第1課 磁場對通電導線的作用力 【知識點播+題型強化】高中化學（人教版2019選擇性必修第二冊）

§1.1磁場對通電導線的作用力第一章安培力與洛倫茲力電磁軌道炮

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術制成的一種先進動能殺傷武器。自然條件下炮彈速度可達近萬m/s，射程320km，殺傷能量32兆焦。炮彈的發(fā)射是利用電磁系統(tǒng)中電磁場對炮彈導電底座的作用力。炮彈的動力來源：磁場對電流的作用力！為了紀念安培，人們把通電導線在磁場中受的力稱為安培力。探究安培力的方向與哪些因素有關交換磁極的位置，

觀察受力方向是否改變。改變導線中電流的方向，

觀察受力方向是否改變。F、B、I方向關系BIF示意圖①安培力方向既與電流方向垂直又與磁場方向垂直，即垂直于電流和磁場所在的平面IBFBB②B與

I不一定垂直.安培力的方向左手定則伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，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。磁感線四指大拇指穿過手心電流方向安培力方向FF=0F××××××××××××××××BI×BIBI判定以下通電導線所受安培力的方向典例精析例1．在下列四幅圖中，能正確標明通電直導線所受安培力F方向的是(

)B【解析】根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，A錯誤；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，B正確；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力豎直向下，C錯誤；根據(jù)左手定則判斷可知，安培力垂直紙面向外，D錯誤?！敬鸢浮緽FIBFIBααBBIFαBI練習：判定以下通電導線所受安培力的方向30°FFIIIBBB通電直導線中的電流環(huán)形電流或通電螺線管判斷電流在磁場中的受力方向電流在磁場中左手定則作用具體情況具體操作結果內(nèi)

容四個手指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向大拇指指向軸線上的磁感線方向四個手指彎曲的方向表示磁場的方向大拇指指向電流的方向磁感線垂直穿過掌心，四指指向電流的方向大拇指指向電流所受到的安培力的方向判斷電流的磁場方向安培定則左手定則和安培定則對比：小試牛刀１.畫出圖中通電直導線A受到的安培力的方向?！敬鸢浮俊窘馕觥?1)中電流與磁場垂直，由左手定則可判斷出A所受安培力方向如圖甲所示。(2)中條形磁鐵在A處的磁場分布如圖乙所示，由左手定則可判斷A受到的安培力的方向如圖乙所示。(3)中由安培定則可判斷出A處合磁場方向如圖丙所示，由左手定則可判斷出A受到的安培力方向如圖丙所示。(4)中由安培定則可判斷出A處磁場如圖丁所示，由左手定則可判斷出A受到的安培力方向如圖丁所示。小試牛刀１.(多選)(2019·江蘇高考)如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和b是兩條固定的平行長直導線，通過的電流強度相等。矩形線框位于兩條導線的正中間，通有順時針方向的電流，在a、b產(chǎn)生的磁場作用下靜止。則a、b的電流方向可能是(

)A．均向左B．均向右C．a(chǎn)的向左，b的向右D．a(chǎn)的向右，b的向左CD【解析】a、b的電流均向左或均向右時，根據(jù)通電直導線產(chǎn)生的磁場及其分布和疊加可知，在a、b導線附近的磁場方向相反，則由左手定則可以判斷平行于a、b導線的矩形線框的兩邊受力的方向相同，線框所受的合力不為0，故不可能靜止，選項A、B錯誤；a、b的電流方向相反時，在a、b導線附近的磁場方向相同，平行于a、b導線的矩形線框的兩邊受力的方向相反，用對稱性也可以判斷線框的另外兩邊所受的磁場力也大小相等方向相反，故線框處于平衡狀態(tài)，選項C、D正確。【答案】CD小試牛刀2．如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導線，電流方向垂直紙面向外，用一根導線圍成如圖KLMN所示的回路，當回路中沿圖示方向通過電流時(電源未在圖中畫出)，此時回路(

