介于0和最大值之间.3.安培力公式的适用条件:①公式F＝BIL一般适用于匀强磁场中I⊥B的情况②非匀强磁场中极短的导体近似适用（如对电流元）③公式F=BIL中L为导线的有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端．如图所示，甲中：/l ，乙中：L/=d(直径）＝2R（半圆环且半径为R)【例1】如图所示，在光滑的水平桌面上，有两根弯成直角相同金属棒，它们的一端均可绕固定转轴O自由转动，另一端 b互相接触，组成一个正方形线框，正方形边长为 L，匀强磁场的方向垂直桌面向下，磁感强度为 B．当线框中通以图示方向的电流时，两金属棒b点的相互作用力为f此时线框中的电流为多少？I=2f／BL二、左手定则1.用左手定则判定安培力方向的方法：伸开左手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流方向，这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．2.安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直,即F跟BI所在的面垂直．但B与I的方向不一定垂直．3.安培力F、磁感应强度B、电流1三者的关系①已知I,B的方向，可惟一确定F的方向；②已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定I的方向；③已知F,1的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定．4.由于B,I,F的方向关系常是在三维的立体空间，所以求解本部分问题时，应具有较好的空间想象力，要善于把立体图画变成易于分析的平面图，即画成俯视图，剖视图，侧视图等．【例2】质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的平行导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为μ．有电流时aB恰好在导轨上静止，如图所示，如图10—19所示是沿ba方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是（AB）【例3】在同一平面内有两根平行的通电导线a与b，关于它们相互作用力方向的判断．正确的是（）A．通以同向电流时，互相吸引 B．通以同向电流时，互相排斥C．通以反向电流时，互相吸引 D．通以反向电流时，互相排斥【例4】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，当导线通以如图所示方向电流时（）A．磁铁对桌面的压力减小，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．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用D．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用二、安培力的的综合应用1、安培力作用下物体的运动方向的判断（1）电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段电流所受合力方向，最后确定运动方向．（2）特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向．（3）等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．（4）转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样，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，再确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向．【例5】.如图在条形磁铁N极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？右偏转。
磁场对通电导体的作用 (2)
谢谢观赏！
变式训练3、如图所示，用两根轻细金属丝将质量为m、长为 L的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内．当棒中通 以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ 角，处于平衡 状态．（1）若该装置处于竖直向上的匀强磁场中，求该磁 场的磁感应强度B；（2）为了使棒平衡在该位置上，求所需 的磁场最小的磁感应强度的大小和方向。
三、安培力作用下通电导体的平衡问题
通电导线在磁场中的平衡分析思路 (1)选定研究对象；
(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等
，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F
安⊥B、F安⊥I；
(3)列平衡方程进行求解。
例3、如图所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40 m，金属 导轨所在的平面与水平面夹角为θ ＝37°，在导轨所在平面 内，分布着磁感应强度B＝0.50 T、方向垂直于导轨所在平面 的匀强磁场，金属导轨的一端接有电动势E＝4.5 V、内阻r＝ 0.50 Ω 的直流电源．现把一个质量m＝0.040 kg的导体ab放 在金属导轨上，导轨棒静止，导体棒与金属导轨垂直且接触 良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R＝2.5 Ω ，杆 ab与导轨间的动摩擦因数为μ =0.5，假设滑动摩擦力等于最 大静摩擦力，金属导体电阻不计，g取10 m/s2.已知sin37° ＝0.60，cos37°＝0.80，求： (1)导体棒受到的安培力大小； (2)导体棒受到的摩擦力大小； (3)若在电路中串联一个可调电阻来调整回路中的电流，试求 使杆ab静止不动的电流范围是多少？
【规范解答】 E (1)根据闭合电路欧姆定律I＝ R r ＝1.5 A. 导体棒受到的安培力F安＝BIL＝0.30 N. (2)导体棒受力如图，将重力正交分解 F1＝mgsin 37°＝0.24 N F1＜F安，根据平衡条件 mgsin 37°＋Ff＝F安 解得：Ff＝0.06 N.
