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三、磁场对通电导线的作用情景导入学习目标预览电磁炮(如图)是科技发展的产物，不需要火药只需要接通电源就能向外发射炮弹，你知道它的原理是什么吗？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，知道磁感应强度是个矢量，它的方向就是磁场方向．3.会判断安培力的方向，会用公式F＝BIL进行安培力的简单计算．4.了解电动机的工作原理，知道电动机在生产、生活中的应用.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升[课时作业]一、安培力1．概念：导体在磁场中受到的力称为安培力．2．大小(1)当导线方向与磁场方向垂直时，导线所受安培力．(2)当导线方向与磁场方向一致时，导线安培力．(3)当导线方向与磁场方向斜交时，导线所受安培力介于和之间．通电最大不受最大值0[思考]放在磁场中的通电导线一定受安培力作用吗？提示：不一定．若平行于磁场方向则不受力．二、磁感应强度1．定义：一段通电直导线放在磁场里所受的与导线中的电流和导线的长度的的比值，叫磁感应强度．2．公式：B＝FIL.3．单位：；符号为.4．描述：磁感线的程度表示磁感应强度的大小，磁感线的表示磁感应强度的方向．垂直安培力乘积特斯拉T疏密切线方向[思考]有人根据公式B＝FIL提出：磁场中某点的磁感应强度B跟磁场力F成正比，跟电流I和导线长度L的乘积IL成反比，这种说法有什么问题？提示：磁感应强度B虽由F、I、L计算而得，但B只取决于磁场本身的性质，跟电流I及导线长度L的大小均无关系，对于磁场中的某点，比值FIL是一个常量．所以，磁感应强度B反映了磁场本身的性质．三、安培力方向及电动机1．影响因素：跟方向和电流方向有关．2．判定方法：定则，即伸开手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．3．电动机在生产、生活中有着广泛的应用，其原理就是通电导线在磁场中受到作用工作的．各种电动机都有和．磁场左手左电流安培力定子转子[试做]通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图所示的电流时，通电导线A受到安培力的方向______，当导线A、B中的电流大小保持不变，但同时改变导线A、B中的电流方向时，通电直导线A所受到的安培力方向______．解析：环形电流产生磁场，在通电直导线A周围磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则，判得通电直导线A受到水平向右的安培力．当同时改变导线A、B中的电流方向，即同时改变磁场和电流方向后，所受安培力方向不变，仍然是水平向右．答案：水平向右水平向右要点一对安培力的理解1．安培力的大小安培力的大小与导线的放置方式有关．同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，如图所示，三种情况下，导线与磁场方向垂直时，安培力最大，取为Fmax；导线与磁场方向平行时，安培力最小，F＝0；其他情况下，0＜F＜Fmax.(1)B⊥I时，F＝BIL.(2)B∥I时，F＝0.(3)B与I成一锐角θ时，F＝BILsinθ.2．安培力的方向(1)决定安培力方向的因素①磁场方向；②电流方向．(2)方向判定——左手定则如图所示，伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手掌心，并使四指指向电流的方向，那么，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．(3)安培力方向的特点：与电流方向、磁场方向都垂直，即安培力F垂直于B和I决定的平面．(注意：电流方向和磁场方向不一定垂直)[例1]把长L＝0.15m的导体棒置于磁感应强度B＝1.0×10－2T的匀强磁场中，使导体棒和磁场方向垂直，如图所示，若导体棒中的电流I＝2.0A，方向向左，则导体棒受到的安培力大小F＝________N，安培力的方向为竖直向________(选填“上”或“下”)．[思路点拨]解此题注意两点：(1)应用公式F＝BIL计算安培力大小．(2)应用左手定则判断安培力的方向．[解析]由安培力的公式得导体棒所受安培力F＝BIL＝1.0×10－2×2.0×0.15N＝3.0×10－3N．由左手定则可知，安培力的方向竖直向下．[答案]3.0×10－3下1．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．解析：由左手定则和安培力的计算公式得：(1)因导线与磁感线平行，所以安培力为零；(2)由左手定则知：安培力方向垂直导线水平向右，大小F＝BIL＝1×0.1×0.2N＝0.02N；(3)安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F＝BIL＝0.02N.答案：(1)0(2)0.02N安培力方向垂直导线水平向右(3)0.02N安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上要点二对磁感应强度的理解1．磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度L，电流I的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关．2．不能根据公式B＝FIL就说B与F成正比，与IL成反比．3．