课堂新坐标学年高中物理第3章打开电磁学的大门第1节磁场中的通电导线教师用书Word文档格式.docx

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F＝BIl.

（2）磁感应强度的两种定义

①从磁感线角度定义为B＝

.

②从力的角度定义为B＝

2．思考判断

（1）当通电直导线垂直于磁感应强度方向时，安培力的方向和磁感应强度方向相同．（×

）

（2）已知磁场方向和电流方向判定安培力的方向用左手，若已知磁场方向和安培力的方向，判定电流的方向用右手．（×

（3）只要电流的方向不与磁场平行，电流就会受到安培力．（√）

3．探究交流

安培力的方向与通电直导线方向、磁感应强度的方向有什么关系？

【提示】　与导线方向、磁感应强度方向都垂直．

会动的线圈和电动机

（1）通电线圈在磁场中的转动：

线圈与磁场平行放置，当线圈通有电流时，与磁场垂直的两个边会受到安培力作用，根据左手定则判断知，两个力方向相反，使线圈绕中心轴转动．

（2）利用线圈在磁场中受力转动的原理，人们制作了磁电式电流计，第一个磁电式电流计是安培制作的，由此实现了电流的定量测量．

（3）电动机由转子和定子构成，直流电动机还有换向器和电刷．在线圈平面转到与磁场方向垂直的位置时，换向器的每个半环互换连接的电刷，使电流的方向发生改变，从而实现了线圈的持续转动．

2．探究交流

在现代生活中，我们的身边充满着电器：

洗衣机、电冰箱、录音机、吹风机等．你知道这些电器工作时共同的特点是什么吗？

工作原理又是什么呢？

【提示】　这些电器工作时的共同特点是都要使用电动机．而电动机的原理是通电线圈在磁场中受安培力作用旋转，从而起到了电动的作用.

安培力方向的判定

【问题导思】　

1．安培力的方向与哪些因素有关？

【提示】　磁场的方向和电流的方向．

2．安培力的方向与磁感应强度的方向一定垂直吗？

【提示】　一定垂直．

1．安培力的方向既与磁场方向垂直．又与电流方向垂直．但磁场方向与电流方向不一定垂直，由此可知安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．

2．当磁场方向、电流方向、安培力方向两两垂直时，只要已知其中任意两个方向，就可以判断第三者的方向．

3．当不能确定磁场方向和电流方向垂直时，若已知磁场方向（或电流方向）与安培力的方向，电流方向（或磁场方向）不唯一．

安培定则反映的是电流方向与它产生的磁场方向之间的关系，而左手定则反映的是电流方向、磁场方向和安培力方向三者之间的关系，注意区分．

　如图所示，表示磁场对直线电流的作用，其中不正确的是（　　）

【导学号：

31870019】

【解析】　磁场对通电直导线的作用力既与导线垂直又与磁感线垂直，用左手定则判断可知，A、B、D图均正确，C图中安培力F的方向应向下，故C图不正确．故选C.

【答案】　C

1．下列图示为通电直导线置于匀强磁场中的不同方式，其中导线能受到安培力作用的是（　　）

【解析】　由于BD所示的电流方向与磁场方向平行故不受安培力，AC所示电流方向与磁场方向垂直，受安培力作用，AC正确．

【答案】　AC

安培力大小的计算

1．把一段通电导线放在磁场中，怎样放受力最小？

怎样放受力最大？

【提示】　平行于磁场最小，垂直于磁场最大．

2．安培力的大小与哪些因素有关？

【提示】　导线长度、电流的大小、磁感应强度、导线与磁场的夹角．

1．若B与I（l）垂直时，F＝BIl，此时所受的安培力最大．

2．若B与I（l）平行时，F＝0.

3．在计算安培力时，若放入磁场中的导线是弯曲导线，其安培力求解时应用其长度的有效值，即两端点所连直线的长度．如下图312所示：

图312

　将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图313所示，已知磁感应强度为1T．试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向．

图313

【解析】　由左手定则和安培力的计算公式得：

（1）因为导线与磁感线平行，所以导线受到的安培力为零；

（2）由左手定则知，安培力方向垂直于导线水平向右，大小为F＝BIL＝1×

0.1×

20×

10－2N＝0.02N；

（3）由左手定则知，安培力的方向在纸面内垂直于导线斜向上，大小为F＝BIL＝1×

10－2N＝0.02N.

