【导学案】第4节 通电导线在磁场中受到的力 Word版含解析

第4节通电导线在磁场中受到的力

1.磁场对通电导线的作用力称为安培力，安培力的方向由左手定

则判定。

2．安培力的大小为：F＝ILB，当磁感应强度与导线方向成θ角

时，F＝ILB sin θ。

3．磁电式电流表的工作原理利用了安培力与电流的关系，所测电

流越大时，电流表指针偏转角度越大，根据指针偏转的方向可知

电流的方向。

一、安培力的方向

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。

二、安培力的大小

1．垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为F＝ILB。

2．当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，公式F＝ILB sin_θ。

三、磁电式电流表

1．原理

安培力与电流的关系。

2．构造

磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、软铁、极靴。如图所示。

3．特点

两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，使线圈平面都与磁场方向平行，从而使表盘刻度均匀。

4．工作原理

如图所示是线圈在磁场中受力的示意图。当电流通过线圈时，

导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培

力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋

弹簧使其变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。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。

5．优缺点

优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。

1．自主思考——判一判

(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)通电导线在磁场中不一定受安培力。(√)

(5)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度不一定是零。(√)

(6)若磁场一定，导线的长度和电流也一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小。(×)

2．合作探究——议一议

(1)如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用，

在什么情况下两条直导线相互吸引，什么情况下两条直导线相互排斥？

提示：每一条通电直导线均处在另一直导线电流产生的磁场中，根据

安培定则可判断出直线电流产生的磁场的方向，再根据左手定则可判断出

每一条通电直导线所受的安培力，由此可知，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。

(2)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。

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、拇指与磁感线均垂直，但磁感线与四指不垂直。

2．安培定则与左手定则对比理解

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示中正确的是()

解析：选D根据左手定则可判断出A图中导线所受安培力为零，B图中导线所受安培力垂直纸面向里，C、D图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图正确。

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．[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是正确的。

安培力大小的分析与计算

1．同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如图所示。

(1)如图甲，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力最大，F＝ILB。

(2)如图乙，通电导线与磁场方向平行，此时安培力最小，F＝0。

(3)如图丙，通电导线与磁场方向成θ角，此时可以分解磁感应强度，如图丁所示，于是有安培力大小为F＝ILB sin θ，这是一般情况下安培力的表达式。

2．对安培力的几点说明

(1)F＝ILB sin θ适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，L为有效长度，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。