【教學(xué)要求】
1．會用左手定則確定安培力方向，計算勻強(qiáng)磁場中安培力的大小。
2．知道磁電式電表構(gòu)造及測電流大小和方向的原理。
【知識再現(xiàn)】
一、安培力：
磁場對電流的 叫安培力．
二、安培力的大小計算
1．當(dāng)B、I、L兩兩垂直時， ．若B與I(L)夾角為θ，則 ．
2．公式的適用條件：一般只適用于勻強(qiáng)磁場．
三、安培力的方向判定
用左手定則判定：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿人手心，并使 指向電流的方向，那么，所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向．
議一議：安培力公式F＝BIL只適用于勻強(qiáng)磁場嗎?
知識點一安培力的大小與方向
要判斷求解安培力,首先要明確導(dǎo)線所在處的磁場,再根據(jù)安培力公式F=BIL求解.
【應(yīng)用1】如圖所示，平行于紙面水平向右的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度 。位于紙面內(nèi)的細(xì)直導(dǎo)線，長L=1m，通有I=1A的恒定電流。當(dāng)導(dǎo)線與B1成60°夾角時，發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零，則該區(qū)域同時存在的另一勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的可能值為（ ）
A． B． C． D．
導(dǎo)示: 安培力為零的可能是磁場與導(dǎo)線平行或合磁場為零。如圖為求得磁場最小時的矢量圖，由圖可知另一磁場的最小值為 ，故選BCD。
本題的重點是在求解磁場，并非安培力公式的使用，但要對安培力公式使用條件要熟悉。
知識點二磁電式電表的工作原理
1．磁電式電流表的構(gòu)造：如圖所示，在一個磁性很強(qiáng)的蹄形磁鐵的兩極間有一個固定的圓柱形鐵芯，鐵芯外面套有一個可以繞軸轉(zhuǎn)動的鋁框，鋁框上繞有線圈，鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有兩個螺旋彈簧和?個指針，線圈的兩端分別接在這兩個螺旋彈簧上，被測電流經(jīng)過這兩個彈簧流入線圈。
2．磁電式電流表的工作原理：如圖所示，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻輻向分布的磁場。放在其中的通電線圈不論轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，線框兩邊所受的磁場力始終與線框平面垂直。線圈轉(zhuǎn)動時，通過轉(zhuǎn)軸收緊兩根螺旋彈簧。這樣，線圈在通電時除了受到磁力外，還受到彈簧的反抗力，當(dāng)兩種力的作用效果達(dá)到平衡時，線圈停在一定的位置上。線圈的偏轉(zhuǎn)角度θ與電流I成正比，這樣，在線圈上裝上指針，由于指針偏轉(zhuǎn)角度跟電流大小成正比，就能根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小得出電流的數(shù)值。它的優(yōu)點是電流表刻度是均勻的．靈敏度高。
【應(yīng)用2】矩形線圈abcd放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向沿z軸，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.34×10?2T．如圖所示．線圈邊長ad=6cm，ab=8cm，線圈是均勻的，總質(zhì)量為2.8×10?3kg，此線圈可繞ad邊自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈靜止在與xOz平面成30°角的位置，則通過線圈的電流的大小為 ，方向為 (g取10m／s2)
導(dǎo)示:設(shè)矩形線圈abcd的總質(zhì)量為m0
方向沿abcda(用左手定則判斷bc邊。
電磁力矩就是安培力的力矩，可用M電=BIScosθ計算，其中S為線圈的面積，θ為勻強(qiáng)磁場B與線圈平面的夾角，該公式不僅僅適用于矩形線圈，對其他形狀的線圈，包括形狀不規(guī)則的線圈都適用．
類型一有關(guān)安培力的計算
【例1】水平面上有電阻不計的U形導(dǎo)軌NMPQ，它們之間的寬度為L，M和P之間接入電動勢為E的電源(不計內(nèi)阻)�，F(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m，電阻為R的金屬棒ab，并加一個范圍較大的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向與水平面夾角為θ且指向右斜上方，如圖所示，問：
(1)當(dāng)ab棒靜止時，受到的支持力和摩擦力各為多少?
(2)若B的大小和方向均能改變，則要使ab棒所受支持力為零，B的大小至少為多少?此時B的方向如何?