)A.將向左平動B．將向右平動C．將在紙面內(nèi)繞通過O點并垂直紙面的軸轉動D．KL邊將垂直紙面向外運動，MN邊垂直紙面向里運動D小試牛刀【解析】因為通電直導線的磁感線是以O為圓心的一組同心圓，磁感線與KN邊、LM邊平行，所以KN邊、LM邊均不受力。根據(jù)左手定則可得，KL邊受力垂直紙面向外，MN邊受力垂直紙面向里，故D項正確。【答案】D小試牛刀３．(2021·廣東選擇考)截面為正方形的絕緣彈性長管中心有一固定長直導線，長管外表面固定著對稱分布的四根平行長直導線。若中心直導線通入電流I1，四根平行直導線均通入電流I2，I1?I2，電流方向如圖所示。下列截面圖中可能正確表示通電后長管發(fā)生形變的是(

)C小試牛刀【解析】因I1?I2，則可不考慮四個邊上的直導線之間的相互作用；根據(jù)兩通電直導線間的安培力作用滿足“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”，則正方形左右兩側的直導線要受到中心直導線吸引的安培力，形成凹形，正方形上下兩邊的直導線要受到中心直導線排斥的安培力，形成凸形，故發(fā)生形變后的形狀如圖C?！敬鸢浮緾平行通電導線間是相互吸引還是相互排斥？能否用今天所學知識分析他們之間的作用力？回顧結論：

同向電流相互吸引

反向電流相互排斥思考思考題題：如圖所示，兩條平行的通電直導線之間會通過磁場發(fā)生相互作用同向電流相互吸引。反向電流相互排斥。FFFF實驗演示現(xiàn)象對比F=ILB

垂直于磁場B放置、長為L的一段導線，當通過的電流為I時，所受的安培力F為：②當磁感應強度B的方向與導線方向平行時：F＝0①當磁感應強度B的方向與導線方向垂直時：F=ILB思考：如果通電導線與磁場方向既不平行也不垂直時呢？二、安培力的大?。喊汛鸥袘獜姸菳分解為兩個分量：B2對通電導線不產(chǎn)生安培力，僅由B1決定安培力：通電直導線與磁場方向夾角為θ時垂直分量

B1=Bsinθ平行分量B2=BcosθIBθB2B1即F=ILB1，將B1=Bsinθ代入得：F=ILBsinθ（θ為B與I之間的夾角）對安培力大小計算公式的深刻理解：①公式F＝ILB中L指的是“有效長度”．

當B與I垂直時，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝ILB；當B與I平行時，F(xiàn)＝0.②彎曲導線的有效長度L，等于連接兩端點直接的長度(如圖所示)；相應的電流沿L由始端向末端．例題２.如圖所示，質(zhì)量為m、長為l的導體棒MN電阻為R，初始時靜止于光滑平行的水平軌道上，軌道間距也為l，電源電動勢為E，內(nèi)阻不計。勻強磁場的磁感應強度為B，其方向與軌道平面成θ角斜向上，開關閉合后導體棒開始運動，則(

)A．導體棒向左運動B．開關閉合瞬間導體棒MN所受安培力為BEl／RC．開關閉合瞬間導體棒MN所受安培力為BElsinθ／RD．開關閉合瞬間導體棒MN的加速度為BEl／mR典例精析B【解析】開關閉合，由左手定則可知，導體棒受到的安培力斜向右下，導體棒向右運動，A錯誤；當開關閉合瞬間，根據(jù)安培力公式F＝BIl，且I＝E／R，可得F＝BlE／R，B正確，C錯誤；當開關閉合瞬間，安培力的方向與導軌成(90°－θ)角，由牛頓第二定律與安培力的大小可知，加速度a＝BElsinθ／mR，D錯誤?！敬鸢浮緽三、磁電式電流表1、磁電式電流表的構造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。①最基本的是磁鐵和線圈。②鐵芯、線圈和指針是一個整體可以轉動。1、磁電式電流表的構造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。2、電流表的工作原理

①蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻射分布的，不管通電線圈轉到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，當電流通過線圈時線圈上跟線圈軸平行的兩邊都要受到安培力，這兩個力產(chǎn)生的力矩使線圈發(fā)生轉動，線圈轉動使螺旋彈簧被扭動，產(chǎn)生一個阻礙線圈轉動的力矩，其大小隨線圈轉動的角度增大而增大，當這種阻礙力矩和安培力產(chǎn)生的使線圈轉動的力矩相平衡時，線圈停止轉動。②磁場對電流的作用力與電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力產(chǎn)生的力矩也越大，線圈和指針偏轉的角度也越大，因而根據(jù)指針的偏轉角度的大小，可以知道被測電流的強弱。③當線圈中的電流方向發(fā)生變化時，安培力的方向也隨之改變，指針的偏轉方向也發(fā)生變化，所以根據(jù)指針的偏轉方向，可以知道被測電流的方向。2、電流表的工作原理【易錯辨析】(1)安培力的方向與磁感應強度的方向相同。()(2)通電導線在磁場中不一定受安培力。()(3)一通電導線放在磁場某處不受安培力，該處的磁感應強度不一定為零。()(4)通有反方向電流的平行導線相互吸引。()(5)磁電式電流表指針偏轉角度與電流大小成正比。()(6)磁電式電流表內(nèi)是均勻輻射磁場，不是勻強磁場。()×√√×√√小試牛刀1．(多選)某地的地磁場的磁感應強度大約是4.0×10－5T，一根長500m的導線，電流為10A，則該導線受到的磁場力可能是(

)A．0

B．0.1N

C．0.3N

D．0.4N【解析】當B與I垂直時，安培力大小為F＝BIl，知安培力的最大值為F最大＝BIl＝4×10－5×10×500N＝0.2N；當B與I平行時，安培力為0，為最小值，則可知安培力的大小范圍為：0≤F≤0.2N，A、B正確，C、D錯誤?！敬鸢浮緼B２.如圖是磁電式電流表的部分結構，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場輻向均勻分布，線圈中a、b兩條導線長均為l，通以圖示方向的電流I，兩條導線所在處的磁感應強度大小均為B。則(

)A.該磁場是勻強磁場B．線圈平面總與磁場方向垂直C．線圈將沿逆時針方向轉動D．a(chǎn)、b導線受到的安培力大小總為IlB小試牛刀D【解析】該磁場是輻向均勻分布的，不是勻強磁場，A錯誤；線圈平面總與磁場方向平行，B錯誤；根據(jù)左手定則可知，線圈a導線受到向上的安培力，b導線受到向下的安培力，線圈沿順時針方向轉動，C錯誤；a、b導線始終與磁場垂直，受到的安培力大小總為BIl，D正確?！敬鸢浮緿小試牛刀電磁炮是利用電磁發(fā)射技術制成的一種先進動能殺傷武器。自然條件下炮彈速度可達近萬m/s，射程320km，殺傷能量32兆焦。炮彈的發(fā)射是利用電磁系統(tǒng)中電磁場對炮彈導電底座的作用力。炮彈的動力來源：磁場對電流的作用力！為了紀念安培，人們把通電導線在磁場中受的力稱為安培力。安培力的方向安培力的大?。和妼Ь€在磁場中受到的力應用：磁電式電流表判定方法：左手定則特點：總垂直于B和I確定的平面

構造：原理：F=ILBsinθ通電線圈受安培力作用而轉動極靴線圈安培定則與左手定則的區(qū)別安培定則（右手螺旋定則）左手定則應用判斷電流的磁場方向判斷電流在磁場中的受力方向內(nèi)容具體情況直線電流環(huán)形電流或通電螺線管電流在磁場中條件大拇指指向電流的方向四指彎曲的方向指向電流的環(huán)繞方向磁感線穿過手掌心，四指指向電流方向結果四指彎曲的方向表示磁感線的方向大拇指指向軸線上的磁感線方向大拇指指向電流受到的磁場力的方向

一、通電導體運動方向的判斷1.如圖所示，把輕質(zhì)導電線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面，當線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈(

)A．向左運動B．向右運動C．靜止不動 D．無法確定

A2.如圖所示，把一重力不計的通電直導線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導線可以自由轉動，當導線通入圖示方向電流I時，導線的運動情況是(從上往下看)(

)A.順時針方向轉動，同時下降B.順時針方向轉動，同時上升C.逆時針方向轉動，同時下降D.逆時針方向轉動，同時上升C二、安培力作用下通電導體的平衡3.質(zhì)量為m，長度為L