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1、第一单元磁场第一单元磁场 安培力安培力第第2课时课时安培力磁电式电表安培力磁电式电表 选修3-1 第九章磁场基础回顾基础回顾考点一 安培力1定义：通电导线在磁场中受到的作用力，称为安培力(仍属于磁场力)2安培力的方向(1)安培力方向的判定方法_定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指_，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_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(2)在匀强磁场中，安培力的方向永远垂直于_与_所构成的_即FB，同时FI.(3)两平行的通电直导线，同向相互_，异向相互_3安培力的大小(1)垂直于匀强磁场放置，长为L的直导线，通过的电流为I时
2、，它所受的安培力F_，为最大值(2)当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，F_.当磁感应强度B的方向与导线方向平行时，安培力等于零 答案：2(1)左手垂直电流拇指(2)磁感应强度电流平面(3)吸引排斥3(1)BIL(2)BILsin 要点深化要点深化1安培力的方向特点(1)与电场力比较磁场和电场有许多相似之处，但是，安培力比电场力复杂得多，点电荷在电场中受力方向和电场方向不是相同就是相反；而电流元在磁场中受力的方向和磁场方向不在同一直线上，而且还不在同一平面内，安培力的方向与磁场方向和电流方向决定的平面垂直(2)安培力方向的判定方法安培力的方向可用左手定则判断需要指出的是通电导线只要与磁场方向
3、不平行，则有安培力的作用安培力是由B和I共同决定的安培力F一定垂直于B与I所决定的平面，即F既垂直于B，又垂直于I.但I与B不一定垂直，可以成任意角由磁场B的方向和电流I的方向确定安培力F的方向是惟一的，但由F和B(或I)的方向确定I(或B)的方向不是惟一的2安培力的大小和做功的情况(1)安培力的大小公式FBILsin.式中为电流I方向与磁感应强度B方向的夹角讨论：当磁场与电流垂直时，安培力最大，FBIL.当磁场与电流平行时，安培力最小，F0.若导线是曲线时，连结导线两端点的直线长度，才是受安培力的有效长度安培力的实质是通电导线中所有运动电荷受到的洛伦兹力的宏观表现安培力作用点为磁场中该部分导
4、体的中点分析通电导体在安培力作用下的运动问题时，应会根据立体图画出投影截面图，做好受力分析，然后运用平衡条件或牛顿定律求解(2)安培力做功的实质：能量的传递安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或转化为其他形式的能安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能，或储存或再转化为其他形式的能基础回顾基础回顾考点二 磁电式电流表1磁电式电流表的主要构成如图(a)所示，主要由五部分组成：(1)磁性很强的蹄形磁铁；(2)圆柱形铁芯，固定在磁铁的两极间；(3)套在铁芯上可绕轴转动的铝框；(4)绕在铝框上的线圈；(5)铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针2电流表的工作原理蹄形磁铁和铁芯间
5、的磁场是_，如图(b)所示不管通电线圈转到什么角度，_.当电流通过线圈的时候，线圈上跟铁芯的轴平行的两边都受安培力作用，如右图所示，这两个力产生的力矩使线圈发生转动，线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动角度的增大而增大当这种阻碍线圈转动的力矩增大到同安培力产生的使线圈发生转动的力矩平衡时，线圈停止转动即：KNBIS.安培力FI，所以I越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度就越大当线圈中的电流方向改变时，安培力F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说明：磁电式电流表是以电流的流入而工作的，故它是反
6、映电流的仪表由于其原理涉及磁力矩，高考并没有要求，故知道其构造和原理就可了，不必对磁力矩进行研究答案：2均匀地辐向分布的它的平面都跟磁感线平行题型一 安培力作用下物体运动情况的判断 如图所示，两条直导线从正面看交叉，如图甲所示；从右侧向左侧看隔有一点距离，如图乙所示当通过如图所示的电流时，从正面看，流过I1的导线固定，则流过I2的导线将怎样转动；从侧面看，他又将怎样移动()AI2的导线将顺时针转动，同时远离I1的导线BI2的导线将顺时针转动，同时靠近I1的导线CI2的导线将逆时针转动，同时远离I1的导线DI2的导线将逆时针转动，同时靠近I1的导线解析：电流元受力分析法：把直线电流CD等效为CO
