1、第第4課時課時 探究安培力探究安培力學學 習習 目目 標標思思 維維 啟啟 迪迪1.探究影響通探究影響通電導線所受安電導線所受安培力的因素培力的因素2.會用左手定會用左手定則判斷安培力則判斷安培力的方向，并能的方向，并能應用安培定則應用安培定則解決有關問解決有關問題題3.會用公式計會用公式計算安培力的大算安培力的大小小.電磁炮是一種理想的兵器電磁炮是一種理想的兵器 其原理如圖所示，把待發射的炮彈其原理如圖所示，把待發射的炮彈(導體導體)放置在強磁場中的兩平行導軌上，給導軌通以放置在強磁場中的兩平行導軌上，給導軌通以大電流，使炮彈作用一個載流導體在磁場力的大電流，使炮彈作用一個載流導體在磁場力的

2、作用下沿導軌加速運動，并以某一速度發射出作用下沿導軌加速運動，并以某一速度發射出去彈丸體積雖小，但由于初速特別高，所以去彈丸體積雖小，但由于初速特別高，所以具有很大動能，足以穿透厚鋼板具有很大動能，足以穿透厚鋼板(如圖如圖541所示所示)要提高發射速度，就要增大炮彈的加速時要提高發射速度，就要增大炮彈的加速時間你知道該怎么可以做到嗎？間你知道該怎么可以做到嗎？ 圖圖5-4-1一、探究影響通電導線受力的因素一、探究影響通電導線受力的因素1在物理學中，把很短的一段通電導線中的電在物理學中，把很短的一段通電導線中的電流流I與導線長度與導線長度L的乘積的乘積IL稱作稱作_知識梳理知識梳理電流元電流元不

3、變的不變的無關無關二、磁感應強度二、磁感應強度1定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導線，所受的安培力跟電流所受的安培力跟電流I和導線長度和導線長度L的乘積的乘積IL的的_叫叫磁感應強度它是表示磁場的強弱和方向的物理量，通磁感應強度它是表示磁場的強弱和方向的物理量，通常用字母常用字母B表示表示比值比值3物理意義：物理意義：B是描述是描述_性質的物理量性質的物理量4單位：國際單位制中是單位：國際單位制中是_，簡稱特，簡稱特，符號是符號是T.5B是矢量，其方向就是磁場方向，即小磁針是矢量，其方向就是磁場方向，即小磁針靜止時靜止時N極的指向或極的指向或N極的極的

4、_方向方向三、安培力的方向三、安培力的方向1安培力：安培力： _在磁場中受到的力稱在磁場中受到的力稱為安培力為安培力安培力是磁場對電流的作用力，是一種性質力，安培力是磁場對電流的作用力，是一種性質力，它與靜電力、摩擦力、重力、彈力等一樣是一種性它與靜電力、摩擦力、重力、彈力等一樣是一種性質力，不是按效果命名的力質力，不是按效果命名的力磁場磁場特斯拉特斯拉受力受力通電導線通電導線2用左手定則判斷通電導線在磁場中受到的安用左手定則判斷通電導線在磁場中受到的安培力的方向：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂培力的方向：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內，讓磁感線從掌心直，并且都

5、與手掌在同一平面內，讓磁感線從掌心進入，并使四指指向進入，并使四指指向_的方向，這時拇指所指的的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向四、安培力的大小四、安培力的大小磁場中的通電導線，通常會受到安培力的作用，磁場中的通電導線，通常會受到安培力的作用，但并不等于但并不等于“總是要受到安培力的作用總是要受到安培力的作用”，安培力的，安培力的大小不僅僅是由大小不僅僅是由B、I、L三者決定，還與電流三者決定，還與電流I和和B之之間的間的_有關有關電流電流夾角夾角1當通電導線與磁感線垂直時，當通電導線與磁感線垂直時，即電流方向與磁感線方向垂直

6、時，所即電流方向與磁感線方向垂直時，所受的安培力最大：受的安培力最大：F _.2當通電導線與磁感線不垂直當通電導線與磁感線不垂直時，如圖時，如圖542所示，電流方向與所示，電流方向與磁感線方向成磁感線方向成角，通電導線所受的角，通電導線所受的安培力為安培力為F _.3當通電導線與磁感線平行時，當通電導線與磁感線平行時，所受安培力為所受安培力為_. 圖圖5-4-2BILBILsin0五、磁電式電流表五、磁電式電流表1構造：主要構件有蹄形磁鐵、圓柱形鐵芯、構造：主要構件有蹄形磁鐵、圓柱形鐵芯、鋁框、線圈、轉軸、螺旋彈簧、指針、接線柱鋁框、線圈、轉軸、螺旋彈簧、指針、接線柱2工作原理：當電流通過線圈

