第1課 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力 【知識(shí)點(diǎn)播+題型強(qiáng)化】高中化學(xué)（人教版2019選擇性必修第二冊(cè)）

§1.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力第一章安培力與洛倫茲力電磁軌道炮

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動(dòng)能殺傷武器。自然條件下炮彈速度可達(dá)近萬(wàn)m/s，射程320km，殺傷能量32兆焦。炮彈的發(fā)射是利用電磁系統(tǒng)中電磁場(chǎng)對(duì)炮彈導(dǎo)電底座的作用力。炮彈的動(dòng)力來(lái)源：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力！為了紀(jì)念安培，人們把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力稱為安培力。探究安培力的方向與哪些因素有關(guān)交換磁極的位置，

觀察受力方向是否改變。改變導(dǎo)線中電流的方向，

觀察受力方向是否改變。F、B、I方向關(guān)系BIF示意圖①安培力方向既與電流方向垂直又與磁場(chǎng)方向垂直，即垂直于電流和磁場(chǎng)所在的平面IBFBB②B與

I不一定垂直.安培力的方向左手定則伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。磁感線四指大拇指穿過(guò)手心電流方向安培力方向FF=0F××××××××××××××××BI×BIBI判定以下通電導(dǎo)線所受安培力的方向典例精析例1．在下列四幅圖中，能正確標(biāo)明通電直導(dǎo)線所受安培力F方向的是(

)B【解析】根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，A錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，B正確；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，C錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力垂直紙面向外，D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽FIBFIBααBBIFαBI練習(xí)：判定以下通電導(dǎo)線所受安培力的方向30°FFIIIBBB通電直導(dǎo)線中的電流環(huán)形電流或通電螺線管判斷電流在磁場(chǎng)中的受力方向電流在磁場(chǎng)中左手定則作用具體情況具體操作結(jié)果內(nèi)

容四個(gè)手指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向大拇指指向軸線上的磁感線方向四個(gè)手指彎曲的方向表示磁場(chǎng)的方向大拇指指向電流的方向磁感線垂直穿過(guò)掌心，四指指向電流的方向大拇指指向電流所受到的安培力的方向判斷電流的磁場(chǎng)方向安培定則左手定則和安培定則對(duì)比：小試牛刀１.畫(huà)出圖中通電直導(dǎo)線A受到的安培力的方向?！敬鸢浮俊窘馕觥?1)中電流與磁場(chǎng)垂直，由左手定則可判斷出A所受安培力方向如圖甲所示。(2)中條形磁鐵在A處的磁場(chǎng)分布如圖乙所示，由左手定則可判斷A受到的安培力的方向如圖乙所示。(3)中由安培定則可判斷出A處合磁場(chǎng)方向如圖丙所示，由左手定則可判斷出A受到的安培力方向如圖丙所示。(4)中由安培定則可判斷出A處磁場(chǎng)如圖丁所示，由左手定則可判斷出A受到的安培力方向如圖丁所示。小試牛刀１.(多選)(2019·江蘇高考)如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和b是兩條固定的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線，通過(guò)的電流強(qiáng)度相等。矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間，通有順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，在a、b產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下靜止。則a、b的電流方向可能是(

)A．均向左B．均向右C．a(chǎn)的向左，b的向右D．a(chǎn)的向右，b的向左CD【解析】a、b的電流均向左或均向右時(shí)，根據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)及其分布和疊加可知，在a、b導(dǎo)線附近的磁場(chǎng)方向相反，則由左手定則可以判斷平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相同，線框所受的合力不為0，故不可能靜止，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；a、b的電流方向相反時(shí)，在a、b導(dǎo)線附近的磁場(chǎng)方向相同，平行于a、b導(dǎo)線的矩形線框的兩邊受力的方向相反，用對(duì)稱性也可以判斷線框的另外兩邊所受的磁場(chǎng)力也大小相等方向相反，故線框處于平衡狀態(tài)，選項(xiàng)C、D正確。【答案】CD小試牛刀2．如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外，用一根導(dǎo)線圍成如圖KLMN所示的回路，當(dāng)回路中沿圖示方向通過(guò)電流時(shí)(電源未在圖中畫(huà)出)，此時(shí)回路(