【答案】　见解析

2．如图314所示，通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直．若仅将导线中的电流增大为原来的2倍，则导线所受安培力的大小将（　　）

31870020】

图314

A．减小为原来的

B．减小为原来的

C．增大为原来的2倍

D．增大为原来的4倍

探究电动机的工作原理

1．电动机是靠什么动力工作的？

【提示】　安培力．

2．电动机工作时是靠什么来改变通入线圈中电流方向的？

【提示】　换向器．

1．工作原理

给线圈通入方向合适的电流，可以使线圈转动起来，电动机是利用安培力来工作的．

2．组成

定子和转子

（1）定子是电动机中固定不动的部分，可以是线圈，也可以是磁体．

（2）转子是电动机中转动的部分．

直流电动机中还有电刷和换向器，可以将电流持续地提供给线圈并适时地改变流入线圈的电流方向，它们能使转子按一个方向持续地旋转．

　如图315所示，在水平向右的匀强磁场中，放有矩形线框abcd，线框可绕其中心轴线自由转动，若线框中通入图中所示电流．试判断此时线框的转动方向．（从上向下看）

图315

【解析】　根据左手定则，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向．则大拇指所指的方向即通电导线所受安培力方向．由此可判断此时：

ab边受安培力方向垂直纸面向里，dc边受安培力方向垂直纸面向外，而ad边和bc边此时不受安培力作用，因此线框ab边向里转，cd边向外转，即从上向下看线框顺时针转动．

【答案】　从上向下看线框顺时针转动

3．如图316所示，O为圆心，

是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外．用一根导线围成如图中KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时（电源未在图中画出），此时回路（　　）

图316

A．将向左平动

B．将向右平动

C．将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动

D．KL边垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动

【解析】　电流I1在空间形成的磁场是以电流I1为圆心的一系列同心圆，其中四边形线框的KN边和LM边均与磁场方向平行不受力作用．由左手定则可判断KL边所受安培力垂直纸面向外，MN边所受安培力垂直于纸面向里，故D项正确．

【答案】　D

【备课资源】

（教师用书独具）

磁悬浮列车

磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类．

常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁悬浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为10毫米左右．列车速度可达每小时400～500千米，适合于城市间的长距离快速运输．

超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500千米以上.

1．下列说法正确的是（　　）

A．如果通电导线在磁场中某处不受安培力，则该处不存在磁场

B．即使通电导线在磁场中某处不受安培力作用，该处也可能存在磁场

C．通电导线在磁场中受安培力大的位置磁场强

D．磁场越强的位置，通电导线受到的安培力越大

【解析】　当通电导线平行磁场放置时，不受安培力的作用，故B正确，A错误．安培力的大小与通电导线的长度、电流的大小、磁场的强弱以及电流与磁场间的夹角有关系，故C、D均错误．所以正确选项为B.

【答案】　B

2.如图317所示，金属棒MN放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，与金属导轨组成闭合回路．当回路通有电流（电流方向如图中所示）时，关于金属棒受到安培力F的方向和大小，下列说法中正确的有（　　）

A．F方向向右

B．F方向向左

C．增大电流强度，F增大

D．增大磁感应强度，F减小

图317

【解析】　由左手定则知A项对，由公式F＝BIL可知C项正确．

3．在地球赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流，则此导线（　　）

31870021】

A．受到竖直向上的安培力

B．受到竖直向下的安培力

C．受到由南向北的安培力

D．受到由西向东的安培力

【解析】　地球赤道上空地磁场的方向由南向北，根据左手定则知A对．

【答案】　A

4．如图318所示，一根长为L、质量为m的导线AB，用软导线悬挂在方向水平向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，现要使悬线张力为零，则AB导线通电方向怎样？

电流是多大？

图318

【解析】　要使悬线张力为零，AB导线受到的磁场力必须向上，由左手定则可判断电流的方向是A→B.

设悬线张力刚好为零，由二力平衡得BIL＝mg

所以I＝

【答案】　电流方向：

A→B　

学业达标测评（八）

（建议用时：

45分钟）

1．关于磁感应强度，下列说法中正确的是（　　）

31870022】

A．由B＝

可知，B与F成正比，与Il成反比

B．由B＝

可知，一小段通电导线在某处不受磁场力，则说明该处一定无磁场

C．通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强

D．磁感应强度的方向就是小磁针北极受力的方向

【解析】　磁场中某点的磁感应强度B是客现存在的，与是否放通电导线，通电导线受力的大小无关，所以选项A、C均错．当电流方向与磁场方向平行时，磁场对电流无作用力，但磁场却存在，所以选项B错．磁感应强度的方向就是小磁针静止时N极的指向，而不是通电导线的受力方向．

2．在如图中，标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是（　　）

【解析】　由左手定则判断可知C正确．

3．各地地磁场磁感应强度（水平分量）Bx有所不同，可以在相关手册上查到．下表给出我国几个城市的Bx值.

