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1、第一單元磁場安培力第一單元磁場安培力第第2課安培力課安培力第十章磁場第十章磁場知能要求與高考展望知能要求與高考展望1理解安培力，掌握安培力方向的判斷方法，理解安培力，掌握安培力方向的判斷方法，掌握安培力公式的應(yīng)用掌握安培力公式的應(yīng)用2考查為選擇題或計(jì)算題考查為選擇題或計(jì)算題課課 前前 自自 修修1安培力的定義安培力的定義通電通電_在磁場中受到的作用力，稱為安培力在磁場中受到的作用力，稱為安培力(仍仍屬于磁場力屬于磁場力)2安培力的方向安培力的方向(1)安培力方向的判定方法安培力方向的判定方法左手定則：伸開左手，左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指使拇指與其余四個(gè)手指_，并且都與手掌在同一個(gè)

2、平，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向面內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向_的方向，的方向，這時(shí)這時(shí)_所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向的方向?qū)Ь€導(dǎo)線垂直垂直電流電流拇指拇指(2)在勻強(qiáng)磁場中，安培力的方向永遠(yuǎn)垂直于在勻強(qiáng)磁場中，安培力的方向永遠(yuǎn)垂直于_與電流所構(gòu)成的與電流所構(gòu)成的_即即FB，同時(shí)，同時(shí)FI.(3)兩平行的通電直導(dǎo)線，同向相互兩平行的通電直導(dǎo)線，同向相互_，異向相互，異向相互_3安培力的大小安培力的大小(1)垂直于勻強(qiáng)磁場放置，長為垂直于勻強(qiáng)磁場放置，長為L的直導(dǎo)線，通過的電流的直導(dǎo)線，通過的電流為

3、為I時(shí)，它所受的安培力時(shí)，它所受的安培力F_，為最大值，為最大值(2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成的方向與導(dǎo)線方向成角時(shí)，角時(shí)，F(xiàn)BILsin .當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向的方向與導(dǎo)線方向_時(shí)，安培時(shí)，安培力等于零力等于零磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度平面平面吸引吸引排斥排斥BILBIL平行平行重重 難難 突突 破破1.安培力的方向特點(diǎn)安培力的方向特點(diǎn)(1)與電場力比較與電場力比較磁場和電場有許多相似之處，但是，安培力比電場力磁場和電場有許多相似之處，但是，安培力比電場力復(fù)雜得多點(diǎn)電荷在電場中受力方向和電場方向不是相同就復(fù)雜得多點(diǎn)電荷在電場中受力方向和電場方向不是相同就是

4、相反；而電流元在磁場中受力的方向和磁場方向不在同一是相反；而電流元在磁場中受力的方向和磁場方向不在同一直線上，而且還不在同一平面內(nèi)，安培力的方向與磁場方向直線上，而且還不在同一平面內(nèi)，安培力的方向與磁場方向和電流方向決定的平面垂直和電流方向決定的平面垂直(2)安培力方向的判定方法安培力方向的判定方法安培力的方向可用左手定則判斷需要指出的是：安培力的方向可用左手定則判斷需要指出的是：通電導(dǎo)線只要與磁場方向不平行，則有安培力的作通電導(dǎo)線只要與磁場方向不平行，則有安培力的作用安培力是由用安培力是由B和和I共同決定的共同決定的安培力安培力F一定垂直于一定垂直于B與與I所決定的平面，即所決定的平面，即F

5、既垂直于既垂直于B，又垂直于又垂直于I.但但I(xiàn)與與B不一定垂直，可以成任意角不一定垂直，可以成任意角由磁場由磁場B的方向和電流的方向和電流I的方向確定安培力的方向確定安培力F的方向是唯一的方向是唯一的，但由的，但由F和和B(或或I)的方向確定的方向確定I(或或B)的方向不是唯一的的方向不是唯一的2安培力的大小安培力的大小(1)公式公式FBILsin .式中式中為電流為電流I方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向的夾角當(dāng)磁場與電流垂直時(shí)，安培力最大，方向的夾角當(dāng)磁場與電流垂直時(shí)，安培力最大，F(xiàn)BIL.當(dāng)磁場與電流平行時(shí)，安培力最小，當(dāng)磁場與電流平行時(shí)，安培力最小，F(xiàn)0.(2)在垂直磁場的平面內(nèi)，