)A.將向左平動(dòng)B．將向右平動(dòng)C．將在紙面內(nèi)繞通過(guò)O點(diǎn)并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)D．KL邊將垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，MN邊垂直紙面向里運(yùn)動(dòng)D小試牛刀【解析】因?yàn)橥娭睂?dǎo)線的磁感線是以O(shè)為圓心的一組同心圓，磁感線與KN邊、LM邊平行，所以KN邊、LM邊均不受力。根據(jù)左手定則可得，KL邊受力垂直紙面向外，MN邊受力垂直紙面向里，故D項(xiàng)正確。【答案】D小試牛刀３．(2021·廣東選擇考)截面為正方形的絕緣彈性長(zhǎng)管中心有一固定長(zhǎng)直導(dǎo)線，長(zhǎng)管外表面固定著對(duì)稱分布的四根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線。若中心直導(dǎo)線通入電流I1，四根平行直導(dǎo)線均通入電流I2，I1?I2，電流方向如圖所示。下列截面圖中可能正確表示通電后長(zhǎng)管發(fā)生形變的是(

)C小試牛刀【解析】因I1?I2，則可不考慮四個(gè)邊上的直導(dǎo)線之間的相互作用；根據(jù)兩通電直導(dǎo)線間的安培力作用滿足“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”，則正方形左右兩側(cè)的直導(dǎo)線要受到中心直導(dǎo)線吸引的安培力，形成凹形，正方形上下兩邊的直導(dǎo)線要受到中心直導(dǎo)線排斥的安培力，形成凸形，故發(fā)生形變后的形狀如圖C。【答案】C平行通電導(dǎo)線間是相互吸引還是相互排斥？能否用今天所學(xué)知識(shí)分析他們之間的作用力？回顧結(jié)論：

同向電流相互吸引

反向電流相互排斥思考思考題題：如圖所示，兩條平行的通電直導(dǎo)線之間會(huì)通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生相互作用同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。FFFF實(shí)驗(yàn)演示現(xiàn)象對(duì)比F=ILB

垂直于磁場(chǎng)B放置、長(zhǎng)為L(zhǎng)的一段導(dǎo)線，當(dāng)通過(guò)的電流為I時(shí)，所受的安培力F為：②當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向平行時(shí)：F＝0①當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向垂直時(shí)：F=ILB思考：如果通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向既不平行也不垂直時(shí)呢？二、安培力的大小：把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：B2對(duì)通電導(dǎo)線不產(chǎn)生安培力，僅由B1決定安培力：通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向夾角為θ時(shí)垂直分量

B1=Bsinθ平行分量B2=BcosθIBθB2B1即F=ILB1，將B1=Bsinθ代入得：F=ILBsinθ（θ為B與I之間的夾角）對(duì)安培力大小計(jì)算公式的深刻理解：①公式F＝ILB中L指的是“有效長(zhǎng)度”．

當(dāng)B與I垂直時(shí)，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝ILB；當(dāng)B與I平行時(shí)，F(xiàn)＝0.②彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)直接的長(zhǎng)度(如圖所示)；相應(yīng)的電流沿L由始端向末端．例題２.如圖所示，質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒MN電阻為R，初始時(shí)靜止于光滑平行的水平軌道上，軌道間距也為l，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其方向與軌道平面成θ角斜向上，開(kāi)關(guān)閉合后導(dǎo)體棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，則(

)A．導(dǎo)體棒向左運(yùn)動(dòng)B．開(kāi)關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN所受安培力為BEl／RC．開(kāi)關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN所受安培力為BElsinθ／RD．開(kāi)關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN的加速度為BEl／mR典例精析B【解析】開(kāi)關(guān)閉合，由左手定則可知，導(dǎo)體棒受到的安培力斜向右下，導(dǎo)體棒向右運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合瞬間，根據(jù)安培力公式F＝BIl，且I＝E／R，可得F＝BlE／R，B正確，C錯(cuò)誤；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合瞬間，安培力的方向與導(dǎo)軌成(90°－θ)角，由牛頓第二定律與安培力的大小可知，加速度a＝BElsinθ／mR，D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽三、磁電式電流表1、磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤(pán)、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。①最基本的是磁鐵和線圈。②鐵芯、線圈和指針是一個(gè)整體可以轉(zhuǎn)動(dòng)。1、磁電式電流表的構(gòu)造：刻度盤(pán)、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。2、電流表的工作原理

①蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地輻射分布的，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)線圈上跟線圈軸平行的兩邊都要受到安培力，這兩個(gè)力產(chǎn)生的力矩使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)使螺旋彈簧被扭動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，其大小隨線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角度增大而增大，當(dāng)這種阻礙力矩和安培力產(chǎn)生的使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩相平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)。②磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力與電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力產(chǎn)生的力矩也越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，因而根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測(cè)電流的強(qiáng)弱。③當(dāng)線圈中的電流方向發(fā)生變化時(shí)，安培力的方向也隨之改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生變化，所以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向。2、電流表的工作原理【易錯(cuò)辨析】(1)安培力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同。()(2)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中不一定受安培力。()(3)一通電導(dǎo)線放在磁場(chǎng)某處不受安培力，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零。()(4)通有反方向電流的平行導(dǎo)線相互吸引。()(5)磁電式電流表指針偏轉(zhuǎn)角度與電流大小成正比。()(6)磁電式電流表內(nèi)是均勻輻射磁場(chǎng)，不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)。()×√√×√√小試牛刀1．(多選)某地的地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約是4.0×10－5T，一根長(zhǎng)500m的導(dǎo)線，電流為10A，則該導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力可能是(

)A．0

B．0.1N

C．0.3N

D．0.4N【解析】當(dāng)B與I垂直時(shí)，安培力大小為F＝BIl，知安培力的最大值為F最大＝BIl＝4×10－5×10×500N＝0.2N；當(dāng)B與I平行時(shí)，安培力為0，為最小值，則可知安培力的大小范圍為：0≤F≤0.2N，A、B正確，C、D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼B２.如圖是磁電式電流表的部分結(jié)構(gòu)，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)輻向均勻分布，線圈中a、b兩條導(dǎo)線長(zhǎng)均為l，通以圖示方向的電流I，兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。則(

)A.該磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)B．線圈平面總與磁場(chǎng)方向垂直C．線圈將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)D．a(chǎn)、b導(dǎo)線受到的安培力大小總為IlB小試牛刀D【解析】該磁場(chǎng)是輻向均勻分布的，不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，A錯(cuò)誤；線圈平面總與磁場(chǎng)方向平行，B錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則可知，線圈a導(dǎo)線受到向上的安培力，b導(dǎo)線受到向下的安培力，線圈沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；a、b導(dǎo)線始終與磁場(chǎng)垂直，受到的安培力大小總為BIl，D正確?！敬鸢浮緿小試牛刀電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動(dòng)能殺傷武器。自然條件下炮彈速度可達(dá)近萬(wàn)m/s，射程320km，殺傷能量32兆焦。炮彈的發(fā)射是利用電磁系統(tǒng)中電磁場(chǎng)對(duì)炮彈導(dǎo)電底座的作用力。炮彈的動(dòng)力來(lái)源：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力！為了紀(jì)念安培，人們把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力稱為安培力。安培力的方向安培力的大?。和妼?dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力應(yīng)用：磁電式電流表判定方法：左手定則特點(diǎn)：總垂直于B和I確定的平面

構(gòu)造：原理：F=ILBsinθ通電線圈受安培力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)極靴線圈安培定則與左手定則的區(qū)別安培定則（右手螺旋定則）左手定則應(yīng)用判斷電流的磁場(chǎng)方向判斷電流在磁場(chǎng)中的受力方向內(nèi)容具體情況直線電流環(huán)形電流或通電螺線管電流在磁場(chǎng)中條件大拇指指向電流的方向四指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向磁感線穿過(guò)手掌心，四指指向電流方向結(jié)果四指彎曲的方向表示磁感線的方向大拇指指向軸線上的磁感線方向大拇指指向電流受到的磁場(chǎng)力的方向

一、通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷1.如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈(

)A．向左運(yùn)動(dòng)B．向右運(yùn)動(dòng)C．靜止不動(dòng) D．無(wú)法確定

A2.如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)(

)A.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C二、安培力作用下通電導(dǎo)體的平衡3.質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為L(zhǎng)