§3.4 通电导线在磁场中受到的力2 学案
河北师范大学附属民族学院 高中部 理综组§3.4 通电导线在磁场中受到的力（二） 同步导学案【学习目标】1．通过实验探究知道安培力的方向与电流、磁感应强度方向的关系。
2．会用左手定则判断安培力的方向．3．推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小． 【自主学习】安培力的大小：垂直于磁场方向的通电直导线，受到的安培力的大小的跟通电导线在磁场中的长度有关，导线长作用力 ；导线短，作用力 。
用公式表示为 。
（1）当B 与I 垂直时， （安培力有最大值） （2）当B 与I 不垂直，存在夹角θ时，（3）当B 与I 平行时， （安培力有最小值） 【例题探究】1.如下图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I ，磁感应强度为B ，求各导线所受到的安培力．F A ＝________ F B ＝________ F C ＝________ F D ＝________【拓展】弯曲导线的有效长度L ，等于连接两端点直线的长度(如图所示)；相应的电流沿L 由始端流向末端．公式F ＝IBLsin θ中的Lsin θ也可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”．2．质量为0.5㎏的金属杆在相距1m 的水平轨道上与轨道垂直放置，金属杆上通以I=4A 的恒定电流，如图所示，匀强磁场B 垂直轨道平面，金属杆与轨道间动摩擦因数为0.2，求当金属杆匀速运动时匀强磁场的磁感应强度B 的大小。
3．质量为m 、长度为L 的导体棒MN 静止在水平导轨上．通过MN 的电流为I ，匀强磁场的磁感应强度为B ，与导轨平面成θ角斜向上，如图所示．求MN 受到的支持力和摩擦力的大小．【巩固提升】在倾角为α的光滑斜面上，置一通有电流I ，长为L ，质量为m 的导体棒，如图所示， 试问：(1)欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B 的最小值和方向．(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度B 的大小和方向．。
磁场对通电导线的作用力2
复习：
1、如何判断通电导线在磁场中受到 安培力的方向？ 2、安培力的大小如何计算？
3、在运用安培力公式时应注意什么？
F I F N S N S
F
巩固练习
B F F N S N 桌面对磁铁的摩擦力 _______(有,无) 有 F S
（1）绳子拉力_______ 变大 (变大,变小,不变)
（2）桌面对磁铁的支持 力_______ 变小
三、磁电式电流表的特点
1、表盘的刻度均匀，θ∝I。 2、灵敏度高，但过载能力差。
3、满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的 最主要特性。
三、磁电式电流表 1、电流表的构造
如图所示是电流表的 构造图，在一个很强的蹄 形磁铁的两极间有一个固 定的圆柱形铁芯，铁芯外 面套有一个可以转动的铝 框，铝框上绕有线圈，铝 框的转轴上装有两个螺旋 弹簧和一个指针，线圈的 两端分别接在这个螺旋弹 簧上，被测电流通过弹簧 流入线圈。
I
S
N
B B
E
E
F B
B
×
×
F
例：在倾斜角为θ的光滑斜面上,置一通
有电流I,长为L,质 量为m的导 体棒，如 图所示,在竖直向上的磁场中静止，则 磁感应强度B为 _________.
B
X
N
×
θ mg
F
引申1：欲使它静止在斜面上, 外加磁场的磁感应强度B
的最小值为________, 方向________. mgsinθ=BIL θ B N
随线圈转动的角度增 大而增大，当这种阻 碍力矩和安培力产生 的使线圈转动的力矩 相平衡时，线圈停止 转动。
2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而 线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越 大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根 据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电 流的强弱。 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力 的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生 变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道 被测电流的方向。
通电导线在磁场中受到的力(第二课时)
思考与讨论
在玻璃器皿的中心，放一个圆柱形的电极，沿边缘 内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连， 然后再在玻璃器皿中放入导电液体，例如盐水，若把玻 璃器皿放在磁场中，如以下图，那么液体会转动吗？假 设转？往什么方向转？
逆时针旋转
答：
(1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时 针旋转．
表盘的刻度均匀，θ∝I
（3）、当线圈中的电流方向发生变 化时，安培力的方向也随之改变， 指针的偏转方向也发生变化，所以 根据指针的偏转方向，能够知道被 测电流的方向。
电流表的特点
1、灵敏度高，能够测量很弱的电流， 但是绕制线圈的导线很细，允许通过的 电流很小； 2、电流和安培力成正比，所以电流表 的刻度是均匀的； 3、电流方向改变，安培力方向也改 变，线圈朝相反方向转动。
课堂练习
2、以下说法中准确的是（ABD ）
A、电荷处在电场强度为零的地方，受到 的电场力一定为零 B、一小段通电导线放在磁感应强度为零 的地方，受到的安培力一定为零 C、一小段通电导线在某处不受磁场力的 作用，则该处磁感应强度为零 D、电荷在某处不受电场力的作用，则该 处电场为零
课堂练习
3、一根长为0.2 m的电流为2 A的通电
复习： 3、在运用安培力公式时应注意什么？
做一做
如以下图，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极， 沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在电池 的两极上，然后在玻璃皿中放入盐水，把玻璃皿放 入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，盐水就 会旋转起来．
