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1、2磁感应强度磁场对通电导线的作用学科素养与目标要求物理观念：1.知道什么是安培力，知道匀强磁场中影响通电导线所受安培力大小和方向的因素.2.理解磁感应强度B的定义式和物理意义.知道磁感应强度的单位，知道用磁感线的疏密程度可以形象地描述磁感应强度的大小.3.会用公式FBIL进行安培力的简单计算.科学思维：通过磁感应强度的定义，掌握用比值定义物理量的方法.科学态度与责任：1.了解电动机的工作原理，知道电动机在生产、生活中的应用.2.培养将物理学原理应用于实际生活的能力.一、安培力1.定义：通电导线在磁场中受的力称为安培力.2.把一段通电直导线放在磁场中，当导线方向与磁场方向垂直时，它所受的安培力最
2、大；当导线方向与磁场方向一致时，导线不受安培力；当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和零之间.3.公式：FBIL(导体垂直磁场放置).二、磁感应强度1.定义：一段通电直导线垂直放在磁场中所受的安培力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫磁感应强度.2.定义式：B.3.单位：特斯拉，简称特，符号为T.4.B反映了磁场的强弱.5.磁感应强度是矢量，小磁针的N极在磁场中某点受力的方向，就是这点磁感应强度的方向.三、安培力的方向1.安培力的方向跟磁场方向和电流方向有关.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，让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方
3、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.四、电动机我们使用的电动机就是利用安培力来工作的.各种电动机都有定子和转子.1.判断下列说法的正误.(1)通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用.()(2)通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直.()(3)通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零.()(4)B只是定义式，磁感应强度是磁场本身的属性，与放不放通电导线无关.()2.把长0.10m的直导线全部放入匀强磁场中，保持导线和磁场方向垂直.已知磁场的磁感应强度的大小为5.0103T，当导线中通过的电流为3.0A时，该直导线受到的安培力的大小是_N.
4、答案1.5103一、磁感应强度在利用如图装置进行“探究影响安培力大小的因素”实验时，我们更换磁性强弱不同的磁体，按实验步骤完成以下实验探究：保持I与L不变，按磁性从弱到强改换磁体，观察悬线摆动的角度变化，发现磁体磁性越强，悬线摆动的角度越大，表示通电导线受的安培力越大，力F与IL的比值越大，即B变大，这表示B能反映磁场的强弱.1.物理意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量.2.大小：当导线方向与磁场方向垂直时B.3.方向：磁感应强度的方向就是小磁针北极在磁场中某点受力的方向，也就是该处的磁场方向.4.描述：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向.5.匀
5、强磁场如果磁场中各处的磁感应强度大小和方向都相同，则该磁场为匀强磁场.例1关于磁感应强度，下列说法中正确的是()A.由B可知，B与F成正比、与IL成反比B.通电导线放在磁场中的某点，那点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，那点的磁感应强度就为零C.通电导线所受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关答案D解析磁感应强度B只是定义式，而不是决定式，磁感应强度B是由磁场本身决定的，与有无导体放入其中无关，故A、B错误，D正确；当导线平行于磁场方向放置时，通电导体所受到的安培力为零，而此
6、处的B0，故C错误.1.磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁场本身决定的，与磁场中是否引入电流无关，与引入的电流是否受力无关.2.在定义式B中，通电导线必须垂直于磁场方向放置.因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关，导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同.3.B的大小与F、I、L无关通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，还可能是电流方向与B的方向在一条直线上造成的.4.磁感应强度B的大小反映了磁场的强弱，B越大，表示该点磁场越强，B的方向即该点磁场的方向，与安培力F的方向垂直.针对训练1下列关于磁感应强度的说法正确的是()A.通
7、电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大C.放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关答案D解析因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电导线的受力及方向都无关，所以A选项错，D选项对；因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线的放置方向有关，故B选项错；虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大，与磁场平行时受磁场力为零)，C选项错.二、安培力的大小1.当BI时，F
