物理 第二章 磁場(chǎng) 第三節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用 新人教版選修1-1

理解教材新知第二章磁場(chǎng)隨堂基礎(chǔ)鞏固課時(shí)跟蹤訓(xùn)練知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二把握熱點(diǎn)考向考向一考向二應(yīng)用創(chuàng)新演練第三 節(jié)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用知識(shí)點(diǎn)三考向三1.通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的力通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的力 稱為安培力，其大小跟磁感稱為安培力，其大小跟磁感 應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)線長(zhǎng)度、導(dǎo)線長(zhǎng)度L、電流、電流I成正比，公式成正比，公式FBIL。其方。其方向用左手定則判斷。向用左手定則判斷。2磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B反映磁場(chǎng)的強(qiáng)反映磁場(chǎng)的強(qiáng) 弱，是矢量，其大小弱，是矢量，其大小BF/IL，方向是該點(diǎn)小磁針，方向是該點(diǎn)小磁針N極受力方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度的極受力方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉，簡(jiǎn)稱特，符單位是特斯拉，簡(jiǎn)稱特，符號(hào)號(hào)T。3左手定則：伸開左手，使拇指左手定則：伸開左手，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 掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線 穿入手心，并使四指指向電流穿入手心，并使四指指向電流 的方向，拇指所指的方向就是的方向，拇指所指的方向就是 通電導(dǎo)線所受安培力的方向。通電導(dǎo)線所受安培力的方向。 自學(xué)教材自學(xué)教材 1定義定義 在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力。在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力。通電導(dǎo)體通電導(dǎo)體 2大小大小 當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向 時(shí)，它所受的安培力最時(shí)，它所受的安培力最大，此時(shí)大，此時(shí)F ；當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向一致時(shí)，導(dǎo)線；當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向一致時(shí)，導(dǎo)線不受安培力。當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，所受安培力不受安培力。當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，所受安培力介于最大值和介于最大值和0之間。之間。垂直垂直BIL圖圖231 3安培力的方向安培力的方向 安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，又跟電流方向垂直，三個(gè)方向之間垂直，又跟電流方向垂直，三個(gè)方向之間的關(guān)系可用左手定則判定：伸開左手，使的關(guān)系可用左手定則判定：伸開左手，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，又跟電流方向垂直，三個(gè)方向之間的關(guān)系可用左手定垂直，又跟電流方向垂直，三個(gè)方向之間的關(guān)系可用左手定則判定：伸開左手，使拇指跟其余四指則判定：伸開左手，使拇指跟其余四指 ，并且都跟手掌，并且都跟手掌在在 ，讓磁感線穿入手心，并使四指指向，讓磁感線穿入手心，并使四指指向 的的方向，那么，方向，那么， 所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向，如圖向，如圖2-3-1所示。所示。垂直垂直同一個(gè)平面同一個(gè)平面內(nèi)內(nèi)電流電流拇指拇指垂直垂直 重點(diǎn)詮釋重點(diǎn)詮釋 1安培力大小分析安培力大小分析 通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的安培力的大小與電流大小通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的安培力的大小與電流大小I、導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度L、磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及電流方向以及電流方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)系。與磁場(chǎng)方向有關(guān)系。 (1)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，安培力當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，安培力F0； (2)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力FBIL； (3)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向成某一夾角當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向成某一夾角時(shí)，安培力大時(shí)，安培力大小小F滿足：滿足：0FBIL。 2安培力的方向特點(diǎn)安培力的方向特點(diǎn) (1)由左手定則可判定由左手定則可判定FI、FB，但，但B與與I不一定相不一定相互垂直，即安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向互垂直，即安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面。在判斷時(shí)，首先確定磁場(chǎng)與電流所決定的所決定的平面。在判斷時(shí)，首先確定磁場(chǎng)與電流所決定的平面，從而判斷出安培力的方向。平面，從而判斷出安培力的方向。 (2)若已知若已知B、I方向，安培力的方向唯一確定；但若已方向，安培力的方向唯一確定；但若已知知B(或或I)與安培力的方向，與安培力的方向，I(或或B)的方向不唯一。的方向不唯一。1關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力(安培力安培力)，下列說法正，下列說法正確的是確的是 ()A通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用B通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟磁場(chǎng)通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟磁場(chǎng) 的方向垂直的方向垂直C通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟電流的通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟電流的 方向垂直方向垂直D通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向垂直于由通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向垂直于由B和和I 所確定的平面所確定的平面解析：解析：當(dāng)一段通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中平行于磁感線方向放置當(dāng)一段通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中平行于磁感線方向放置時(shí)，不受安培力的作用，時(shí)，不受安培力的作用，A選項(xiàng)錯(cuò)誤。