(1) 猜测一下，盐水转动的方向， 并实际做一做实验来验证．
(2) 探究盐水旋转的原因．
答案： (1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时针旋转．
(2)盐水中形成了由圆形电极指向柱形电极的如以下图 的电流，因为磁场方向向上，故盐水逆时针旋转．
通电导线在磁场中受到的力课件(2)
第3步 例证——典例印证，思维深化 如图3－4－5，一段导线段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．导线段abcd所受到的磁场的作用 力的合力为( )
(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、拇指与磁感线匀垂直，磁感线与四指不垂直．
2．电流方向、磁场方向和安培力方向三者的因果关系：电 流方向和磁场方向间没有必然联系，这两个方向的关系是不确 定的．这两个方向共同决定了安培力的方向，一旦电流方向、 磁场方向确定，安培力的方向是唯一的，但已知安培力方向和 磁场方向时，电流方向不确定；已知安培力方向和电流方向 时，磁场方向不确定．
安培力的大小
[先填空]
三种情形12BB与 与II垂 平直 行时 时： ：FF＝ ＝
BIL 0.
.
3B与I成θ角时：F＝ BILsin θ
.
[再思考] 在磁场越强的地方通电导体受到的安培力一定越大吗？ 【提示】 不一定，通电导体受安培力的大小与B、I、L及 θ有关，当θ＝0°(B∥I)时，无论B如何总有F＝0.
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
通过转动通电导线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
两平行直线电流在相互作用过程中，无转动
结论法
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
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F
引申1：欲使它静止在斜面上, 外加磁场的磁感应强度B
的最小值为________, 方向________. mgsinθ=BIL θ B N
F
X
θ G B θ
F
X
B=mgsinθ/IL
引申2：欲使它静止在斜面上,且对斜面无压
力, 外加磁场的磁感应强度B的最小值为 _________, 方向________. mg=BIL B=mg/IL
G
三、磁电式电流表
1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁 铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱 形铁芯（软铁制成）。 最基本的是磁铁和线圈。
铁芯、线圈和指针是
一个整体可以转动。
［问题］电流表中磁场分布有何特点呢？
电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的.
所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线 都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线 圈平面与磁感线之间的夹角都是零度. 该磁场并非匀强磁场， 但在以铁芯为中心的 圆圈上，各点的磁感 应强度B的大小是相 等的.
3.4 磁场对通电导线 的作用力（二）
复习：
1、如何判断通电导线在磁场中受到安 培力的方向？ 2、安培力的大小如何计算？
3、在运用安培力公式时应注意什么？
F I F N S N S
F
课堂训练
B F F N S N 桌面对磁铁的摩擦力 F S
（1）绳子拉力_______ 变大 (变大,变小,不变)
三、磁电式电流表的特点
1、表盘的刻度均匀，θ ∝I。 2、灵敏度高，但过载能力差，容易烧坏。
3、满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的 最主要特性。
2、电流表的工作原理
1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管 通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当 电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力， 这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹 簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其 大小
随线圈转动的角度增 大而增大，当这种阻 碍力矩和安培力产生 的使线圈转动的力矩 相平衡时，线圈停止 转动。
2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈 中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈 和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转 角度的大小，可以知道被测电流的强弱。 3、当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方 向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所 以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方 向。
有 _______( 有,无) 水平向右 方向 _______.
（2）桌面对磁铁的支持 变小 力_______
（3）桌面对磁铁的摩擦 无 力________( 有,无).
例：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在 磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且 垂直于线圈平面。当线圈内通入如图所示的 电流后，判断线圈如何运动？
向左摆动
例题：如图,在条形磁铁S极附近悬挂一个线圈， 磁铁水平放置，其轴线与线圈共面并通过线圈 的圆心，当线圈中的电流沿图示方向时，线圈 将会如何运动？
I
S
N
从上向下看逆时针 转动的同时向右摆动
例：在倾斜角为θ的光滑斜面上,置一通
有电流I,长为L,质 量为m的导 体棒，如 图所示,在竖直向上的磁场中静止，则 磁感应强度B为 _________.