8、BIL2.当BI时，F03.L指的是“有效长度”.弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图1所示)；相应的电流沿L由始端流向末端.图1例2如图2所示，一段长为1m、质量为2kg的通电导体棒用两等长的悬线悬挂于天花板上.现加一垂直纸面向里的匀强磁场，当导体棒中通入I2A的电流时悬线的张力恰好为零.g10m/s2，求：图2(1)所加匀强磁场的磁感应强度B的大小；(2)如果电流方向不变，通入电流大小变为1A时，磁感应强度的大小为多少？此时一根悬线拉力大小又为多少？答案(1)10T(2)10T5N解析(1)导体棒受力如图甲所示.由平衡条件得F安mg又因F安BIL所以BT10T.(2)因为磁
9、感应强度是由磁场本身的性质决定的，所以电流变为1 A后，磁感应强度仍为10 T.设一根悬线的拉力为F，导体棒受力如图乙所示，由平衡条件得F5 N.针对训练2一根长0.1m、通有电流1.8A的导线，放在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，受到的磁场力大小可能为()A.0.01NB.0.04NC.0.1ND.0.2N答案A解析当导线垂直于磁场放置时，受的磁场力最大FmBIL0.036N，导线所受磁场力一定小于或等于0.036N，所以只有A正确.三、安培力的方向1.可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指
10、的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.2.安培力的方向与磁场方向有关，与电流方向也有关.安培力的方向既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，即垂直于磁场和电流所决定的平面.例3(多选)如图表示的是磁场对通电直导线的作用，其中正确的是()答案AD解析根据左手定则，可以判断B中安培力方向向左，C中安培力方向向下，A、D正确.例4(多选)如图3所示，甲图中两导线a、b电流方向相同，乙图中c、d电流方向相反，则()图3A.a、b两导线间的安培力使两导线相互吸引B.a、b两导线间的安培力使两导线相互排斥C.c、d两导线间的安培力使两导线相互排斥D.c、d两导线间的安培力使两导线相互吸引答案AC解析先分析
11、b所受安培力方向，b所在处a导线电流产生的磁场方向如图所示，由左手定则可判断b受到的安培力方向向左，同理可判断a受到的安培力方向向右，A项正确，B项错误；同理可判断C项正确，D项错误.电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁感线不一定垂直穿过手心.1.(磁感应强度)有关磁感应强度的下列说法中，正确的是()A.磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量B.若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C.若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是D.由定义式B可知，电流I越大，导线L
12、越长，某点的磁感应强度就越小答案A解析磁感应强度是用来描述磁场强弱的物理量，因此选项A正确；磁感应强度是与电流I和导体长度L无关的物理量，且B中的B、F、L相互垂直，所以选项B、C、D错误.2.(安培力的大小)下列关于通电直导线在匀强磁场中所受安培力的说法，正确的有()A.安培力的大小只跟磁场的强弱和电流大小有关B.若导线受到的安培力为零，导线所在处的磁感应强度必为零C.若安培力的方向与磁场方向垂直，磁场方向必与电流方向垂直D.若某段导线在磁场中取某一方向时受到的安培力最大，此时导线必与磁场方向垂直答案D3.(安培力的方向)某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系图如图所示，其中
13、正确的是()答案D解析由于F、B、I三者的方向关系满足左手定则，由左手定则知，D正确，A、B错误；C图中，B与I平行，导线不受安培力，C错误.4.(安培力的计算)在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5105T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40m，通有20A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是()A.4108NB.2.5105NC.9104ND.4102N答案D解析磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式FBIL来计算此安培力的大小，其大小为FBIL51052040N4102N.一、选择题考点一磁感应强度1.关于磁感应强
14、度，下列说法中正确的是()A.若长为L、电流为I的导体在某处受到的磁场力为F，则该处的磁感应强度必为B.由B知，B与F成正比，与IL成反比C.由B知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场D.某点磁感应强度的方向就是小磁针北极在此点所受磁场力的方向答案D2.(多选)下列说法中正确的是()A.电荷在电场中某处不受电场力的作用，则该处的电场强度一定为零B.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度一定为零C.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱D.把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受到的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积
15、的比值表示该处磁场的强弱答案AC解析在定义电场强度和磁感应强度时，都是在场中放一个小物体，能使场对它有力的作用.在电场中放入的是试探电荷，电场强度E用E来定义，但E与F、q无关，由E可得FqE，故E0时，F0，A、C正确；而在磁场中放入的一小段通电导线在磁场中的受力大小与导线的方向有关，平行于磁场方向放置时，磁场力F0，垂直于磁场方向放置时，磁场力F最大.在定义式B中，通电导线必须垂直磁场方向放置，B、D错误.3.(多选)下列关于磁感应强度方向的说法中正确的是()A.磁场中某点的磁感应强度的方向规定为小磁针静止时N极所指的方向B.磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针S极在此处的受力方向一致C.