據(jù)左手定則，通電選項(xiàng)錯(cuò)誤。據(jù)左手定則，通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向既垂直于磁場(chǎng)方向，又直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向既垂直于磁場(chǎng)方向，又垂直于電流的方向，即安培力方向總是垂直于磁場(chǎng)和電流垂直于電流的方向，即安培力方向總是垂直于磁場(chǎng)和電流所確定的平面，所確定的平面，B、C、D選項(xiàng)正確。選項(xiàng)正確。答案：答案：BCD 自學(xué)教材自學(xué)教材 1定義定義 一段通電直導(dǎo)線一段通電直導(dǎo)線 放在磁場(chǎng)里，所受的放在磁場(chǎng)里，所受的 與導(dǎo)線中的電流和導(dǎo)線的長(zhǎng)度的與導(dǎo)線中的電流和導(dǎo)線的長(zhǎng)度的 的比值，叫的比值，叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)強(qiáng)度。垂直垂直安培力安培力乘積乘積特斯拉特斯拉T 4矢量性矢量性 磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅有大小，還有方向，是矢量。小磁針磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅有大小，還有方向，是矢量。小磁針的的 極在磁場(chǎng)中某點(diǎn)受力的方向，就是這點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的極在磁場(chǎng)中某點(diǎn)受力的方向，就是這點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。方向。N 重點(diǎn)詮釋重點(diǎn)詮釋 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)本身特性的物理量，是由磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)本身特性的物理量，是由磁場(chǎng)本身決定的，與磁場(chǎng)中是否引入電流無關(guān)，與引入的磁場(chǎng)本身決定的，與磁場(chǎng)中是否引入電流無關(guān)，與引入的電流是否受力無關(guān)。電流是否受力無關(guān)。 (3)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，的大小反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，B越大，表越大，表示該點(diǎn)磁場(chǎng)越強(qiáng)，示該點(diǎn)磁場(chǎng)越強(qiáng)，B的方向即該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，與安培力的方向即該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，與安培力F的方向垂直。的方向垂直。 (4)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，其方向即是磁場(chǎng)的方向，即小磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，其方向即是磁場(chǎng)的方向，即小磁針靜止時(shí)磁針靜止時(shí)N極的指向，也是小磁針極的指向，也是小磁針N極受磁場(chǎng)力的方向。極受磁場(chǎng)力的方向。 2勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一段長(zhǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一段長(zhǎng)為0.2 m的直導(dǎo)線，它與磁場(chǎng)方向的直導(dǎo)線，它與磁場(chǎng)方向垂直，當(dāng)通過垂直，當(dāng)通過3 A的電流時(shí)，受到的電流時(shí)，受到6.0102 N的磁場(chǎng)力，的磁場(chǎng)力，則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是_ T；當(dāng)導(dǎo)線長(zhǎng)度縮短；當(dāng)導(dǎo)線長(zhǎng)度縮短一半時(shí)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是一半時(shí)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是_ T；當(dāng)通入的；當(dāng)通入的電流加倍時(shí)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是電流加倍時(shí)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是_ T。答案：答案：0.10.10.1 自學(xué)教材自學(xué)教材 1.原理原理 通電線圈在磁場(chǎng)中受到通電線圈在磁場(chǎng)中受到 作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。安培力安培力 2主要構(gòu)造主要構(gòu)造 各種電動(dòng)機(jī)都有各種電動(dòng)機(jī)都有 和和 。其中。其中 是電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)中固定不動(dòng)的部分，可以是線圈，也可以是中固定不動(dòng)的部分，可以是線圈，也可以是 。 是電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分。直流電動(dòng)機(jī)中還有是電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)的部分。直流電動(dòng)機(jī)中還有 和和整流子，可以將電流持續(xù)地提供給線圈。整流子，可以將電流持續(xù)地提供給線圈。 定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子磁體磁體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子電刷電刷3如圖如圖232所示的四幅圖中，能說明電動(dòng)機(jī)工作原理所示的四幅圖中，能說明電動(dòng)機(jī)工作原理的是的是 ()圖圖232解析：解析：電動(dòng)機(jī)是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用的具電動(dòng)機(jī)是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用的具體應(yīng)用，所以只有體應(yīng)用，所以只有C項(xiàng)符合。項(xiàng)符合。答案：答案：C 例例1如圖如圖233所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放有下列各所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流為種形狀的通電導(dǎo)線，電流為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，求各導(dǎo)線，求各導(dǎo)線所受到的安培力所受到的安培力F的大小。的大小。圖圖233 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥因各圖中的因各圖中的IB，故可用公式，故可用公式FBIL計(jì)計(jì)算安培力的大小，但應(yīng)注意公式中算安培力的大小，但應(yīng)注意公式中“L”的選取。的選取。同理，同理，C圖中，導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為線段圖中，導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為線段ab，F(xiàn)2BIR。