物理 第二章 磁场 第三节 磁场对通电导线的作用 新人教版选修1-1

理解教材新知第二章磁场随堂基础巩固课时跟踪训练知识点一知识点二把握热点考向考向一考向二应用创新演练第三 节磁场对通电导线的作用知识点三考向三1.通电导体在磁场中受到的力通电导体在磁场中受到的力 称为安培力，其大小跟磁感称为安培力，其大小跟磁感 应强度应强度B、导线长度、导线长度L、电流、电流I成正比，公式成正比，公式FBIL。其方。其方向用左手定则判断。向用左手定则判断。2磁感应强度磁感应强度B反映磁场的强反映磁场的强 弱，是矢量，其大小弱，是矢量，其大小BF/IL，方向是该点小磁针，方向是该点小磁针N极受力方向，磁感应强度的极受力方向，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符单位是特斯拉，简称特，符号号T。3左手定则：伸开左手，使拇指左手定则：伸开左手，使拇指 跟其余四指垂直，并且都跟手跟其余四指垂直，并且都跟手 掌在同一个平面内，让磁感线掌在同一个平面内，让磁感线 穿入手心，并使四指指向电流穿入手心，并使四指指向电流 的方向，拇指所指的方向就是的方向，拇指所指的方向就是 通电导线所受安培力的方向。通电导线所受安培力的方向。 自学教材自学教材 1定义定义 在磁场中受到的力称为安培力。在磁场中受到的力称为安培力。通电导体通电导体 2大小大小 当导线方向与磁场方向当导线方向与磁场方向 时，它所受的安培力最时，它所受的安培力最大，此时大，此时F ；当导线方向与磁场方向一致时，导线；当导线方向与磁场方向一致时，导线不受安培力。当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力不受安培力。当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和介于最大值和0之间。之间。垂直垂直BIL图图231 3安培力的方向安培力的方向 安培力的方向既跟磁感应强度的方向安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又跟电流方向垂直，三个方向之间垂直，又跟电流方向垂直，三个方向之间的关系可用左手定则判定：伸开左手，使的关系可用左手定则判定：伸开左手，使拇指跟其余四指拇指跟其余四指 ，并且都跟手掌在，并且都跟手掌在垂直，又跟电流方向垂直，三个方向之间的关系可用左手定垂直，又跟电流方向垂直，三个方向之间的关系可用左手定则判定：伸开左手，使拇指跟其余四指则判定：伸开左手，使拇指跟其余四指 ，并且都跟手掌，并且都跟手掌在在 ，让磁感线穿入手心，并使四指指向，让磁感线穿入手心，并使四指指向 的的方向，那么，方向，那么， 所指的方向就是通电导线所受安培力的方所指的方向就是通电导线所受安培力的方向，如图向，如图2-3-1所示。所示。垂直垂直同一个平面同一个平面内内电流电流拇指拇指垂直垂直 重点诠释重点诠释 1安培力大小分析安培力大小分析 通电导体在磁场中受到的安培力的大小与电流大小通电导体在磁场中受到的安培力的大小与电流大小I、导线在磁场中的长度导线在磁场中的长度L、磁场的磁感应强度、磁场的磁感应强度B以及电流方向以及电流方向与磁场方向有关系。与磁场方向有关系。 (1)当通电导线与磁场方向平行时，安培力当通电导线与磁场方向平行时，安培力F0； (2)当通电导线与磁场方向垂直时，安培力当通电导线与磁场方向垂直时，安培力FBIL； (3)当通电导线与磁场方向成某一夹角当通电导线与磁场方向成某一夹角时，安培力大时，安培力大小小F满足：满足：0FBIL。 2安培力的方向特点安培力的方向特点 (1)由左手定则可判定由左手定则可判定FI、FB，但，但B与与I不一定相不一定相互垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向互垂直，即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。在判断时，首先确定磁场与电流所决定的所决定的平面。在判断时，首先确定磁场与电流所决定的平面，从而判断出安培力的方向。平面，从而判断出安培力的方向。 (2)若已知若已知B、I方向，安培力的方向唯一确定；但若已方向，安培力的方向唯一确定；但若已知知B(或或I)与安培力的方向，与安培力的方向，I(或或B)的方向不唯一。的方向不唯一。