7、時，導線受到安工作原理：當電流通過線圈時，導線受到安培力的作用由左手定則可以判斷，線圈左右兩邊培力的作用由左手定則可以判斷，線圈左右兩邊所受的安培力方向相反，所以架在軸上的線圈就要所受的安培力方向相反，所以架在軸上的線圈就要_ 3線圈轉動時，螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉線圈轉動時，螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉動，電流越大，安培力就越大，線圈偏轉的角度越動，電流越大，安培力就越大，線圈偏轉的角度越大，所以從線圈偏轉的角度就能判斷通過的電流大大，所以從線圈偏轉的角度就能判斷通過的電流大??；線圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨之小；線圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨之改變，指針的偏轉方向也隨之改變

8、，指針的偏轉方向也隨之_ 轉動轉動改變改變基礎自測基礎自測A隨隨IL的乘積的增大而減小的乘積的增大而減小B隨隨F的增大而增大的增大而增大C與與F成正比，與成正比，與IL成反比成反比D與與F及及IL無關，由無關，由F和和IL的比值確定的比值確定解析解析：磁場中某一點的磁感應強度是由形成磁場的磁場中某一點的磁感應強度是由形成磁場的磁體或電流的強度與分布情況決定的，與放入其中的磁體或電流的強度與分布情況決定的，與放入其中的電流元無關，電流元所起的作用僅僅是對磁場進行探電流元無關，電流元所起的作用僅僅是對磁場進行探測，從而確定該點磁場的磁感應強度，因此本題答案測，從而確定該點磁場的磁感應強度，因此本題

9、答案為為D.答案答案：D2有一小段通電導線，長為有一小段通電導線，長為1 cm，電流強度，電流強度為為5 A，把它置于磁場中某點，受到的磁場力為，把它置于磁場中某點，受到的磁場力為0.1 N，則該點的磁感應強度，則該點的磁感應強度B一定是一定是 ()AB2 TBB2 TCB2 T D以上情況都有可能以上情況都有可能答案答案：C3如圖如圖543所示，把一根柔軟所示，把一根柔軟的彈簧懸掛起來，使它的下端剛好跟槽的彈簧懸掛起來，使它的下端剛好跟槽的水銀接觸通電后，你預計會發生什的水銀接觸通電后，你預計會發生什么現象？怎樣解釋這個現象？么現象？怎樣解釋這個現象？解析解析：注意兩個隱含條件：注意兩個隱含

10、條件：(1)柔軟的彈簧柔軟的彈簧彈簧有伸縮性彈簧有伸縮性(2)彈簧下端剛好與水銀接觸彈簧下端剛好與水銀接觸彈彈簧很容易離開水銀簧很容易離開水銀 圖圖5-4-3答案答案：彈簧上下振動，電流交替通斷發生這：彈簧上下振動，電流交替通斷發生這種現象的原因是：彈簧通入電流時，彈簧各相鄰線種現象的原因是：彈簧通入電流時，彈簧各相鄰線圈中電流方向相同，線圈之間相互吸引，使彈簧收圈中電流方向相同，線圈之間相互吸引，使彈簧收縮，則電路斷開；電路斷開后，因電流消失，線圈縮，則電路斷開；電路斷開后，因電流消失，線圈之間相互作用消失，因而彈簧恢復原來狀態，電路之間相互作用消失，因而彈簧恢復原來狀態，電路又被接通，這個

11、過程反復出現，使得彈簧上下振動，又被接通，這個過程反復出現，使得彈簧上下振動，電路交替通斷電路交替通斷4如圖如圖544所示，所示，A為一水平為一水平旋轉的橡膠盤，帶有大量均勻分布的旋轉的橡膠盤，帶有大量均勻分布的負電荷，在圓盤正上方水平放置一通負電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導線，電流方向如圖當圓盤高電直導線，電流方向如圖當圓盤高速繞中心軸速繞中心軸OO轉動時，通電直導線所轉動時，通電直導線所受磁場力的方向是受磁場力的方向是 ()A豎直向上豎直向上 B豎直向下豎直向下C水平向里水平向里 D水平向外水平向外答案答案：C 圖圖5-4-45關于通電直導線所受安培力關于通電直導線所受安培力F，磁感

