第一章 1 磁场对通电导线的作用力（教师word）--高二物理【步步高】学习笔记（人教版选择性必修第二册）.docx

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1、1磁场对通电导线的作用力学习目标1.通过实验，认识安培力，掌握安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向之间的关系.2.掌握安培力的公式FIlBsin ，并会进行有关计算.3.知道磁电式电流表的基本构造及测量电流大小、确定电流方向的基本原理一、安培力的方向1安培力：通电导线在磁场中受的力2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个平面内；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3安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：FB，FI，即F垂直于B与I所决定的平面二、安培力的大小如图1所示，导线电流为I，长度为l，磁场

2、的磁感应强度为B.(磁场范围足够大)图11如图甲，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力FIlB.2如图乙，通电导线与磁场方向平行，此时安培力F0.3如图丙，通电导线与磁场方向的夹角为，此时安培力FIlBsin .三、磁电式电流表1.构造：图2中磁电式电流表各部件分别为：永磁铁，极靴，软铁，螺旋弹簧，线圈，指针图22原理：安培力与电流的关系通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向3特点：极靴与铁质圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小都相等4优点：灵敏度高，可

3、以测出很弱的电流缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱1判断下列说法的正误(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同()(2)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向()(3)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到的螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的()(4)对于磁电式电流表，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大()(5)对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关()2如图3所示，已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为l，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，并写出安培力的方向图3答案(

4、1)IlB垂直于导体棒斜向左下(2)IlB垂直纸面向外(3)IlB垂直于导体棒斜向右下(4)0一、安培力的方向导学探究按照如图4所示进行实验图4(1)仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)仅改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？(3)仔细分析实验现象，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)受力的方向改变(2)受力的方向改变(3)安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则知识深化1安培力方向的特点安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所决定的平面(1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向

5、、磁场方向和电流方向两两相互垂直应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向应用左手定则判断时，磁感线斜着穿入掌心2判断安培力方向的步骤(1)明确研究对象；(2)用安培定则或根据磁体的磁场特征，画出研究对象所在位置的磁场方向；(3)由左手定则判断安培力方向画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向答案解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I决定的平面，且满足左手定则针对训练1(2020山东济南一中期中)如图5所示，D是置于电磁铁两极间的一段通电直导线，电流方向垂直于纸面向里，

6、在开关S接通后，导线D所受磁场力的方向是()图5A竖直向上B竖直向下C水平向左D水平向右答案A解析在开关S接通后，线圈中电流由左侧流入，由安培定则可知电磁铁右侧为N极，故导线所在处的磁场方向向左，由左手定则可知，导线所受安培力方向竖直向上，选项A正确二、安培力的大小导学探究(1)在如图6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？(2)当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？(3)如图7，当导线和磁场方向的夹角为时，它受到的安培力多大？图6图7答案(1)FBIl(2)0(3)将磁感应强度B沿平行导

7、线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则BBsin ，FBIlIlBsin .知识深化对公式FIlBsin 的理解1公式FIlBsin 中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响2公式FIlBsin 中是B和I方向的夹角(1)当90时，即BI，sin 1，公式变为FIlB.(2)当0时，即BI，F0.3公式FIlBsin 中l指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度l等于连接两端点直线段的长度(如图8虚线所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端图8推论：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，线圈的有效长度l0，故通电后

8、线圈在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零，如图9所示图9长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度均为B，对于下列各图中导线所受安培力的大小计算正确的是()答案A解析题A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故FBILcos ，A正确；题B图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，B错误；题C图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，C错误；题D图中，导线和磁场方向垂直，故FBIL，D错误(2020山西太原五十三中学高二月考)如图10，长为3L的直导线折成边长分别为acL、cd2L的直角导线，置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应