1关于磁场对通电直导线的作用力关于磁场对通电直导线的作用力(安培力安培力)，下列说法正，下列说法正确的是确的是 ()A通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场 的方向垂直的方向垂直C通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的 方向垂直方向垂直D通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和和I 所确定的平面所确定的平面解析：解析：当一段通电直导线在磁场中平行于磁感线方向放置当一段通电直导线在磁场中平行于磁感线方向放置时，不受安培力的作用，时，不受安培力的作用，A选项错误。据左手定则，通电选项错误。据左手定则，通电直导线在磁场中所受安培力的方向既垂直于磁场方向，又直导线在磁场中所受安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流的方向，即安培力方向总是垂直于磁场和电流垂直于电流的方向，即安培力方向总是垂直于磁场和电流所确定的平面，所确定的平面，B、C、D选项正确。选项正确。答案：答案：BCD 自学教材自学教材 1定义定义 一段通电直导线一段通电直导线 放在磁场里，所受的放在磁场里，所受的 与导线中的电流和导线的长度的与导线中的电流和导线的长度的 的比值，叫的比值，叫磁感应强度。磁感应强度。垂直垂直安培力安培力乘积乘积特斯拉特斯拉T 4矢量性矢量性 磁感应强度不仅有大小，还有方向，是矢量。小磁针磁感应强度不仅有大小，还有方向，是矢量。小磁针的的 极在磁场中某点受力的方向，就是这点磁感应强度的极在磁场中某点受力的方向，就是这点磁感应强度的方向。方向。N 重点诠释重点诠释 (1)磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁场本身决定的，与磁场中是否引入电流无关，与引入的磁场本身决定的，与磁场中是否引入电流无关，与引入的电流是否受力无关。电流是否受力无关。 (3)磁感应强度磁感应强度B的大小反映了磁场的强弱，的大小反映了磁场的强弱，B越大，表越大，表示该点磁场越强，示该点磁场越强，B的方向即该点磁场的方向，与安培力的方向即该点磁场的方向，与安培力F的方向垂直。的方向垂直。 (4)磁感应强度是矢量，其方向即是磁场的方向，即小磁感应强度是矢量，其方向即是磁场的方向，即小磁针静止时磁针静止时N极的指向，也是小磁针极的指向，也是小磁针N极受磁场力的方向。极受磁场力的方向。 2匀强磁场中有一段长为匀强磁场中有一段长为0.2 m的直导线，它与磁场方向的直导线，它与磁场方向垂直，当通过垂直，当通过3 A的电流时，受到的电流时，受到6.0102 N的磁场力，的磁场力，则磁场的磁感应强度是则磁场的磁感应强度是_ T；当导线长度缩短；当导线长度缩短一半时，磁场的磁感应强度是一半时，磁场的磁感应强度是_ T；当通入的；当通入的电流加倍时，磁场的磁感应强度是电流加倍时，磁场的磁感应强度是_ T。答案：答案：0.10.10.1 自学教材自学教材 1.原理原理 通电线圈在磁场中受到通电线圈在磁场中受到 作用发生转动。作用发生转动。安培力安培力 2主要构造主要构造 各种电动机都有各种电动机都有 和和 。其中。其中 是电动机是电动机中固定不动的部分，可以是线圈，也可以是中固定不动的部分，可以是线圈，也可以是 。 是电动机中转动的部分。直流电动机中还有是电动机中转动的部分。直流电动机中还有 和和整流子，可以将电流持续地提供给线圈。整流子，可以将电流持续地提供给线圈。 定子定子转子转子定子定子磁体磁体转子转子电刷电刷3如图如图232所示的四幅图中，能说明电动机工作原理所示的四幅图中，能说明电动机工作原理的是的是 ()图图232解析：解析：电动机是通电导体在磁场中受安培力作用的具电动机是通电导体在磁场中受安培力作用的具体应用，所以只有体应用，所以只有C项符合。项符合。答案：答案：C 例例1如图如图233所示，在匀强磁场中放有下列各所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为，磁感应强度为B，求各导线，求各导线所受到的安培力所受到的安培力F的大小。的大小。图图233 思路点拨思路点拨因各图中的因各图中的IB，故可用公式，故可用公式FBIL计计算安培力的大小，但应注意公式中算安培力的大小，但应注意公式中“L”的选取。的选取。同理，同理，C图中，导线的有效长度为线段图中，导线的有效长度为线段ab，F2BIR。由对安培力的理解知由对安培力的理解知D图中图中F0。答案答案见解析见解析 由由D图可知，图可知， 任何通电闭合线圈在磁场中，所受的任何通电闭合线圈在磁场中，所受的安培力都等于零。安培力都等于零。