12、應強度，磁感應強度B和電流和電流I三者方向之間的關系，下列說法正確的是三者方向之間的關系，下列說法正確的是 ()AF、B、I三者必定均保持垂直三者必定均保持垂直BF必定垂直于必定垂直于B、I，但，但B不一定垂直于不一定垂直于ICB必定垂直于必定垂直于F、I，但，但F不一定垂直于不一定垂直于IDI必定垂直于必定垂直于F、B，但，但F不一定垂直于不一定垂直于B答案答案：B(1)在定義式在定義式 中，通電導線必須垂直于磁場中，通電導線必須垂直于磁場方向放置方向放置.因為磁場中某點通電導線受力的大小，除因為磁場中某點通電導線受力的大小，除和磁場強弱有關以外，還和導線的方向有關和磁場強弱有關以外，還和導

13、線的方向有關.導線放導線放入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同.通電導通電導線受力為零的地方，磁感應強度線受力為零的地方，磁感應強度B的大小不一定為零的大小不一定為零.(2)磁感應強度磁感應強度B的大小只決定于磁場本身的性質，的大小只決定于磁場本身的性質，與與F、I、L無關無關.(3)通電導線受力的方向不是磁場磁感應強度的通電導線受力的方向不是磁場磁感應強度的方向方向.關于磁感應強度關于磁感應強度B的定義式的理解的定義式的理解(4)磁感應強度的定義式也適用于非勻強磁場，這磁感應強度的定義式也適用于非勻強磁場，這時時L應很短很短，應很短很短，IL稱作稱作“

14、電流元電流元”，相當于靜電場中，相當于靜電場中的的“點電荷點電荷”.【例例1】 有關磁感應強度的下列說法中，正確的是有關磁感應強度的下列說法中，正確的是 ()A磁感應強度是用來表示磁場強弱的物理量磁感應強度是用來表示磁場強弱的物理量B若有一小段通電導體在某點不受磁場力的作用，若有一小段通電導體在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應強度一定為零則該點的磁感應強度一定為零答案答案：AAB由由F、I和和L決定決定BF由由B、I和和L決定決定CI由由B、F和和L決定決定 DL由由B、F和和I決定決定答案答案：B(1)內容：伸開左手，讓拇指與其余四個手指垂內容：伸開左手，讓拇指與其余四個手指垂直，并與手

15、掌在同一平面內，讓磁感線垂直穿過手直，并與手掌在同一平面內，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流方向，那么，拇指所指方向即為心，四指指向電流方向，那么，拇指所指方向即為通電直導線在磁場中所受安培力的方向通電直導線在磁場中所受安培力的方向(2)應用：左手定則反映了磁場方向、電流方向應用：左手定則反映了磁場方向、電流方向以及電流受力方向三者之間的關系，在電流方向與以及電流受力方向三者之間的關系，在電流方向與磁場方向相垂直的情況下，知道這三個方向中的任磁場方向相垂直的情況下，知道這三個方向中的任意兩個，就可以用左手定則判斷出第三個的方向意兩個，就可以用左手定則判斷出第三個的方向安培力方向的判斷安培力方

16、向的判斷(3)注意事項：不管電流方向與磁場方向是否垂注意事項：不管電流方向與磁場方向是否垂直，安培力方向總垂直于電流方向與磁場方向所確直，安培力方向總垂直于電流方向與磁場方向所確定的平面，當電流方向與磁場方向不垂直時，仍可定的平面，當電流方向與磁場方向不垂直時，仍可用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再用左手定則來判斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心垂直穿過手心.(4)安培力的特點安培力的特點FB，FI，即，即F垂直于垂直于B和和I確定的平面確定的平面.(1)知道電流、磁感應強度的方向，可用左手定知道電流、磁感應強度的方向，可用左手定則唯一確定則唯一確定F的方向的方向.(2)知道

17、知道F和電流的方向，不能唯一確定磁感應和電流的方向，不能唯一確定磁感應強度強度B的方向，此時磁場的方向，此時磁場B的方向可能是垂直于的方向可能是垂直于F而而與與I成任意角成任意角(0)的方向的方向.【例例2】 如圖如圖545所示，一所示，一金屬直桿金屬直桿MN兩端接有導線懸掛于線兩端接有導線懸掛于線圈上方，圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直與線圈軸線均處于豎直平面內，為使平面內，為使MN垂直紙面向外運動，垂直紙面向外運動，可以可以 () 圖圖5-4-5A將將a、c端接在電源正極，端接在電源正極，b、d端接在電源負極端接在電源負極B將將b、d端接在電源正極，端接在電源正極，a、c端接在電源負極端接

