第一章 第1节 磁场对通电导线的作用力-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（人教版）

第1节　磁场对通电导线的作用力 [学习目标要求]　1.通过实验，认识安培力。2.会用左手定则判定安培力的方向，并解答有关问题。3.学会计算安培力的大小。4.了解磁电式电流表的构造及工作原理。 　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；让磁感线从掌心垂直进入，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。 [判一判] (1)通电导线在磁场中一定会受到安培力的作用。(×) (2)判断电流的磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则。(√) (3)通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向三者必须保持相互垂直。(×) 　安培力的大小 如图甲、乙、丙所示，导线电流为I，长度为l，磁场的磁感应强度为B。 　 甲　　　　　　乙　　　　　　　丙　 (1)如图甲，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力F＝IlB。 (2)如图乙，通电导线与磁场方向平行，此时安培力F＝0。 (3)如图丙，当通电导线与磁场不垂直时，此时安培力F＝IlBsin_θ。 [练一练] 如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则棒MN所受安培力大小(　　) A．F＝BId　　　　　 B．F＝BIdsin θ C．F＝ D．F＝BIdcos θ 解析：C　棒MN在磁场中有效电流的长度l＝，则F＝BIl＝，C正确。 　磁电式电流表 1．构造：图中磁电式电流表各部件分别为：①永磁铁，②极靴，③铁质圆柱，④螺旋弹簧，⑤线圈，⑥指针。 2．原理：安培力与电流的关系。通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大。根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。 3．特点：极靴与铁质圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都相等。 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。 [想一想] 很多电机同时具有正转和倒转功能，比如电动车上同时具有前进和倒车挡位，车玻璃可以一键上升或下降等。这些挡位是怎样调整电机转动方向的呢？ 提示：可改变通过电机的电流方向，进而改变电机的转动方向。 学习任务一　安培力的方向 [导学探究] 把盛有导电液体的玻璃器皿放在两磁极中间，接通电源后，会看到液体旋转起来。 (1)通电液体为何会旋转，液体的旋转方向如何判断？ (2)如果增大电流，将会看到什么现象？ 提示：(1)通电液体之所以旋转是因为受到力的作用，其旋转方向可以用左手定则判断。 (2)电流增大，液体旋转加快，说明通电的液体受力变大。 [思维深化] 1．安培力方向的特点 安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所决定的平面。 2．判断安培力方向的步骤 (1)明确研究对象； (2)用安培定则或根据磁体的磁场特征，画出研究对象所在位置的磁场方向； (3)由左手定则判断安培力方向。 3. 平行通电直导线间的相互作用 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 4．安培定则与左手定则的区别 项目 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则 用途 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向 适用 对象 直线电流 环形电流或通电螺线管 电流在磁场中 应用 方法 拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向表示电流的环绕方向 磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向 结果 四指弯曲的方向表示磁感线的方向 拇指指向轴线上磁感线的方向 拇指指向电流受到的磁场力的方向 　画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 解析：无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则。如图所示。 答案：见解析 左手定则应用的两个要点 (1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，所以应用左手定则时，必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直。 (2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不一定垂直穿入手掌，可能与四指方向成某一夹角，但四指一定要指向电流方向。 [针对训练] 1．下列各选项图画出了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是(　　) 解析：A　根据左手定则，让磁感线从手心穿入，并使四指指向电流的方向，可知A项中通电直导线所受安培力的方向向下；B项中通电直导线所受安培力的方向垂直纸面向外；C项中电流方向与磁场方向平行，通电直导线不受安培力作用；D项中通电直导线所受安培力的方向向上。故A正确。 学习任务二　安培力的大小 [导学探究] (1)在如图甲所示的探究影响安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