6、若導(dǎo)線是曲線，則連結(jié)導(dǎo)線在垂直磁場的平面內(nèi)，若導(dǎo)線是曲線，則連結(jié)導(dǎo)線兩端點(diǎn)的線段長度，才是受安培力的有效長度兩端點(diǎn)的線段長度，才是受安培力的有效長度(3)安培力的實(shí)質(zhì)是通電導(dǎo)線中所有運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛安培力的實(shí)質(zhì)是通電導(dǎo)線中所有運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)倫茲力的宏觀表現(xiàn)(4)安培力作用點(diǎn)為磁場中該部分導(dǎo)體的中點(diǎn)安培力作用點(diǎn)為磁場中該部分導(dǎo)體的中點(diǎn)(5)分析通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，應(yīng)會(huì)分析通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)問題時(shí)，應(yīng)會(huì)根據(jù)立體圖畫出投影截面圖，做好受力分析，然后運(yùn)用平根據(jù)立體圖畫出投影截面圖，做好受力分析，然后運(yùn)用平衡條件或牛頓定律求解衡條件或牛頓定律求解3安培力做功的

7、實(shí)質(zhì)安培力做功的實(shí)質(zhì)(1)安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線或安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線或轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能(2)安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，或安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，或儲(chǔ)存或再轉(zhuǎn)化為其他形式的能儲(chǔ)存或再轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 題題 型型 探探 究究題型一題型一安培力的分析與計(jì)算安培力的分析與計(jì)算【例【例1】 如圖所示，一段導(dǎo)線如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為為B的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里垂直于紙面向里)垂直線段垂

8、直線段ab、bc和和cd的長度均為的長度均為L，且，且abcbcd135.流經(jīng)導(dǎo)線的流經(jīng)導(dǎo)線的電流為電流為I，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作所受到的磁場的作用力的合力用力的合力()A方向沿紙面向上，大小為方向沿紙面向上，大小為( 1)ILBB方向沿紙面向上，大小為方向沿紙面向上，大小為( 1)ILBC方向沿紙面向下，大小為方向沿紙面向下，大小為( 1)ILBD方向沿紙面向下，大小為方向沿紙面向下，大小為( 1)ILB2222解析：解析：ab、bc、cd所受安培力的大所受安培力的大小均為小均為FBIL，bc邊所受安培力的方向邊所受安培力的方向垂直于垂直

9、于bc向上，向上，ab、cd邊所受安培力的方邊所受安培力的方向如圖所示，由幾何關(guān)系可知向如圖所示，由幾何關(guān)系可知ab與與cd邊所邊所受安培力的方向之間的夾角為受安培力的方向之間的夾角為90，合，合力大小力大小F BIL，方向垂直于，方向垂直于bc邊向邊向上，且與上，且與bc邊所受安培力在一條直線上，邊所受安培力在一條直線上，因此因此abcd所受磁場的作用力的合力為所受磁場的作用力的合力為F合合FF( 1)ILB，方向沿紙面垂直，方向沿紙面垂直bc向上向上答案答案：A22方法點(diǎn)竅方法點(diǎn)竅：計(jì)算安培力時(shí)應(yīng)注意下列兩點(diǎn)：計(jì)算安培力時(shí)應(yīng)注意下列兩點(diǎn)：(1)安培力公式安培力公式FIBL的適用條件為磁場與

10、電流方向垂直的適用條件為磁場與電流方向垂直(2)式中式中L是有效長度在垂直磁場的平面內(nèi)，彎曲導(dǎo)線的有是有效長度在垂直磁場的平面內(nèi)，彎曲導(dǎo)線的有效長度效長度L，等于兩端點(diǎn)所連直線的長度，等于兩端點(diǎn)所連直線的長度(如圖所示如圖所示)；相應(yīng)的電流；相應(yīng)的電流方向，沿方向，沿L由始端流向末端，因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效由始端流向末端，因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效長度長度L0，所以通電后在勻強(qiáng)磁場中，受到的安培力的矢量和一，所以通電后在勻強(qiáng)磁場中，受到的安培力的矢量和一定為零定為零題型二題型二安培力作用下物體運(yùn)動(dòng)情況的判斷安培力作用下物體運(yùn)動(dòng)情況的判斷【例【例2】如圖甲所示，把一重力如圖甲所示，把

