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第3章打开电磁学的大门第1节磁场中的通电导线1.知道通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力．2.知道影响安培力大小和方向的因素．知道左手定则和安培力大小的计算公式．能用左手定则判断安培力的方向，能计算在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时安培力的大小．(重点＋难点)3.了解线圈在磁场中的运动情况，以及磁电式仪表的工作原理和电动机的工作原理．第3章打开电磁学的大门一、会动的导线1．安培力定义：通电导线在磁场中受到的作用力称为_________．2．安培力方向：可以用左手定则来判定，伸开左手，四指与拇指在同一平面内并相互垂直，让磁感线垂直穿过手心，_________指向电流的方向，则_________所指的方向就是安培力的方向．安培力四指拇指3．安培力的大小(1)实验表明，如图所示．通电导线所受的安培力大小与磁感应强度、电流大小以及磁场中垂直磁场方向导线的长度有关．(2)进一步实验研究表明：在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，安培力的大小等于电流、磁感应强度和导线长度的乘积．(3)公式表达：F＝_________．(4)从安培力的角度给出磁感应强度的定义：B＝_________．BIlFIl有人根据公式B＝FIl认为“磁感应强度B与F成正比，与Il成反比”这种观点对吗？提示：不对．某点的磁感应强度由磁场本身决定．公式B＝FIl只是反映了数值关系.4.两根通电导线之间的相互作用力：两同向电流间的安培力是_________力，两反向电流间的安培力是_________力．二、会动的线圈1．通电线圈在磁场中会转动：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_________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．如图所示，磁电式电流计就是根据这一原理制成的．第一个磁电式电流计是_________制作的，由此实现了电流的定量测量．吸引排斥安培力安培三、揭开电动机旋转的奥秘线圈要不间断地转下去，在转过与磁场方向垂直的位置后，就要改变线圈中的电流_________，能够改变电流方向的装置就是_________，与电源相连接的金属片是电刷，如图所示．电动机转动的部分(如线圈)叫_________，固定不动的部分(如永久磁铁和电动机的外壳)叫_________．方向换向器转子定子对安培力的理解和方向判断安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又跟电流方向垂直．三个方向之间的关系可以用左手定则来判定：伸开左手，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，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．1．由左手定则可判定F⊥I，F⊥B，但B与I不一定垂直，即安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面．在判断时，首先确定磁场与电流所决定的平面，从而判断出安培力的方向．2．若已知B、I方向，安培力的方向唯一确定；但若已知B(或I)与安培力的方向，I(或B)的方向不唯一．3．注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系．安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行．命题视角1对安培力F＝BIL的理解在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，为研究安培力与电流大小的关系，实验时应保持不变的物理量是()A．只有电流B．只有磁感应强度C．只有导线在磁场中的长度D．磁感应强度和导线在磁场中的长度[解析]由F＝BIl知要研究F与I的大小关系，应保持B和l不变．[答案]D命题视角2对安培力方向的判断(多选)如图中，表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场对电流作用力F的方向关系正确的是()[解析]由左手定则，A图中磁场对电流作用力F的方向应竖直向上，所以A错误，而B、C、D都符合左手定则．[答案]BCD在判断安培力方向时，必须首先判定磁场方向和电流方向所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．安培力的方向总是垂直于导线、磁感线所确定的平面．1.下图中分别标出一根垂直放置于磁场里的通电直导线的电流I、磁场B和所受磁场作用力的方向，其中图示正确的是()解析：选B.根据左手定则判断可知，A中受力向下，C中受力向下，D中受力向下，都错误，只有B项中方向正确．安培力大小的计算1．影响安培力大小的因素安培力的决定因素有两个：一个是放入磁场中的一段导体的Il的乘积，另一个是磁场本身，即磁场的磁感应强度B.因而安培力的改变(1)通过改变磁感应强度B的大小来改变；(2)通过改变通电导线的长短l来改变；(3)通过改变通电导线电流I的大小来改变；(4)通过改变通电导线在磁场中的放置位置来改变．2．应用F＝BIl计算安培力时的注意事项(1)公式F＝BIl适用于匀强磁场，且导线与磁场方向垂直的情况，若通电导线所在区域的B的大小和方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处范围B的大小和方向近似相同，求出各段导线所受的磁场力，然后再求合力．安培力表达式中，若载流导体是弯曲导线，且导线所在平面与磁感应强度方向垂直，则l指弯曲导线中始端指向末端的直线长度．如图所示：对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度l＝0，故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零．(2)由F＝BIl可得B＝FIl，这是磁感应强度的定义式．通过实验可得出：在磁场中的同一点垂直磁场方向放置通电导线时，通电导线受到的安培力F与Il的比值是一个常量，所以磁场中某点的磁感应强度与安培力F的大小、与Il的大小无关，而在不同点安培力F与Il的比值一般不同，因此磁感应强度是由磁场本身的性质决定的．这就是比值法定义物理量．把一根长为L＝10cm的直导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中．(1)当导线中通以I1＝2A的电流时，导线受到的安培力大小为1.0×10－7N，试求该磁场的磁感应强度的大小B.(2)若该导线中通以I2＝3A的电流，试求此时导线所受安培力大小F，并判断安培力的方向．[解析](1)根据F＝BIL得B＝FIL＝5×10－7T(2)当导线中电流变化时，导线所处的磁场不变，则F＝BIL＝1.5×10－7N方向：根据左手定则，导线所受安培力方向垂直于导线向上[答案](1)5×10－7T(2)1.5×10－7N方向垂直于导线向上应用公式F＝BIl进行计算时要明确三点：(1)若B、I、l两两垂直时，F＝BIl.(2)若B与I(l)夹角为θ时，F＝BIlsinθ.(3)以上两种情况中l一定是“有效长度”2.在一根长为0.2m的直导线中通入2A的电流，将导线放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，则导线受到的安培力的大小不可能是()A．0.4NB.0.2NC．0.1ND．0解析：选A.当导线与磁场方向垂直时，有效长度l最大，安培力最大，Fmax＝BIl＝0.5×2×0.2N＝0.2N．当导线与磁场方向平行时，有效长度l＝0此时安培力最小，Fmin＝0，所以安培力大小的范围是0≤F≤0.2N，故B、C、D均正确，选A.