導(dǎo)示:從b向a看視圖如圖所示。
根據(jù)左手定則判定磁場方向水平向右。
該題為安培力與力學(xué)，電路相聯(lián)系的綜合問題，求解時要注意：①要正確地對通電導(dǎo)體進(jìn)行受力分析，特別是安培力的方向，牢記安培力的方向既和B垂直又和L垂直。②由于B、I、L的方向關(guān)系涉及三維的立體空間，為便于分析，要善于選擇合理的角度，將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖(俯視圖、剖視圖、側(cè)視圖等)。
類型二導(dǎo)線之間的安培力
【例2】如圖所示，兩根平行放置的長直導(dǎo)線a和b載有大小相同，方向相反的電流，a受到的磁場力大小為F1．當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場后，a受到的磁場力大小變?yōu)镕2，則此時b受到的磁場力大小變?yōu)?( )
A．F1 B．F1- F2 C．F1+ F2 D．2 F1- F2
導(dǎo)示:根據(jù)安培定則和左手定則，可以判定a導(dǎo)線受b中電流形成的磁場的作用力F1，方向向左．同理b受a磁場的作用力大小也是F1，方向向右．新加入的磁場無論什么方向，a、b受到的這個磁場的作用力F總是大小相等方向相反．如果F與F1方向相同，則兩導(dǎo)線受到的力大小都是F1+ F2，若F與F1方向相反，a、b受到的力的大小都是│F- F1│．因此當(dāng)再加上磁場時若a受的磁場力大小是F2，b受的磁場力大小也是F2，所以A對。故選A。
此題沒有指明外加磁場確切方向，應(yīng)該立即意識到可能有兩種情況，然后分別進(jìn)行分析，但這樣終究稍微麻煩些．左手定則中涉及電流、磁場、磁場力三個量的方向．此題中外加磁場一旦確定以后其方向是不變的．但a、b兩電流方向相反，故a、b所受外加磁場的力必定反向，然后再與F1合成就行了．
類型二磁感應(yīng)強(qiáng)度的測量
要測量一個物理量，首先要確定測量的原理，這里提供的方法是利用安培力的方法來測量的。
【例2】如圖所示是一個可以用來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的裝置．一長方體絕緣容器內(nèi)部高為L，厚為d，左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C(正極)和D(負(fù)極)，并經(jīng)開關(guān)S與電源連接．容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液體的密度為ρ．將容器置于一勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向里，當(dāng)開關(guān)斷開時，豎直管子a、b中的液面高度相同；開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差．若閉合開關(guān)S后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差為h，電路中電流表的讀數(shù)為I，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小．
導(dǎo)示: 開關(guān)S閉合后，導(dǎo)電液體中有電流由C流向D，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)電液體要受到向右的安培力F的作用，在液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)p，這樣a、b管中液面將出現(xiàn)高度差．設(shè)液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)為p，則： 所以磁感應(yīng)強(qiáng)度月的大小為：
此類問題的特點是題干長，解答簡單．解答時需要認(rèn)真審題，弄清題目所敘述的物理實質(zhì)，轉(zhuǎn)化成熟悉的物理模型來求解．
1．如圖所示，在絕緣的水平面上等間距固定著三根相互平行的通電直導(dǎo)線a、b和c，各導(dǎo)線中的電流大小相同，其中a、c導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外，b導(dǎo)線電流垂直紙面向內(nèi)。每根導(dǎo)線都受到另外兩根導(dǎo)線對它的安培力作用，則關(guān)于每根導(dǎo)線所受安培力的合力，以下說法正確的是（ ）
A．導(dǎo)線a所受合力方向水平向右
B．導(dǎo)線c所受合力方向水平向右
C．導(dǎo)線c所受合力方向水平向左
D．導(dǎo)線b所受合力方向水平向左
2 ．（07廣東茂名模考）如圖所示，用兩條一樣的彈簧秤吊著一根銅棒，銅棒所在的虛線框范圍內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，棒中通入自左向右的電流。當(dāng)棒靜止時，彈簧秤示數(shù)為F1；若將棒中電流反向，當(dāng)棒靜止時，彈簧秤的示數(shù)為F2，且F2＞F1，根據(jù)上面所給的信息，可以確定 （ ）
A．磁場的方向
B．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小
C．安培力的大小
D．銅棒的重力
3．（07南京二模）如圖所示，用三條細(xì)線懸掛的水平圓形線圈共有n匝，線圈由粗細(xì)均勻、單位長度的質(zhì)量為2.5g的導(dǎo)線繞制而成，三條細(xì)線呈對稱分布，穩(wěn)定時線圈平面水平，在線圈正下方放有一個圓柱形條形磁鐵，磁鐵的中軸線OO′垂直于線圈平面且通過其圓心O，測得線圈的導(dǎo)線所在處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5T，方向與豎直線成30°角，要使三條細(xì)線上的張力為零，線圈中通過的電流至少為 （ ）
A．0.1A　 B．0.2 A
Ｃ．0.05A Ｄ．0.01A
4．（07海南卷）據(jù)報道，最近已研制出一種可投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖所示。炮彈（可視為長方形導(dǎo)體）置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁密接。開始時炮彈在導(dǎo)軌的一端，通以電流后炮彈會被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出。設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離 m，導(dǎo)軌長Ｌ＝5.0m，炮彈質(zhì)量 。導(dǎo)軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示�？梢哉J(rèn)為，炮彈在軌道內(nèi)運(yùn)動時，它所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為Ｂ＝2.0Ｔ，方向垂直于紙面向里。若炮彈出口速度為 ，求通過導(dǎo)軌的電流I。忽略摩擦力與重力的影響。
　
參考答案


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