由對(duì)安培力的理解知由對(duì)安培力的理解知D圖中圖中F0。答案答案見解析見解析 由由D圖可知，圖可知， 任何通電閉合線圈在磁場(chǎng)中，所受的任何通電閉合線圈在磁場(chǎng)中，所受的安培力都等于零。安培力都等于零。1一根長(zhǎng)一根長(zhǎng)0.1 m、通有電流、通有電流1.8 A的導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度的導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為為0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的磁場(chǎng)力大小可能為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的磁場(chǎng)力大小可能為()A0.01 NB0.04 NC0.1 N D0.2 N解析：解析：當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)放置時(shí)，受的磁場(chǎng)力最大當(dāng)導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)放置時(shí)，受的磁場(chǎng)力最大FmBIL0.036 N。所以只有。所以只有A正確。正確。答案：答案：A 例例2圖圖234表示的是磁場(chǎng)對(duì)直線電流的作用，表示的是磁場(chǎng)對(duì)直線電流的作用，其中正確的是其中正確的是 ()圖圖234 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥解此題要依據(jù)左手定則，注意四指指向解此題要依據(jù)左手定則，注意四指指向電流方向，磁感線穿過手心。電流方向，磁感線穿過手心。 解析解析根據(jù)左手定則，可以判斷根據(jù)左手定則，可以判斷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項(xiàng)錯(cuò)誤，項(xiàng)錯(cuò)誤，A、D正確。正確。 答案答案AD 電流和磁場(chǎng)可以不垂直，但安培力必然和電流方向垂電流和磁場(chǎng)可以不垂直，但安培力必然和電流方向垂直，也和磁場(chǎng)方向垂直，用左手定則時(shí)，磁感線不一定垂直，也和磁場(chǎng)方向垂直，用左手定則時(shí)，磁感線不一定垂直穿過手心，只要不從手背穿過就行。直穿過手心，只要不從手背穿過就行。2如圖如圖235所示，其中所示，其中A、B圖已知電流和其所受磁圖已知電流和其所受磁場(chǎng)力的方向，試在圖中標(biāo)出磁場(chǎng)方向。場(chǎng)力的方向，試在圖中標(biāo)出磁場(chǎng)方向。C、D圖已知磁圖已知磁場(chǎng)和它對(duì)電流作用力的方向，試在圖中標(biāo)出電流方向。場(chǎng)和它對(duì)電流作用力的方向，試在圖中標(biāo)出電流方向。圖圖235解析：解析：已知電流已知電流I、磁場(chǎng)、磁場(chǎng)B、安培力、安培力F三個(gè)中的兩個(gè)方向，三個(gè)中的兩個(gè)方向，確定第三個(gè)的方向，我們只要利用左手定則即可。確定第三個(gè)的方向，我們只要利用左手定則即可。答案：答案：A圖磁場(chǎng)方向垂直紙面向外；圖磁場(chǎng)方向垂直紙面向外；B圖磁場(chǎng)方向在紙面內(nèi)圖磁場(chǎng)方向在紙面內(nèi)垂直垂直F斜向下；斜向下；C、D圖電流方向均垂直于紙面向里。圖電流方向均垂直于紙面向里。解析解析根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，通電導(dǎo)線應(yīng)為根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，通電導(dǎo)線應(yīng)為“在磁場(chǎng)中在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線”，只有在這個(gè)方向上導(dǎo)線所受，只有在這個(gè)方向上導(dǎo)線所受的安培力才最大，故的安培力才最大，故A錯(cuò)誤；當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，錯(cuò)誤；當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受安培力作用，故不受安培力作用，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；在磁場(chǎng)源穩(wěn)定的情況下，選項(xiàng)錯(cuò)誤；在磁場(chǎng)源穩(wěn)定的情況下，磁場(chǎng)內(nèi)每一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是唯一確定的，與放入該處的磁場(chǎng)內(nèi)每一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是唯一確定的，與放入該處的檢驗(yàn)電流無關(guān)，檢驗(yàn)電流無關(guān)，C正確；由左手定則可確定，安培力的方向正確；由左手定則可確定，安培力的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，故與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，故D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案答案C3關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中，正確的為關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中，正確的為 ()A磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量B磁場(chǎng)中某處小磁針磁場(chǎng)中某處小磁針N極受磁場(chǎng)力的方向就是該處磁極受磁場(chǎng)力的方向就是該處磁 感應(yīng)強(qiáng)度的方向感應(yīng)強(qiáng)度的方向C若有一小段長(zhǎng)為若有一小段長(zhǎng)為L(zhǎng)，通電電流為，通電電流為I的導(dǎo)體，在磁感應(yīng)強(qiáng)的導(dǎo)體，在磁感應(yīng)強(qiáng) 度為度為B的磁場(chǎng)中某點(diǎn)受到的磁場(chǎng)力為的磁場(chǎng)中某點(diǎn)受到的磁場(chǎng)力為F，則一定有，則一定有F BILD磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是由通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度、電流、受的大小是由通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度、電流、受 力力 決定的，與磁場(chǎng)無關(guān)決定的，與磁場(chǎng)無關(guān)解析：解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度用來描述磁場(chǎng)，可以表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和磁感應(yīng)強(qiáng)度用來描述磁場(chǎng)，可以表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，其大小由磁場(chǎng)本身決定與是否存在通電導(dǎo)線無關(guān)，方向，其大小由磁場(chǎng)本身決定與是否存在通電導(dǎo)線無關(guān)，A對(duì)對(duì)D錯(cuò)；磁場(chǎng)方向也就是小磁針錯(cuò)；磁場(chǎng)方向也就是小磁針N極受力的方向，極受力的方向，B正確；正確；通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力與放入角度有關(guān)，垂直時(shí)最大為通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力與放入角度有關(guān)，垂直時(shí)最大為FBIL，所以，所以C錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案：答案：AB