高中物理磁场对通电导体的作用力.docx

磁场对通电导体的作用力 【学习目标】 掌握左手定则，理解电流的方向以及磁场对电流的作用力方向三者之间的关系。 掌握安培力的计算，能够理解一些安培力作用的现象和应用，能够熟练地计算通电直导体在匀强磁场中受到的安培力。 知道磁电式电表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本 原理。 【要点梳理】 要点一、对安培力的理解要点诠释： 安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力，其作用点可等效在导体的几何中心． 安培力的方向 在解决有关磁场对电流的作用的问题时，能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键，在判定安培力的方向时要注意以下三点： 安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说 安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．因此，在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向． 当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流和磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心． 内容 电场力安培力 内 容 电场力 安培力 力 项目 研究对象 点电荷 电流元 受力特点 正电荷受力方向，与电场方向相 安培力方向与磁场方 同，沿电场线切线方向，与负电荷受力方向相反 向和电流方向都垂直 判断方法 结合电场方向和电荷正、负判断 用左手定则判断 注意：若已知 B、I 方向，则由左手定则得 F 的方向被唯一确定；但若已 安 知 B（或 I）、F 的方向，由于 B 只要穿过手心即可，则 I（或 B）的方向不唯一． 安 安培力的大小 计算公式： F ? BILsin? 对公式的理解：公式F ? BILsin?可理解为F ? (Bsin?) IL ，此时Bsin? 为 B 沿垂直 I 方向上的分量，也可理解为F ? BI(Lsin?) ，此时Lsin? 为 L 沿垂直 B 的方向上的投影长度，也叫“有效长度”，公式中的? 是B 和I 方向间的夹角． 注意： ①若导线是弯曲的，此时公式F ? BILsin?中的L 并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有效长度”．它等于连接导线两端点直线的长度（如图所示），相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端． ②安培力公式一般用于匀强磁场．在非匀强磁场中很短的导体也可使用， 此时 B 的大小和方向与导体所在处的B 的大小和方向相同．若在非匀强磁场中， 导体较长，可将导体分成若干小段，求出各段受到的磁场力，然后求合力． 要点二、安培力作用下通电导体运动方向的判定方法要点诠释： 不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动，在实际操作过程中，往往采用以下几种方法： 电流元法 把整段导线分为多段直电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁铁，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立 特殊位置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向 结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研究对 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析象法 电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及 运动方向 注意： 判断通电线圈等在磁场中的转动情况，要寻找具有对称关系的电流元． （2）利用特殊位置要注意利用通电导体所在位置的磁场特殊点的方向． 要点三、电流表的工作原理、灵敏度及特点 要点诠释： 1．电流表的工作原理： （1）均匀辐向磁场 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（如图所示），不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行．线圈所处的磁感应强度的大小都相同． 工作原理 如图所示，设线圈所处位置的磁感应强度大小为 B，线圈长为 L，宽为 d， 匝数为 n，当线圈中通有电流 I 时，安培力对转轴产生力矩：M ? 2 ?? F ? d ? ? F ? d ， 1 ? ? 2???安培力的大小为： F nBIL．故安培力的力矩大小为M ? nBILd ? nBIS （S 为线圈 2 ? ? ? 1 的面积）． 当线圈发生转动时，不论通电线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，安培力的力矩不变． 当线圈转过? 角时，这时指针偏角也为? 角，螺旋弹簧产生阻碍线圈转动的 扭转力矩为 M ，对线圈，根据力矩平衡有M 2 1