由公式B＝FIL计算B时，通电直导线必须垂直于磁场放置．如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力F为零，但不能说该处磁感应强度B为零．4．磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与受到作用力的方向垂直．[例2]由磁感应强度的定义式B＝FIL可知，磁场中某处的磁感应强度的大小()A．随通电导线中的电流I的减小而增大B．随IL乘积的减小而增大C．随通电导线所受磁场力F的增大而增大D．与F、I、L均无关系[思路点拨]解此题的关键是正确理解磁感应强度由磁场决定，与通电电流及导线长度和受力大小均无关．[解析]B＝FIL是磁感应强度的定义式，仅仅给出磁感应强度的表达式而已，而事实上，磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，只与磁场本身有关，与安培力、电流、导线长度均无关系．[答案]D磁感应强度(B)和电场强度(E)分别表示磁场和电场性质的量，现比较如下：磁感应强度B电场强度E物理意义描述磁场的性质描述电场的性质定义式B＝FIL(通电导线与B垂直)E＝Fq方向矢量磁体N极受力方向矢量放入该点正点电荷受力方向场的叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度B的矢量和，遵循平行四边形定则等于各电场的电场强度E的矢量和，遵循平行四边形定则单位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C2．一根长20cm的通电直导线放在磁感应强度为0.4T的匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，若它受到的安培力为4×10－3N，则导线中的电流强度是______A；若将导线中的电流减小为0，则该处的磁感应强度为______T.解析：由F＝ILB，得I＝FLB＝4×10－320×10－2×0.4A＝0.05A；若将导线中的电流减小为0，磁感应强度仍为0.4T.答案：0.050.4[随堂训练]1．关于磁感应强度，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FILB．由B＝FIL知，B与F成正比，与IL成反比C．由B＝FIL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．磁感应强度的方向就是小磁针北极所受磁场力的方向解析：磁场中某点的磁感应强度B是客观存在的，与是否放通电导体无关．磁感应强度是对它的一种测量而定义的，在测量中对一小段通电导体的放置方位有要求，力F应是通电导体在放置处受到的最大力，也就是通电导体应垂直于磁场放置才行，故选项A、B、C均错．答案：D2．如图所示标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的是()解析：B选项导线和磁场方向平行，故通电导线不受安培力作用．由左手定则知，C选项正确，A、D选项错误．答案：C3．在磁场中A点放一小段长为0.2m、通有1A电流的导线，受到的安培力为4×10－6N，把电荷拿走后，A点的磁感应强度为()A．0B．2×104TC．5×10－6TD．无法确定解析：由于这段导线与磁场的夹角未知，故场强无法确定．答案：D4．关于通电导体在磁场里受力方向与电流方向和磁感线方向之间的关系，下列说法中错误的是()A．电流方向反向时，导体受力方向改变B．磁场方向反向时，导体受力方向改变C．电流方向和磁场方向同时反向，导体的受力方向改变D．电流方向和磁场方向同时反向，导体的受力方向不变解析：由左手定则可知，只使其中一个反向，则受力方向一定变化，当两个都反向时，则不变化．答案：C5.先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直，如图所示，图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系．下列说法中正确的是()A．A、B两点磁感应强度相等B．A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度C．A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度D．无法比较磁感应强度的大小解析：导线受到的磁场力F＝BIL＝BL·I.对于题图给出的FI图线，直线的斜率k＝BL，由图可知ka＞kb，又因A、B两处导线的长度L相同，故A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度，选项B正确．答案：B6.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恰好处在水平位置(如图所示)．已知ab的质量m＝10g，ab的长度L＝50cm，沿水平方向与ab垂直的匀强磁场的磁感应强度B＝0.4T，g取10m/s2.(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Δx＝1mm，求弹簧的劲度系数．解析：(1)弹簧无弹力作用，BIL＝mg，所以I＝mgBL＝0.01×100.4×0.5A＝0.5A，电流方向可以根据左手定则确定，方向为a→b.(2)F安＝BI′L＝0.4×0.2×0.5N＝0.04N，F＝mg－F安＝0.1N－0.04N＝0.06N，故k＝F2·Δx＝0.062×0.001N/m＝30N/m.答案：(1)a→b0.5A(2)30N/m