11、一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流線通入圖示方向電流 I 時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是情況是(從上往下看從上往下看)()A順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升解析：解析：畫出蹄形磁鐵的兩條磁感線，在磁感線與電流畫出蹄形磁鐵的兩條磁感線，在磁感線與電流相交處分別取一小段電流，如圖乙中的相交處分別取一小段電流，如圖乙中的 BC、AD 兩段，

12、由左兩段，由左手定則可知，手定則可知，AD 段受安培力垂直紙面向外，段受安培力垂直紙面向外，BC 段受垂直紙段受垂直紙面向里的安培力，故導(dǎo)線將繞軸線面向里的安培力，故導(dǎo)線將繞軸線 OO順時(shí)針旋轉(zhuǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(俯視俯視) .當(dāng)當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng) 90時(shí)時(shí)(特殊位置法特殊位置法)，由左手定則可知，導(dǎo)線受向，由左手定則可知，導(dǎo)線受向下的安培力作用，所以導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還向下運(yùn)下的安培力作用，所以導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還向下運(yùn)動(dòng)動(dòng)答案：答案：A方法點(diǎn)竅方法點(diǎn)竅：安培力作用下物體運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法：安培力作用下物體運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法：( (1) )電流元受力分析法：即把整段電流等效為很多段直流電電流

13、元受力分析法：即把整段電流等效為很多段直流電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元受的安培力的方流元，先用左手定則判斷出每小段電流元受的安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向，確定其運(yùn)動(dòng)方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向，確定其運(yùn)動(dòng)方向；向；( (2) )特殊位置分析法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析特殊位置分析法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置的特殊位置( (如轉(zhuǎn)過如轉(zhuǎn)過90) )后再判斷所受安培力的方向，從而后再判斷所受安培力的方向，從而確定運(yùn)動(dòng)的方向確定運(yùn)動(dòng)的方向.題型三題型三含安培力的靜力平衡問題探究含安培力的靜力平衡問題探究【例【例3】如圖所示，在與水如圖所示，在與水

14、平方向成平方向成60角的光滑金屬導(dǎo)軌間角的光滑金屬導(dǎo)軌間連一電源，在相距連一電源，在相距1 m的平行導(dǎo)軌上的平行導(dǎo)軌上放一重為放一重為3 N的金屬棒的金屬棒ab，棒上通以，棒上通以3 A的電流，磁場方向豎直向上，這的電流，磁場方向豎直向上，這時(shí)棒恰好靜止，求勻強(qiáng)磁場的磁感時(shí)棒恰好靜止，求勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度和應(yīng)強(qiáng)度和ab棒對導(dǎo)軌的壓力棒對導(dǎo)軌的壓力解析：解析：導(dǎo)體導(dǎo)體ab的截面受力圖如的截面受力圖如圖所示，則斜面方向的平衡方程為：圖所示，則斜面方向的平衡方程為：mgsin 60FAcos 60.垂直于斜面方向的平衡方程為：垂直于斜面方向的平衡方程為：Nmgcos 60FAsin 60. FAB

15、IL.式聯(lián)立得：式聯(lián)立得：B T，N6 N.答案：答案： T6 N33方法點(diǎn)竅方法點(diǎn)竅：安培力是一種性質(zhì)力，即屬于力學(xué)思維：安培力是一種性質(zhì)力，即屬于力學(xué)思維范疇范疇.其解題方法是：其解題方法是：( (1) )首先把立體圖畫成易于分析的平首先把立體圖畫成易于分析的平面圖，如側(cè)面圖等；面圖，如側(cè)面圖等；( (2) )確定導(dǎo)線所在處磁場方向，根據(jù)左確定導(dǎo)線所在處磁場方向，根據(jù)左手定則確定安培力方向，再做好其他力的受力分析；手定則確定安培力方向，再做好其他力的受力分析；( (3) )根根據(jù)靜力平衡知識(shí)列方程求解據(jù)靜力平衡知識(shí)列方程求解題型四題型四與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問題與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問題【

16、例【例4】 (2011上海上海)如圖所示，質(zhì)量為如圖所示，質(zhì)量為m、長為、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O，并處于勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)導(dǎo)線中通以沿并處于勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向正方向的電流的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，懸線與豎直方，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，懸線與豎直方向夾角為向夾角為.則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為()AZ正向，正向， tan By正向，正向，Cz負(fù)向，負(fù)向， tan D沿懸線向上，沿懸線向上， sin mgILmgILmgILmgIL審題突破：審題突破：解析：解析：若若B沿沿z軸正方向，導(dǎo)線無法平衡，軸正方向，導(dǎo)線無法平衡

