第6章 第1节 探究磁场对电流的作用-2020-2021学年高中物理选修3-1【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第1节　探究磁场对电流的作用 [学习目标] 1．知道安培力及安培力大小的决定因素。 2．会用左手定则判断安培力的方向。 3．会用F＝IlB计算B与I垂直情况下的安培力。 4．知道电流表的基本构造和基本原理。 [来源:学.科.网Z.X.X.K] 一、安培力 1．安培力 磁场对电流的作用力。 2．科学探究：安培力与哪些因素有关 (1)实验探究采用的方法：控制变量法。 (2)当通电导线与磁感线垂直时，实验结论是： ①当其他因素不变，磁感应强度增大时，安培力增大； ②当其他因素不变，电流增大时，安培力增大； ③当其他因素不变，导体长度增大时，安培力增大； ④安培力的方向由磁场的方向和电流的方向共同决定。 3．安培力的大小和方向 (1)大小：F＝IlB。 (2)公式的适用条件 ①通电导线与磁场方向垂直。 ②匀强磁场或非匀强磁场中很短的导体。 (3)方向判断：左手定则。如图6－1－1所示，伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的受力方向。 图6－1－1 二、安培力就在你身边 1．电流表、电动机等都是安培力的应用。 2．电流计工作原理 (1)构造：如图6－1－2所示，圆柱形铁芯固定于蹄形磁铁两极间，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝。 (2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，线圈的转动使游丝扭转形变，产生阻碍线圈转动的力矩。当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针停留在某一刻度。电流越大，安培力就越大，指针偏转就越大。 图6－1－2 [自主诊断]——判正误 　(1)通电导体在磁场中所受安培力为零，该处磁感应强度一定为零。(×) (2)磁感应强度的方向与安培力的方向垂直。(√) (3)通电导体在磁场中所受安培力F一定等于IlB。(×) (4)左手定则可以判断安培力的方向，其四指为导线中电流的方向。(√) (5)用磁电式电流表测量电流时，通电线圈的四条边都受到安培力的作用。(×) 考点一　安培力方向的判定 不管电流方向与磁场方向是否垂直，安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，即总有F⊥I和F⊥B。 1．已知I、B的方向，可用左手定则唯一确定F的方向。 2．已知F、B的方向，当导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。 3．已知F、I的方向，B的方向不能唯一确定。 ●对点训练 1．画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向。 解析　A、B、C、D、E、F、G中电流方向均与磁场方向垂直，而H中电流方向与磁场方向不垂直，由左手定则判断如图： 2．在等边三角形的三个顶点A、B、C处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图6－1－3所示。过C点的导线所受安培力的方向 图6－1－3 A．与AB边平行，竖直向上 B．与AB边平行，竖直向下 C．与AB边垂直，指向左边[来源:Z&xx&k.Com] D．与AB边垂直，指向右边 解析　如图所示，根据安培定则，过A、B点的导线在C点所激发的磁场方向分别为B′、B″，应用平行四边形定则可知过C点的导线所在处的合磁场方向。根据左手定则可知安培力FC的方向与AB边垂直，指向左边，故选项C正确。 答案　C [规律总结] 两平行通电导线的相互作用规律 (1)同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。 (2)其力的方向的判定可由左手定则和安培定则来判定：如图，b导线中电流产生的磁场可由安培定则确定，a导线中电流处于b导线中电流产生的磁场中，b在a处的磁场方向为垂直纸面向外，由左手定则判定a受到的安培力向右，同理，b受到的安培力向左。 考点二　安培力大小的计算 1．安培力公式F＝IlBsin θ (1)当B与I垂直时，sin θ＝1，则F＝IlB，即安培力最大。 (2)当B与I平行时，F＝0，安培力最小。 (3)当B与I成θ角时，F＝IlBsin θ。 (4)此公式中的l指的是“有效长度”。[来源:学。科。网Z。X。X。K] 2．(1)公式中的l为导线在垂直磁场方向的有效长度。弯曲通电导线的有效长度l等于连接两端点的直线的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端，如图6－1－4甲所示。 图6－1－4 (2)对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度l＝0，故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零，如图乙所示。 3．若磁场和电流成θ角时，如图6－1－5所示。可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsin θ和B∥＝Bcos θ，而B∥对电流是没有作用的。F＝IlB⊥，即F＝IlBsin θ。 [来源:学科网] 图6－1－5 [例1]　长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示