1一根长一根长0.1 m、通有电流、通有电流1.8 A的导线，放在磁感应强度的导线，放在磁感应强度为为0.2 T的匀强磁场中，受到的磁场力大小可能为的匀强磁场中，受到的磁场力大小可能为()A0.01 NB0.04 NC0.1 N D0.2 N解析：解析：当导线垂直于磁场放置时，受的磁场力最大当导线垂直于磁场放置时，受的磁场力最大FmBIL0.036 N。所以只有。所以只有A正确。正确。答案：答案：A 例例2图图234表示的是磁场对直线电流的作用，表示的是磁场对直线电流的作用，其中正确的是其中正确的是 ()图图234 思路点拨思路点拨解此题要依据左手定则，注意四指指向解此题要依据左手定则，注意四指指向电流方向，磁感线穿过手心。电流方向，磁感线穿过手心。 解析解析根据左手定则，可以判断根据左手定则，可以判断B中安培力方向向左，中安培力方向向左，C中安培力方向向下，中安培力方向向下，B、C项错误，项错误，A、D正确。正确。 答案答案AD 电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁感线不一定垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁感线不一定垂直穿过手心，只要不从手背穿过就行。直穿过手心，只要不从手背穿过就行。2如图如图235所示，其中所示，其中A、B图已知电流和其所受磁图已知电流和其所受磁场力的方向，试在图中标出磁场方向。场力的方向，试在图中标出磁场方向。C、D图已知磁图已知磁场和它对电流作用力的方向，试在图中标出电流方向。场和它对电流作用力的方向，试在图中标出电流方向。图图235解析：解析：已知电流已知电流I、磁场、磁场B、安培力、安培力F三个中的两个方向，三个中的两个方向，确定第三个的方向，我们只要利用左手定则即可。确定第三个的方向，我们只要利用左手定则即可。答案：答案：A图磁场方向垂直纸面向外；图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内图磁场方向在纸面内垂直垂直F斜向下；斜向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里。图电流方向均垂直于纸面向里。解析解析根据磁感应强度的定义，通电导线应为根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中在磁场中垂直于磁场方向的通电导线垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向上导线所受，只有在这个方向上导线所受的安培力才最大，故的安培力才最大，故A错误；当通电导线与磁场方向平行时，错误；当通电导线与磁场方向平行时，不受安培力作用，故不受安培力作用，故B选项错误；在磁场源稳定的情况下，选项错误；在磁场源稳定的情况下，磁场内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的磁场内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的检验电流无关，检验电流无关，C正确；由左手定则可确定，安培力的方向正确；由左手定则可确定，安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，故与磁感应强度的方向垂直，故D错误。错误。答案答案C3关于磁感应强度的下列说法中，正确的为关于磁感应强度的下列说法中，正确的为 ()A磁感应强度是用来描述磁场强弱和方向的物理量磁感应强度是用来描述磁场强弱和方向的物理量B磁场中某处小磁针磁场中某处小磁针N极受磁场力的方向就是该处磁极受磁场力的方向就是该处磁 感应强度的方向感应强度的方向C若有一小段长为若有一小段长为L，通电电流为，通电电流为I的导体，在磁感应强的导体，在磁感应强 度为度为B的磁场中某点受到的磁场力为的磁场中某点受到的磁场力为F，则一定有，则一定有F BILD磁感应强度磁感应强度B的大小是由通电导线的长度、电流、受的大小是由通电导线的长度、电流、受 力力 决定的，与磁场无关决定的，与磁场无关解析：解析：磁感应强度用来描述磁场，可以表示磁场的强弱和磁感应强度用来描述磁场，可以表示磁场的强弱和方向，其大小由磁场本身决定与是否存在通电导线无关，方向，其大小由磁场本身决定与是否存在通电导线无关，A对对D错；磁场方向也就是小磁针错；磁场方向也就是小磁针N极受力的方向，极受力的方向，B正确；正确；通电导线在磁场中的受力与放入角度有关，垂直时最大为通电导线在磁场中的受力与放入角度有关，垂直时最大为FBIL，所以，所以C错误。错误。答案：答案：AB