7、、OD两段电流元，AB电流的磁感线分布如图所示，用左手定则可知导线将逆时针转动；特殊位置分析法：将导线CD转过90度的特殊位置，两直线电流相互平行，方向相同而相互吸引，可见CD将靠近AB，所以导线CD逆时针方向转动，同时靠近导线AB.答案：D点评：安培力作用下物体运动方向的判断方法：(1)电流元受力分析法：即把整段电流等效为很多段直流电流元，先用左手定则判断出每小段电流元受的安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，确定其运动方向(2)特殊位置分析法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置(如转过90)后再判断所受安培力的方向，从而确定运动的方向题型训练题型训练 1如图所示，用一块蹄形磁
8、铁缓慢地接近发光的白炽灯的灯丝，可以看到灯丝()A静止不动B只向上边摆C只向下边摆 D颤抖起来 解析：由于灯丝流过的电流是大小和方向作周期性变化的交流电，根据左手定则可知灯丝所受的安培力的方向也作周期性的变化，故可看到通电灯丝在磁场中发生颤抖 答案：D题型二 物体所受安培力作用情况的判断 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abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段abcd所受到的安培力的合力()A方向沿纸面向上，大小为(1)BILB方向沿纸面向上，大小为(1)BILC方向沿纸
9、面向下，大小为(1)BILD方向沿纸面向下，大小为(1)BIL解析：本题考查安培力的大小与方向的判断该导线可以用a和d之间的直导线长为 L来等效代替，根据FBIL，可知大小为 BIL.根据左手定则判断导线abcd所受到的安培力的方向沿纸面向上，A正确答案：A点评：弯曲的导线可以等效为直导线，取其初、终两端点的连线长度等效为直线电流的长度，按安培力的公式计算出安培力的合力题型训练题型训练2东西方向上的两个铁塔支撑一根与地面平行的输电线，处于B地5.0105 T的地磁场中，当输电线自东向西流过为220 A的电流时()A地磁场作用于每米输电线上的力为1.1102 N，对铁塔的设计没有影响B地磁场作用
10、于每米输电线上的力为22 N，对铁塔的设计有影响C输电线所受的安培力向下D输电线所受的安培力向上解析：根据安培力的公式，FBIL，把B地5.0105 T、IL220 Am代入计算，得到地磁场作用于每米输电线上的力为1.1102 N，由于每两个铁塔的距离大约在200 m左右，每根输电线总的作用力也约为2.2 N，显然对铁塔的设计没有影响根据左手定则，地磁场从南向北穿过自东向西摆布的手掌心，输电线所受的安培力向下答案：AC题型三安培力与静力平衡的问题质量为m的通电导体棒ab置于倾角为的导轨上，如右图(a)所示在图(b)所加各种磁场中，导体均静止，则导体与导轨间摩擦力为零的可能情况是()解析：要使静
11、摩擦力为零，如果N0，必有f0.图(b)B选项中安培力的方向竖直向上与重力的方向相反可能使N0，B是正确的；如果N0，则导体除受静摩擦力f以外的其他力的合力只要为零，那么f0.在图(b)A选项中，导体所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力合力可能为零，则导体所受静摩擦力可能为零图(b)的C、D选项中，从导体所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力的方向分析，合力不可能为零，所以导体所受静摩擦力不可能为零故正确的选项应为A、B.答案：AB点评：安培力是一种性质力，即属于力学思维范畴其解题方法是：(1)首先把立体图画成易于分析的平面图，如侧面图等；(2)确定导线所在处磁场方向，根据左手定则确定受
12、安培力方向；(3)根据静力平衡知识列方程求解 题型训练题型训练3如图所示，在两个倾角均为的光滑斜面上均水平放置一相同的金属棒，棒中通以相同的电流，一个处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B1，另一个处于垂直于斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B2，两金属棒均处于静止状态，则B1、B2大小的关系为()AB1B21cos BB1B21sin CB1B2cos 1 DB1B2sin 1解析：对于左图，由平衡条件有：mgtan B1IL；对于右图，由平衡条件有：mgsin B2IL；两式比较可得：B1B21cos.答案：A警示 力学概念理解不准确而导致分析出错 如右图所示，质量为m50 g，长L
13、10 cm的铜棒，用长度亦为L的两根轻导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B0.5 T未通电时，轻线在竖直方向，通入恒定电流后，棒向外偏转的最大角度37，不考虑导体棒切割磁感线产生的感应电流，求此棒中恒定电流的大小分析纠错：对铜棒进行受力分析，通电时导线向外偏转，说明安培力方向垂直电流和磁场方向向外，受力如右图所示(侧视图)铜棒向外偏转过程中，导线拉力不做功F做功为：WFFs1BILLsin 37重力做功为：WGmgs2mgL(1cos 37)错解：铜棒从竖直方向向上摆动，在37时就达到平衡位置，有F安mgtan 37，而F安BIL由于导线拉力不做功，则BIL2sin 37mgL(1cos 37)0答案：3.33 A祝祝您您