9、强度为B.当在该导线中通以大小为I、方向如图的电流时，该通电导线受到的安培力大小为()图10A3BIL B.BILC.BIL DBIL答案B解析导线在磁场内的有效长度为LL，故该通电导线受到的安培力大小为FBILBIL，选项B正确，A、C、D错误针对训练2(2020江苏扬州期末)如图11所示，直角三角形闭合线框abc处于匀强磁场中，acb30，磁场方向垂直线框平面向里，线框中通入顺时针方向电流时，下列说法正确的是()图11Aab边受到的安培力向右Bac边受到的安培力与ab边受到的安培力大小相等Cab边与bc边受到的安培力的合力大于ac边受到的安培力D整个线框所受的安培力的合力为零答案D解析根据

10、左手定则可知ab边受到的安培力向左，A错误；ac边受到的安培力大小FacBILac，ab边受到的安培力大小FabBILab，因为磁感应强度B和电流I大小相等，且LacLab，故ac边受到的安培力大小大于ab边受到的安培力大小，B错误；根据安培力大小的计算公式可知，线框三边受到的安培力的大小与三边长度成正比，又根据左手定则可知线框三边受到的安培力的方向，易知线框三边受到的安培力构成一个矢量三角形，因此整个线框所受的安培力的合力为零，故ab边与bc边受到的安培力的合力大小等于ac边受到的安培力大小，方向与之相反，C错误，D正确三、磁电式电流表1磁电式电流表的工作原理通电线圈在磁场中受到安培力作用而

11、发生偏转，偏转的方向不同，被测电流的方向不同2磁电式电流表的磁场特点两磁极间装有极靴，极靴中有铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，所受安培力的方向总与线圈平面垂直，使表盘刻度均匀3磁电式电流表的灵敏度(1)电流表的灵敏度：是指在通入相同电流的情况下，指针偏转角度的大小，偏角越大，灵敏度越高(2)提高灵敏度的方法：如果要提高磁电式电流表的灵敏度，就要使在相同电流下线圈所受的安培力增大，可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现(多选)以下关于磁电式电流表的说法正确的是()A线圈平面跟磁感线平行B通电线圈中的电流越大，指针偏转角度

12、也越大C在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场D在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关答案ABD解析磁电式电流表内磁场是均匀辐向分布的磁场，不管线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处磁场的磁感应强度大小相等、方向不同，所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，正确的选项为A、B、D.1(安培力的方向)(2020安徽合肥六校联盟期末)某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系如下列选项图所示，其中正确的是()答案D解析A图中磁场方向和电流方向平行，导线不受安培力作用；根据左手定则可知，B图中安培力的

13、方向应垂直于磁场方向向上；C图中安培力的方向应垂直于导线向下；D图中安培力的方向垂直于导线向右故选项D正确2(安培力的大小)(多选)如图12所示的四幅图中，导体棒的长度均为L，磁场的磁感应强度大小均为B，在各导体棒中通有相同的电流I.则下列选项正确的是()图12A图甲中导体棒所受的安培力大小为BILB图乙中导体棒所受的安培力大小为BILC图丙中导体棒所受的安培力大小为BILD图丁中导体棒所受的安培力大小为BIL答案BD解析题图甲中，因导体棒与磁场平行，所以安培力为零，A错误；题图乙中，导体棒与磁场垂直，则安培力的大小为F1BIL，B正确；题图丙中，导体棒与磁场垂直，则安培力的大小为F2BIL，

14、C错误；题图丁中，导体棒与磁场成60角，则安培力的大小为F3BILsin 60BIL，D正确3(安培力的大小)(2020广西田阳高中高二月考)将一段通电直导线abc从中点b折成120，分别放在如图13所示的匀强磁场中，图甲中导线所在平面与磁场的磁感线平行，图乙中导线所在平面与磁场的磁感线垂直，若两图中两导线所受的安培力大小相等，则甲、乙两图中磁场的磁感应强度大小之比为()图13A. B. C. D.答案B解析设导线的总长为2L，通过导线的电流为I，题图甲中导线受到的安培力大小为B1ILB1cos 60ILB1IL，题图乙中导线受到的安培力的大小为B2I2Lcos 30B2IL，根据题意有B1I