16、磁场中某点的磁感应强度的方向由一小段通电导线在此处的受力方向决定D.磁感应强度的方向由磁场本身决定，与是否在磁场中放入通电导线无关答案AD解析小磁针在磁场中静止时，N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，A正确，B错误；磁场中某点的磁感应强度由磁场本身决定，与此处是否有通电导线无关，C错误，D正确.考点二安培力与左手定则4.在匀强磁场中放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直.下面四幅图象描绘了导线所受安培力大小F与通过导线电流I的关系.其中正确的是()答案C解析由FBIL可知，当导线的方向与磁场方向垂直时，安培力大小F与I成正比，选项C正确.5.如图所示，磁场B方向、通电直导线中电流I的
17、方向以及通电直导线所受磁场力F的方向已标出，其中正确的是()答案C解析根据左手定则可以判断A项中安培力方向应垂直导线向上；B项中不受安培力的作用；D项中安培力方向垂直纸面向外，故A、B、D错误，C正确.6.如图1所示，两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将()图1A.相互吸引B.相互排斥C.保持静止D.边吸引边转动答案A解析把环形电流等效成小磁针，则左侧小磁针S极对着右侧小磁针N极，相互吸引，A正确.7.(多选)如图2所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b的恒定电流I，这时两根细线被拉紧.现要想使两
18、根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法()图2A.适当增大电流IB.将电流反向并适当改变大小C.适当增大磁场D.将磁场反向并适当改变大小答案AC解析由左手定则可知金属棒受安培力方向向上，金属棒受力如图所示.F安F拉mg若要F拉0，则应增加安培力，由FBIL可以判定A、C正确.考点三安培力的计算8.(多选)一根长为0.2m，电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是()A.0.4NB.0.2NC.0.1ND.0答案BCD解析当导线与磁场垂直时受到的磁场力最大为FBIL0.52.00.2N0.2N，而不能为0.4N，故A错误，B正确；当导线与磁场平行时，导
19、线不受磁场力的作用，故D正确；当导线与磁场的夹角，满足090时，导线所受的磁场力满足0F0.2N，故C正确.9.一段通电直导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，如图3所示，导线中电流方向由左指向右.当导线以其中点O为轴在纸面内转过90的过程中，导线受到的安培力()图3A.大小不变，方向不变B.由0增至最大，方向时刻变C.由最大减小至0，方向不变D.由0增至最大，方向不变答案D解析导线转动前，电流方向与磁感线方向相同，导线不受安培力；当导线转过一个小角度，电流方向与磁感线方向不再平行，于是导线受到安培力；当导线转过90时，电流方向与磁感线方向垂直，此时导线受的安培力最大.用左手定则可以判断安培力的方
20、向始终不变.所以选项D正确.10.电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器.如图4为试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5m，宽1.5m.若质量为50g的炮弹从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20A时，最大速度可达3km/s.轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力.下列说法正确的是()图4A.磁场方向为竖直向下B.磁场方向为水平向右C.磁感应强度的大小为103TD.电磁炮的加速度大小为3105m/s2答案C解析由左手定则知磁场方向应竖直向上，A、B错误；由v22ax得a6105m/s2，D错误；又BILma，所以B1.0103T，C正确.11.如图5所示，一段导
21、线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示.导线abcd所受到的磁场的作用力的合力()图5A.方向沿纸面向上，大小为(1)BILB.方向沿纸面向上，大小为(1)BILC.方向沿纸面向下，大小为(1)BILD.方向沿纸面向下，大小为(1)BIL答案A解析该导线有效长度为(1)L，根据FBIL，可知安培力大小为(1)BIL，根据左手定则判断安培力方向沿纸面向上，A正确.二、非选择题12.如图6所示，ab、cd为两根相距2m的平行金属导轨，水平放置在竖直向下的匀强磁场
22、中，MN是质量为3kg的金属棒，通以5A的电流时，棒沿导轨做匀速运动；当棒中电流增加到8A时，棒能获得2m/s2的加速度，求匀强磁场磁感应强度的大小.图6答案1T解析金属棒匀速运动时，BI1LFf金属棒匀加速运动时，BI2LFfma由解得B1T.13.如图7所示，两根等长的绝缘细线悬挂一水平金属细杆MN，处在与其垂直的水平匀强磁场中.金属细杆的长度为1m，质量为8.9103kg.当金属细杆中通以0.89A的电流时，两绝缘细线上的拉力均恰好为零.g取10m/s2，求：图7(1)金属细杆所受安培力的方向；(2)金属细杆中电流的方向；(3)匀强磁场的磁感应强度大小.答案(1)竖直向上(2)从N到M(
23、3)0.1T解析 (1)由二力平衡可知，安培力方向竖直向上.(2)由左手定则可知电流方向从N流向M.(3)依据FBILFmg得到B0.1T14.如图8所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如下所示，CD段导线长度：4102m；天平平衡时钩码重力：4105N；通过导线的电流：0.5A.请算出通电螺线管中的磁感应强度B.图8答案2.0103T解析电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即FG.由磁感应强度的定义式B得：BT2.0103T.15.粗细均匀的直导线ab的两端悬挂在两根相同的弹簧下边，ab恰好
24、处在水平位置(如图9所示).已知ab的质量m10g，ab的长度L50cm，沿水平方向与ab垂直的匀强磁场的磁感应强度B0.4T，g10m/s2.图9(1)要使两根弹簧能处于自然状态，既不被拉伸，也不被压缩，ab中电流应沿什么方向、通多大的电流？(2)如导线中有从a到b方向、大小为0.2A的电流通过时，两根弹簧均被拉长了x1mm，求弹簧的劲度系数.答案(1)ab0.5A(2)30N/m解析(1)弹簧无弹力作用，导线只受安培力和重力，二力平衡时有BILmg，所以IA0.5A，根据左手定则可知，电流方向为ab.(2)F安BIL0.40.20.5N0.04N，FmgF安0.1N0.04N0.06N，故kN/m30 N/m.