地名

北京

广州

上海

武汉

Bx/10－4T

0.289

0.375

0.333

0.343

现将同一根通电直导线分别在以上四地竖直放置，则使导线受磁场力最大的是（　　）

A．北京　　　　　　　　B．广州

C．上海D．武汉

【解析】　由安培力公式F＝BIL可知，同一根通电直导线竖直放置时，地磁场磁感应强度水平分量Bx越大，导线所受安培力越大，故导线在广州所受磁场力最大，B正确．

4．如图319所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流，用FN表示磁铁对桌面的压力，用F表示桌面对磁铁的摩擦力，导线中通电后与通电前相比较（　　）

图319

A．FN减小，F＝0　　　　　B．FN减小，F≠0

C．FN增大，F＝0D．FN增大，F≠0

【解析】　如图所示，画出一条通过电流I处的磁感线，电流I处的磁场方向水平向左．由左手定则知电流I受安培力方向竖直向上，根据牛顿第三定律知，电流对磁铁的作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大．由于磁铁没有相对于桌面的运动趋势，故桌面对磁铁无摩擦力作用．

5．关于磁电式电流计，下列说法正确的是（　　）

A．电流计的工作原理是安培力对通电线框的转动作用

B．电流计的工作原理是安培力对通电线框的加速作用

C．电流计指针偏转的角度与所通电流的大小成正比

D．电流计指针偏转的角度与所通电流的大小成反比

【解析】　电流计的工作原理是通电线圈在磁场中受到安培力的作用，并产生转动．电流越大，线框受到的安培力越大，指针偏转角度越大，故A、C正确，B、D不正确．

6．通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，ab与MN平行，电流方向如图3110所示．关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是（　　）

图3110

A．线框有两条边所受的安培力方向相同

B．线框有两条边所受的安培力大小相同

C．线框所受安培力的合力朝左

D．cd边不受安培力的作用

【解析】　先判定导线框所在处的磁场方向垂直纸面向里如图所示，且离导线MN越近，磁场越强；

越远，磁场越弱，由此可判定bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反，ab边所受安培力比cd边大，即Fab>

Fcd，方向相反，由此可判定线框所受安培力的合力向左．故B、C选项正确．

【答案】　BC

7．有一小段通电导线，长为1cm，电流为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度B一定是（　　）

A．B＝2TB．B≤2T

C．B≥2TD．以上情况都有可能

【解析】　如果通电导线是垂直磁场方向放置的，此时所受磁场力最大，F＝0.1N，则该点磁感应强度为B＝

＝

T＝2T

如果通电导线不是垂直磁场方向放置的，则受到的磁场力小于垂直放置时受的力，垂直放置时受力将大于0.1N，由定义式可知，B将大于2T．应选C.

8．如图3111所示，一导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，并与金属导轨组成闭合回路．当回路中通有电流时，导体棒受到安培力作用．要使安培力增大，可采用的方法有（　　）

图3111

A．增大磁感应强度

B．减小磁感应强度

C．增大电流

D．减小电流

【解析】　由F＝BILsinθ知，安培力大小与磁感应强度B、电流I和导体与磁场方向的夹角θ有关，且随B、I的增大而增大．

9．在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图3112所示．过c点的导线所受安培力的方向（　　）

图3112

A．与ab边平行，竖直向上

B．与ab边平行，竖直向下

C．与ab边垂直，指向左边

D．与ab边垂直，指向右边

【解析】　根据同向电流相互吸引知，c处电流受a、b电流的安培力分别沿ca和cb方向，这两个力大小相等，故c处导线受这两个安培力的合力向左与ab垂直．

10．节日里，大街小巷，彩灯闪烁，很是好看．某校学生王亮学习了安培力后，与兴趣小组成员制作了彩灯闪烁装置．把一根柔软的螺旋弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面接触，并使它与小彩灯泡、电池、开关、导线组成如图3113所示电路．闭合开关后，彩灯不停地闪烁起来．请你分析一下彩灯的闪烁原理．

图3113

【解析】　闭合开关后，弹簧通电彩灯亮，弹簧可看作多个同向电流圆线圈，每个圆线圈受其他线圈的安培力，相互吸引而纵向收缩、变短，下端离开水银面而断电，彩灯不亮．安培力消失，在重力作用下，弹簧下端又接触水银面通电，彩灯再亮，弹簧再收缩，如此反复下去．彩灯就能不停地闪烁起来．

11．在磁感应强度是4.0×

10－2T的匀强磁场里，有一条与磁场方向垂直，长8cm的通电导线ab（如图3114所示），通电导线ab所受的安培力是1.0×

10－2N，方向垂直纸面指向外，求导线中电流的大小和方向．

图3114

【解析】　根据左手定则，可以判断导线中的电流的方向由b指向a.

利用安培力的计算公式可得：

I＝

A≈3.1A.

【答案】　I≈3.1A　方向由b指向a

12．在赤道上，地磁场可看成是沿南北方向的匀强磁场，磁感应强度的大小是0.50×

10－4T.如果赤道上有一根沿东西方向的直导线，长为100m，载有从东向西的电流50A，地磁场对这根导线的作用力有多大？

方向如何？

【解析】　因电流和磁场方向垂直，所以F＝BIL

＝0.50×

10－4×

50×

100N

＝0.25N

由左手定则知安培力方向向下．

【答案】　0.25N　方向向下