15、LB2IL，则有，B正确4.(安培力的大小)如图14所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向斜向右上方，与水平方向的夹角为45.一个四分之三金属圆环ab置于匀强磁场中，圆环的半径为r，圆心为O，两条半径Oa和Ob相互垂直，Oa沿水平方向，Ob沿竖直方向c点将圆环等分为两部分，当圆环中通以电流I时，则圆环ac受到的安培力大小为()图14ABIr B.BIr C.BIr D.BIr答案D解析根据几何关系，可知通电圆环在磁场中的有效长度为Lr；根据安培力公式可得，圆环ab受到的安培力大小为FBIr，又圆环ac和圆环cb所受安培力大小相等，方向相同，所以圆环ac受到的安培力大小为FBIr，D正确5.(

16、安培力的叠加)(2020泉州市高二期末)如图15所示，材质相同、粗细均匀的正方形导体框ABCD，垂直放置于匀强磁场中，将CD两点接到电源两端，CD段受到的安培力大小为F，则此时导体框受到的安培力的合力大小为()图15A.F B.F C2F D3F答案B解析均匀的电阻丝组成的正方形导体框，电阻丝CBAD阻值是电阻丝CD阻值的3倍，电阻丝CD与电阻丝CBAD并联，所以电阻丝CBAD中电流是电阻丝CD中电流的，电阻丝CBAD在磁场中的有效长度与电阻丝CD的长度相等，则电阻丝CBAD所受安培力是电阻丝CD所受安培力的，即电阻丝CBAD所受安培力的大小为F，电阻丝CD与电阻丝CBAD所受安培力的方向相同

17、，所以导体框受到的安培力的合力大小F合FFF，B正确.考点一安培力的方向左手定则1如图所示，通电导线均置于匀强磁场中，其中导线受到的安培力方向向右的是()答案B解析根据左手定则，选项A中导线受到的安培力方向向左，选项B中导线受到的安培力方向向右，选项C中导线与磁场方向平行，不受安培力，选项D中导线受到的安培力方向垂直纸面向里，故A、C、D错误，B正确2.电磁弹射是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动，电磁炮就是利用电磁弹射工作的电磁炮的原理如图1所示，则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是()图1A竖直向上 B竖直向下C水平向左 D水平向右答案C解析由左手定则可知，炮弹导体滑块受到的安培力的方

18、向水平向左，故选C.3.(2020山东青岛二中高二期中)如图2，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里闭合开关S，A受到的通电螺线管产生的磁场的作用力的方向是()图2A竖直向上 B竖直向下C水平向右 D水平向左答案A解析首先根据安培定则判断出通电螺线管右端为N极，左端为S极，所以在A处产生的磁场方向水平向左根据左手定则判断可知A受到的通电螺线管产生的磁场的作用力的方向竖直向上，选项A正确，B、C、D错误考点二安培力的大小4.如图3所示，某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B.一正方形刚性线圈，边长

19、为L，匝数为n，线圈平面与磁场方向垂直，线圈一半在磁场内某时刻，线圈中通过大小为I的电流，则此线圈所受安培力的大小为()图3A.BIL B.nBIL CnBIL D.nBIL答案D5.如图4所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三根导体棒中有等大的电流通过，则三根导体棒受到的安培力大小关系为()图4AFaFbFc BFaFbFcCFbFaFc DFaFbFc答案D解析设a、b两棒的长度分别为La和Lb，c的直径为d.由于导体棒都与匀强磁场垂直，则a、b、c三棒所受安培力的大小分别

20、为：FaBILa；FbBILbBId；c棒所受安培力与长度为d的直导体棒所受安培力的大小相等，则FcBId；因为Lad，则FaFbFc，D正确6.(多选)如图5所示，纸面内的金属圆环中通有电流I，圆环圆心为O、半径为R，P、Q为圆环上两点，且OP垂直于OQ，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直于纸面向里，则()图5A整个圆环受到的安培力大小为2BIRB整个圆环受到的安培力大小为0C大圆弧PQ受到的安培力大小为BIRD大圆弧PQ受到的安培力大小为BIR答案BD解析根据左手定则可知，整个圆环关于圆心对称的两部分受到的安培力等大反向，则整个圆环受到的合力为0，选项A错，B对；大圆弧PQ受到的安培力大小等