18、在電源負極C將將a、d端接在電源正極，端接在電源正極，b、c端接在電源負極端接在電源負極D將將a、c端接在交流電源的一端，端接在交流電源的一端，b、d端接在交流端接在交流電源的另一端電源的另一端解析解析：A項中接法，螺線管上端由安培定則知為項中接法，螺線管上端由安培定則知為N極，極，MN中電流方向向右，由左手定則知中電流方向向右，由左手定則知MN垂直紙面垂直紙面向外運動向外運動B項中接法使螺線管上端為項中接法使螺線管上端為S極，極，MN中電流由中電流由N到到M，由左手定則可判斷，由左手定則可判斷B項正確同理可知項正確同理可知C項錯誤項錯誤D項，當項，當ac端為正極、端為正極、bd端為負極時，同

19、端為負極時，同A項；當項；當ac端變為負極，端變為負極，bd端變為正極時，同端變為正極時，同B項；故項；故D項正項正確確答案答案：ABD【題后反思題后反思】 (1)安培定則、左手定則往往同時安培定則、左手定則往往同時應用應特別注意，安培定則是判斷電流的磁場方應用應特別注意，安培定則是判斷電流的磁場方向，又稱右手螺旋定則，用右手判斷，而左手定則向，又稱右手螺旋定則，用右手判斷，而左手定則是用左手判斷電流的受力情況的是用左手判斷電流的受力情況的(2)受到安培力作用的電流，也產生磁場，這一受到安培力作用的電流，也產生磁場，這一磁場對產生原磁場的磁場磁場對產生原磁場的磁場(或電流、或運動電荷或電流、或

20、運動電荷)也有也有力的作用，這個力就是安培力的反作用力力的作用，這個力就是安培力的反作用力如圖所示，表示磁場方向、電流方向及導如圖所示，表示磁場方向、電流方向及導線受力方向正確的圖是線受力方向正確的圖是 ()解析解析：磁場方向和電流方向垂直時，安培力方向、磁場方向和電流方向垂直時，安培力方向、磁場方向和電流方向三者是兩兩垂直的，滿足左手定磁場方向和電流方向三者是兩兩垂直的，滿足左手定則故正確答案為則故正確答案為A.答案答案：A 安培力的大小：安培力的大小不僅與安培力的大?。喊才嗔Φ拇笮〔粌H與B、I、L有有關，還與導線在磁場中的放置方向有關關，還與導線在磁場中的放置方向有關(1)當通電導線與磁場

21、方向平行時，通電導線不當通電導線與磁場方向平行時，通電導線不受安培力受安培力(2)當通電導線與磁場方向垂直時，所受安培力當通電導線與磁場方向垂直時，所受安培力最大，最大，FmaxBIL.(3)當通電導線與磁場方向斜交時，其所受安培當通電導線與磁場方向斜交時，其所受安培力介于零和最大值之間如圖力介于零和最大值之間如圖546所示所示安培力大小的計算安培力大小的計算 圖圖5-4-6將將B正交分解成正交分解成BBsin和和BBcos，而，而B對電對電流沒有作用，在此種情況下，流沒有作用，在此種情況下，FBIL即即FBILsin.(4)注意事項：注意事項：公式適用于勻強磁場公式適用于勻強磁場彎曲導線的有

22、效長度彎曲導線的有效長度l，等于兩端點所連直線，等于兩端點所連直線的長度的長度(如圖如圖547所示所示)；相應的電流方向，沿；相應的電流方向，沿l由由始端流向末端，因為任意形狀的閉合線圈，其有效始端流向末端，因為任意形狀的閉合線圈，其有效長度長度l0，所以通電后在勻強磁場中，受到的安培，所以通電后在勻強磁場中，受到的安培力的矢量和一定為零力的矢量和一定為零圖圖5-4-7【例例3】 如圖如圖548所示，將長度為所示，將長度為20 cm，通有通有0.1 A電流的直導線放入一勻強磁場中，已知磁電流的直導線放入一勻強磁場中，已知磁感應強度感應強度B1 T，試求出各圖中導線所受安培力的，試求出各圖中導線

