【创新设计】2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-1第6章6-1探究磁场对电流的作用

第1节 探究磁场对电流的作用

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1.知道安培力的定义，会用F=BIl计算B与I垂直情况下

的安培力.2.掌握左手定则，会用左手定则判断安培力的方向. 3.知道电流表的基本构造和基本原理. 4.通过观察实验现象，体会控制变量法在科学研究中的 作用.

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一、安培力和影响安培力的因素 1.安培力：磁场对 电流 的作用力. 2.影响安培力的因素 (1)实验探究采用的方法： 控制变量 法. (2)当通电导线与磁感线垂直时，实验结论是： ①当其他因素不变，磁感应强度增大时，安培力 增大 ； ②当其他因素不变，电流增大时，安培力

增大

; ;

③当其他因素不变，导体长度增大时，安培力

增大

④安培力的方向由 磁场的方向 和 电流的方向 共同决定.自主学习 名师解疑 分类例析 课堂对点演练 活页规范训练 专题突破

二、安培力的大小和方向 1.大小：F= BIl . 2.适用条件 (1)通电导线与磁场方向 垂直 . (2) 匀强磁场 或非匀强磁场中很短的导体. 3.方向判断： 左手定则 .

图6-1-1

如图6-1-1所示，伸开左手，让拇指与其余四指 垂直 ， 并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过 手心 ，四指指向

电流 方向，那么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的

受力方向自主学习

.名师解疑 分类例析 课堂对点演练 活页规范训练 专题突破

三、电流计 1.电流计的构造 磁铁、线圈、游丝、指针、铁芯、铝框. 2.电流计的原理 当被测电流流入线圈时，线圈受 安培力 作用而转动，线圈 的转动使游丝扭转形变，产生阻碍线圈转动的力矩.当安培力产 生的转动与游丝形变产生的阻碍达到 某一刻度. 线圈偏转的 角度 越大，被测电流就越大，所以根据线圈偏 转角度的大小，可以确定被测电流的 大小 ；根据线圈偏转的活页规范训练 专题突破

平衡

时，指针便停留在

方向 ，可以知道被测电流的方向.自主学习 名师解疑 分类例析 课堂对点演练

一、安培力的方向判定

1.判断安培力方向的方法：左手定则2.判定安培力的方向应注意的问题 (1)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.所以判断时要首先确定磁场与电流所确定的平面，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.

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(2)当电流

方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直

电流与磁场所决定的平面，所以仍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，而是斜穿过手心. (3)安培力的大小与静电力大小的不同 ①电荷在电场中某一点受到的静电力是一定的，方向与该 点的电场方向要么相同，要么相反.电流在磁场中某处受到的

磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零； ②电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等 于BIL.一般情况下的安培力大于零，小于BIL,安培力的方向均 与磁场方向垂直.自主学习 名师解疑 分类例析 课堂对点演练 活页规范训练 专题突破

特别提醒 (1)F⊥I,F⊥B,但B与I不一定垂直. (2)若已知B、I方向，F方向唯一确定，若已知B(或I)、F方 向，I(或B)方向不唯一.

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二、安培力的大小计算

1.公式F=BIL中L指的是导线在磁场中且垂直于磁场方向的“有效长度”.即导线在磁场中在垂直于磁场方向投影的 长度. 2.弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度 (如图6-1-2);相应的电流沿L由始端流向末端.

图6-1-2

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3.电荷在电场中所受电场力与电流在磁场中所受安培力

比较：电荷在电场中一定会受到电场力的作用，但是电流在磁场中不一定受安培力的作用，安培力的大小与电流和磁场的大 小以及电流方向与磁场方向间的关系有关，当两者平行时，不 受安培力作用.特别提醒 (1)公式 F=BILsin

θ中θ是B和I方向的夹角，

不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析. (2)公式F=BILsin θ中的Lsin θ也可以理解为L在垂直于 磁场方向的“有效长度”. (3)用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中.自主学习 名师解疑 分类例析 课堂对点演练 活页规范训练 专题突破

三、磁电式电流表工作原理

甲 图6-1-3

乙

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常用电流表的构造如图6-1-3甲所示.在很强的蹄形磁

铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯的外面套着一个可以绕轴转动的铝框，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指 针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经 过这两个弹簧通过线圈的电流.蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均 匀分布的，如图6-1-3乙所示，不管通电线圈转到什么角度， 它的平面都跟磁感线平行.若通电线圈的

匝数为N,则线圈所受 的磁场力矩为M1=NBIS,由于NBS为定值，所以M1与电流I成

正比.

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设k1=NBS,则M1=k1I.另一方面，当线圈转动时，弹簧会 产生一个反方向的力矩M2,当M1和M2平衡时，线圈就停在某一 偏角θ上，固定的指针也相应地转过同样的偏角θ,指到刻度盘上 的某一刻度，而弹簧产生的力矩与偏转的角度θ成正比，即M2= k1 k2θ,所以当M1和M2平衡时，θ=kI,其中k= ,为一常量.所 k2 以测量时，指针偏转的角度与电流的大小成正比，可以用指针的 偏转角度来指示电流的大小，这种电流计的刻度是均匀的，这种 利用永久磁铁来使通电线圈偏转的仪表叫做磁电式电表.

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四、判断安培力作用下导线的运动

1.电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断 出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合 力的方向，最后确定运动方向. 2.特殊位置法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受 安培力方向，从而确定运动方向.

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3.等效法

环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁.条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管.通电螺线管也可以等效成 很多匝的环形电流来分析. 4.利用结论法 (1)两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反 向电流相互排斥； (2)两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势.

利用这些结论分析，可事半功倍.

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【典例1】 如图6-1-4所示，一金属直杆MN两端接有导 线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使 MN垂直于纸面向外运动，可以( ).

图6-1-4自主学习 名师解疑 分类例析 课堂对点演练 活页规范训练 专题突破