21、于直线段PQ受到的安培力大小，为BIR，选项C错，D对考点三磁电式电流表7(多选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场，下列说法正确的是()A该磁场的磁感应强度的大小处处相等，方向相同B该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不等C使线圈平面始终与磁感线平行D该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度的大小都相等答案CD解析磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间有均匀辐向分布的磁场，使线圈平面始终与磁感线平行，故C正确；该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度的大小处处相等，但方向不同，故A、B错误，D正确8.(2020孝感市高二期中)如图6所示，A为一水平旋转的橡胶圆盘，带有大量均匀分布的正电荷，

22、在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向已在图中标出当圆盘绕中心轴OO按图示方向高速转动时，通电直导线所受安培力的方向是()图6A竖直向上 B竖直向下C水平向外 D水平向里答案C解析带正电圆盘如题图转动时，从上向下看，形成顺时针方向的电流，根据右手螺旋定则可知，在圆盘上方形成的磁场方向竖直向下，根据左手定则，通电直导线所受安培力的方向水平向外，故选C.9.(2020广东茂名期末)如图7所示，“L”形导线abc固定并垂直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，abbc，ab长为2L，bc长为L，导线通入恒定电流I，设导线受到的安培力大小为F，方向与bc间的夹角为，则()图7AF3BIL，tan BF

23、BIL，tan C. F7BIL，tan DFBIL，tan 2答案B解析连接ac，根据几何关系得acL，则FBIL，F与bc间的夹角满足tan ，选项B正确10.如图8所示，位于纸面内的细直导线长L5 m，通有I3 A的恒定电流，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B2 T当导线与B成60夹角时，发现其受到的磁场力为零，则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B的可能值为()图8A. T B. T C2 T D. T答案C解析通电导线所受磁场力为零，则电流方向与磁场方向平行，说明该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B与B的合磁场的磁感应强度方向沿导线方向，由平行四边形定则可知，当B

24、与合磁场(通电导线)垂直时，B最小，最小值为Bsin 60 T，则B T，所以B的可能值为2 T，故C正确，A、B、D错误11.如图9所示，水平放置的两导轨P、Q间的距离l0.5 m，垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B2 T，垂直于导轨放置的ab棒的质量m1 kg，系在ab棒中点且与导轨平行的水平绳跨过定滑轮与重力G3 N的物块相连已知ab棒与导轨间的动摩擦因数0.2，电源的电动势E10 V、内阻r0.1 ，导轨的电阻及ab棒的电阻均不计要想ab棒处于静止状态，R应在哪个范围内取值？(g取10 m/s2)图9答案1.9 R9.9 解析依据物体的平衡条件可得ab棒恰不右滑时GmgB

25、I1l0ab棒恰不左滑时GmgBI2l0根据闭合电路欧姆定律可得EI1(R1r)EI2(R2r)由以上各式代入数据可解得R19.9 ，R21.9 所以R的取值范围为1.9 R9.9 .12.如图10所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡然后使电流反向，大小不变这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡重力加速度g取10 m/s2.图10(1)导出用n、m、l、I、g计算B的表达式(2)当n9，l10.0 cm，I0.10 A

26、，m8.78 g时，磁感应强度是多少？答案见解析解析(1)设电流方向未改变时，等臂天平的左盘内砝码的质量为m1，右盘内砝码和线圈的质量为m2，则由等臂天平的平衡条件，有m1gm2gnBIl，电流方向改变后，同理可得(mm1)gm2gnBIl两式相减，得B.(2)将n9，l10.0 cm，I0.10 A，m8.78 g代入B，得B0.49 T.13.(2019全国卷)如图11，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为()图11A2F B1.5F C0.5F D0答案B解析设三角形边长为l，通过导体棒MN的电流大小为I，则根据并联电路的规律可知通过导体棒ML和LN的电流大小为，如图所示，依题意有FBlI，则导体棒ML和LN所受安培力的合力为F1BlIF，方向与F的方向相同，所以线框LMN受到的安培力大小为FF11.5F，选项B正确学科网（北京）股份有限公司