23、所受安培力的大小和方向大小和方向圖圖5-4-8解析解析：本題考查左手定則的應用及安培力大小的：本題考查左手定則的應用及安培力大小的計算，由左手定則和安培力的計算公式可知計算，由左手定則和安培力的計算公式可知解解：(1)因導線與磁感線平行，所以安培力為零因導線與磁感線平行，所以安培力為零(2)由左手定則知：安培力方向垂直導線水平向右，由左手定則知：安培力方向垂直導線水平向右，大小大小FBIL10.10.2 N0.02 N.(3)磁場方向與電流方向仍是垂直的，由左手定則磁場方向與電流方向仍是垂直的，由左手定則可知安培力的方向在紙面內垂直導線斜向上，大小可知安培力的方向在紙面內垂直導線斜向上，大小F

24、BIL0.02 N.【題后反思題后反思】 (1)用左手定則判斷安培力的方向用左手定則判斷安培力的方向時，要注意安培力既與導線垂直又與磁場方向垂直，時，要注意安培力既與導線垂直又與磁場方向垂直，但磁場方向與導線方向可成任意角但磁場方向與導線方向可成任意角(2)在利用在利用FBILsin計算安培力的大小時，注計算安培力的大小時，注意意角為導線與磁場方向的夾角角為導線與磁場方向的夾角如圖如圖549所示，在傾所示，在傾角為角為的光滑斜面上，垂直紙面的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長為放置一根長為L，質量為，質量為m的直的直導體棒，在導體棒中的電流導體棒，在導體棒中的電流I垂垂直紙面向里時，欲使導體棒靜止

25、直紙面向里時，欲使導體棒靜止在斜面上，下列外加勻強磁場的在斜面上，下列外加勻強磁場的磁感應強度磁感應強度B的大小和方向正確的大小和方向正確的是的是 () 圖圖5-4-9答案答案：A(1)電流元法電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運用左手即把整段電流等效為多段直線電流元，運用左手定則判斷出每小段電流元受安培力的方向，從而判斷定則判斷出每小段電流元受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向，最后確定運動方向出整段電流所受合力的方向，最后確定運動方向(2)特殊位置法特殊位置法把電流或磁鐵轉到一個便于分析的特殊位置后再把電流或磁鐵轉到一個便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從而確定

26、運動方向判斷所受安培力方向，從而確定運動方向通電導體在安培力作用下的運動通電導體在安培力作用下的運動(3)等效法等效法環形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，環形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵也可以等效成環形電流或通電螺線管通條形磁鐵也可以等效成環形電流或通電螺線管通電螺線管也可以等效成很多匝的環形電流來分析電螺線管也可以等效成很多匝的環形電流來分析(4)利用結論法利用結論法兩電流相互平行時無轉動趨勢，同向電流相兩電流相互平行時無轉動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥互吸引，反向電流相互排斥 兩電流不平行時，有轉動到相互平行且方向兩電流不平行時，有轉動到相互平行且方向相

27、同的趨勢相同的趨勢利用這些結論分析，可事半功倍利用這些結論分析，可事半功倍【例例4】 如圖如圖5410所示，所示，把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當線圈的圓心且垂直于線圈平面，當線圈內通入如圖所示方向的電流后，判內通入如圖所示方向的電流后，判斷線圈如何運動？斷線圈如何運動？解析解析：解法一：把圓形線圈分：解法一：把圓形線圈分成很多小段，每一小段可以看作一成很多小段，每一小段可以看作一段直線電流，取其中的上下兩小段段直線電流，取其中的上下兩小段分析，其截面圖和受安培力的情況分析，其截面圖

28、和受安培力的情況如右圖所示根據其中心對稱性可如右圖所示根據其中心對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向磁鐵運動左，故線圈向磁鐵運動 圖圖5-4-10解法二：我們還可以用等效法來分析將題圖解法二：我們還可以用等效法來分析將題圖中的環形電流根據安培定則可等效為一個小磁針，中的環形電流根據安培定則可等效為一個小磁針，如下圖如下圖(1)所示，所以磁鐵和線圈相互吸引，線圈將所示，所以磁鐵和線圈相互吸引，線圈將向磁鐵運動我們還可以將題圖中的條形磁鐵等效向磁鐵運動我們還可以將題圖中的條形磁鐵等效為環形電流，根據安培定則，其等效環形電流方向為環形電流，根據安培定則，其等效環形電流方向如下圖如下圖(