17、，A錯(cuò)誤；若錯(cuò)誤；若B沿沿y軸正方向，由左手定則，受力如圖軸正方向，由左手定則，受力如圖：mgBIL，所以，所以B正確；若正確；若B沿沿z軸負(fù)方向，受力如圖軸負(fù)方向，受力如圖，F(xiàn)Tsin BIL；FTcos mg，所以，所以B tan ，C正確；若正確；若B沿懸線向上，受力沿懸線向上，受力如圖如圖，導(dǎo)線無法平衡，導(dǎo)線無法平衡，D錯(cuò)誤錯(cuò)誤答案答案：BCmgIL方法點(diǎn)竅方法點(diǎn)竅：從近幾年高考試題可以看出：從近幾年高考試題可以看出“與安培力有與安培力有關(guān)的通電導(dǎo)體在磁場中的加速或平衡問題關(guān)的通電導(dǎo)體在磁場中的加速或平衡問題”已成為高考的已成為高考的熱點(diǎn)，這類問題的求解方法如下：熱點(diǎn)，這類問題的求解方

18、法如下：(1)選定研究對象；選定研究對象；(2)變?nèi)S為二維：畫出平面受力分析圖，其中安培力變?nèi)S為二維：畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向切忌跟著感覺走，要用左手定則來判斷，注意的方向切忌跟著感覺走，要用左手定則來判斷，注意F安安B、F安安I；(3)列方程：根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律列方程列方程：根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律列方程式進(jìn)行求解式進(jìn)行求解(求解關(guān)鍵：求解關(guān)鍵：把電磁學(xué)問題力學(xué)化；把電磁學(xué)問題力學(xué)化；把立體圖轉(zhuǎn)化把立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖為平面圖)隨隨 堂堂 訓(xùn)訓(xùn) 練練如圖所示，質(zhì)量為如圖所示，質(zhì)量為m50 g，長長l10 cm的銅棒，用長度亦為的銅棒，用長度亦為l的兩根輕導(dǎo)線水

19、平懸吊在豎直向的兩根輕導(dǎo)線水平懸吊在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T未通電時(shí)，輕導(dǎo)線在豎未通電時(shí)，輕導(dǎo)線在豎直方向，通入恒定電流后，棒向直方向，通入恒定電流后，棒向外偏轉(zhuǎn)的最大角度外偏轉(zhuǎn)的最大角度37，不，不考慮導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感考慮導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流，求此棒中恒定電流的大應(yīng)電流，求此棒中恒定電流的大小小錯(cuò)解：錯(cuò)解：3737為銅棒平衡位置，有：為銅棒平衡位置，有：F F安安mgmgtantan 37 37，而而F F安安BILBIL，以上兩式解得：以上兩式解得：I I 7.5 A.7.5 A.有的認(rèn)為當(dāng)擺角為有的認(rèn)為當(dāng)擺角為 時(shí)為平衡位置，也錯(cuò)，因?yàn)閳A時(shí)為平衡位置，也錯(cuò)，因?yàn)閳A周運(yùn)動(dòng)合力不為周運(yùn)動(dòng)合力不為0 0，故沒有平衡位置，故沒有平衡位置解析：解析：當(dāng)銅棒擺到最大角度時(shí)，對銅棒進(jìn)行受力分析，當(dāng)銅棒擺到最大角度時(shí)，對銅棒進(jìn)行受力分析，通電時(shí)導(dǎo)線向外偏轉(zhuǎn)，說明安培力方向垂直電流和磁場方通電時(shí)導(dǎo)線向外偏轉(zhuǎn)，說明安培力方向垂直電流和磁場方向向外，受力如圖所示向向外，受力如圖所示( (側(cè)視圖側(cè)視圖) )其加速度沿圓周切線向其加速度沿圓周切線向下，且為最大的下，且為最大的( (而平衡位置處于速度最大的位置而平衡位置處于速度最大的位置) )銅棒銅棒向外偏轉(zhuǎn)過程中，導(dǎo)線拉力不做功向外偏轉(zhuǎn)過程中，導(dǎo)線拉力不做功2