(讲义)第1章 1.磁场对通电导线的作用力-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

1．磁场对通电导线的作用力 1．通过实验认识安培力的方向及大小，了解安培力在生产生活中的运用，会用左手定则判断安培力的方向。 2．经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。经历一般情况下安培力表达式的得出过程，体会矢量分析的方法。 3．观察磁电式电流表的结构，知道磁电式电流表的工作原理，体会物理知识与科学技术的关系。 　安培力的方向 1．安培力：通电导线在磁场中受到的力。 2．探究安培力的方向与哪些因素有关 (1)磁场方向。 (2)电流方向。 (3)实验结论：安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。 3．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。 利用如图所示的实验装置进行实验。 问题1　上下交换磁极的位置以改变磁场方向，细铜杆受力的方向是否改变？ 提示：细铜杆受力的方向改变。 问题2　改变细铜杆中电流的方向，细铜杆受力的方向是否改变？ 提示：细铜杆受力的方向改变。 问题3　仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？ 提示：安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则。 1．安培力F、磁感应强度B、电流I的关系 (1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向。 (2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。 (3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定。 2．安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别 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 磁感线垂直穿过手掌心，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安培力的方向 3．两平行通电直导线的相互作用规律：同向电流互相吸引，反向电流互相排斥。 【典例1】　(2022·陕西汉滨期中)下列图中，电流I的方向、磁场B的方向和磁场对电流作用力F的方向的关系错误的是(　　) A　　　　B　　　　 C　　　　　D A　[根据左手定则可知，选项A图中导线所受安培力方向应竖直向上，A错误；根据左手定则可知，选项B、C、D图中导线所受安培力方向正确。] 　判断安培力方向常见的两类问题 [跟进训练] 1．在赤道上空，水平放置一根通以由西向东方向的电流的直导线，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 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，A正确。] 　安培力的大小 1．表达式：当磁感应强度B和电流I垂直时，F＝IlB。 2．一般表达式：当磁感应强度B的方向与电流I的方向成θ角时，F＝IlB sin θ。 　当通电导线中的电流方向与磁场方向既不平行也不垂直时，将磁场方向分解成沿电流方向与垂直于电流方向。 问题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，把导线垂直放入磁场(磁感应强度为B)中，得出的安培力F与导线长度l、电流大小I有怎样的关系？ 提示：F＝BIl。 问题2　当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？ 提示：0。 问题3　如图乙，当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？ 提示：将磁感应强度B沿平行导线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则B⊥＝B sin θ，F＝B⊥Il＝IlB sin θ。 1．公式适用条件：F＝BIl sin θ适用于匀强磁场；在非匀强磁场中，公式F＝IlB sin θ仅适用于很短的通电导线(我们把这样的直线电流称为直线电流元)。 2．对导线长度的理解 (1)对于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。 (2)如图所示，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，线圈的等效长度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。 3．安培力的大小：同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；导线与磁场方向平行时，它不受安培力；导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间。 4．安培力的叠加：当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。 【典例2】　(2022·湖北高二阶段练习)如图所示，由4根相同导体棒连接而成的正