高中電流的教案

20xx高考物理重要考點(diǎn)整理：磁場的描述磁場對電流的作用。

20xx高考物理重要考點(diǎn)整理：磁場的描述磁場對電流的作用

考點(diǎn)32磁場的描述磁場對電流的作用
考點(diǎn)名片
考點(diǎn)細(xì)研究：本考點(diǎn)命題要點(diǎn)：(1)磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線；(2)通電直導(dǎo)線及通電線圈周圍磁場的判定和疊加；(3)安培力、安培力的方向、安培力作用下的動力學(xué)分析。其中考查到的如：20xx年北京高考第17題、20xx年全國卷第24題、20xx年江蘇高考第4題、20xx年重慶高考第7題、20xx年全國卷第18題、20xx年全國卷第15題、20xx年四川高考第6題、20xx年山東高考第16題、20xx年浙江高考第20題、20xx年上海高考第11題、20xx年安徽高考第15題等。
備考正能量：對本考點(diǎn)的考查主要有：由安培定則判定磁場的方向及磁場的疊加、與電磁感應(yīng)結(jié)合分析導(dǎo)體棒在安培力作用下的運(yùn)動。選擇題多考查磁場的基本概念及右手定則，難度一般較??；計(jì)算題難度中等偏上或較大。預(yù)計(jì)今后高考形式依然為選擇題和計(jì)算題。

一、基礎(chǔ)與經(jīng)典
1．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中正確的是()
A．若長為L、通有電流為I的導(dǎo)體在某處受到的磁場力為F，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度必為
B．由B＝知，B與F成正比，與IL成反比
C．由B＝知，若一小段通電導(dǎo)體在某處不受磁場力，則說明該處一定無磁場
D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是小磁針北極所受磁場力的方向
答案D
解析磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是客觀存在的，與是否放置通電導(dǎo)體無關(guān)，故C錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度B是磁場本身的性質(zhì)，公式B＝只是定義式，不是決定式，B錯(cuò)誤；只有當(dāng)電流I與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直時(shí)B＝才成立，A錯(cuò)誤。
2．一段通電直導(dǎo)線，長度為l，電流為I，放在同一個(gè)勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)線和磁場的相對位置有如圖所示的四種情況，通電導(dǎo)線所受到的安培力的大小情況將是()

A．丙和丁的情況下，導(dǎo)線所受到的安培力都大于甲的情況
B．乙的情況下，導(dǎo)線不受力
C．乙、丙的情況下，導(dǎo)線都不受力
D．甲、乙、丁的情況下，導(dǎo)線所受安培力大小都相等
答案B
解析乙的情況下，由于I與B同向，通電導(dǎo)線不受安培力作用，B正確；甲、丙、丁三種情況下，l、I與B三者大小相同且方向總是相互垂直的，所以安培力的大小相同，A、C、D錯(cuò)誤。

3．兩圓環(huán)A、B同心放置且半徑RARB，將一條形磁鐵置于兩環(huán)圓心處且與圓環(huán)平面垂直，如圖所示，則穿過A、B兩圓環(huán)的磁通量的大小關(guān)系為()

A．ΦA(chǔ)ΦBB．ΦA(chǔ)＝ΦB
C．ΦA(chǔ)ΦBD．無法確定
答案C
解析從定性的角度看：穿過某一面的磁感線的條數(shù)可反映這個(gè)面的磁通量的大小，但正向穿過的磁感線與反向穿過的磁感線要相互消弱，由條形磁鐵的磁感線的分布可知，其在內(nèi)部由S極指向N極，在外部由N極指向S極，可見A圓環(huán)正反相消的更多，所以ΦA(chǔ)ΦB，即C正確。
4.如圖，兩根互相平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流。a、o、b在M、N的連線上，o為MN的中點(diǎn)，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到o點(diǎn)的距離均相等。關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場，下列說法正確的是()

A．o點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零
B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反
C．c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同
D．a(chǎn)、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同
答案C

解析由安培定則可畫出各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖，可判斷出o點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向下，不為零；a、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，選項(xiàng)C正確。a、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同都是豎直向下，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
5.如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直。ab、bc和cd段的長度均為L，且abc＝bcd＝135°。流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示。判斷導(dǎo)線abcd所受到的磁場的作用力的合力，下列說法正確的是()

A．方向沿紙面向上，大小為(＋1)ILB
B．方向沿紙面向上，大小為(－1)ILB
C．方向沿紙面向下，大小為(＋1)ILB
D．方向沿紙面向下，大小為(－1)ILB
答案A
解析將導(dǎo)線分為三段直導(dǎo)線，根據(jù)左手定則分別判斷出安培力的方向，根據(jù)F＝BIL計(jì)算出安培力的大小，再求合力。導(dǎo)線所受合力F＝BIL＋2BILsin45°＝(＋1)BIL或?qū)Ь€abcd的有效長度Lad＝(＋1)L，故F＝BILad＝(＋1)BIL，故選A。
6.(多選)如圖所示，質(zhì)量為m、長為L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。導(dǎo)線中通以沿x軸正方向的電流I，懸線與豎直方向的夾角為θ，且導(dǎo)線保持靜止，則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小可能為()

A．z軸正向，tanθB．y軸正向，
C．z軸負(fù)向，tanθD．沿懸線向上，sinθ
答案BC
解析當(dāng)勻強(qiáng)磁場的方向沿y軸正方向時(shí)，由左手定則判斷可知，安培力方向豎直向上，則BIL＝mg，解得B＝，故B正確；當(dāng)勻強(qiáng)磁場的方向沿z軸負(fù)方向時(shí)，由左手定則判斷可知，安培力沿水平方向，逆著電流方向看，受力分析如圖甲所示，其中安培力F安＝BIL，則BIL＝mgtanθ，解得B＝tanθ，故C正確。當(dāng)勻強(qiáng)磁場方向沿z軸正方向時(shí)，受力如圖乙所示，不可能平衡，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)勻強(qiáng)磁場方向沿懸線向上時(shí)，受力如圖丙所示，不可能平衡，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

7.(多選)圖中裝置可演示磁場對通電導(dǎo)線的作用。電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿。當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b，導(dǎo)軌兩端e、f，分別接到兩個(gè)不同的直流電源上時(shí)，L便在導(dǎo)軌上滑動。下列說法正確的是()

A．若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極，則L向右滑動
B．若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極，則L向右滑動
C．若a接負(fù)極，b接正極，e接正極，f接負(fù)極，則L向左滑動
D．若a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，則L向左滑動
答案BD
解析若a接正極，b接負(fù)極，根據(jù)安培定則，兩磁極之間產(chǎn)生方向向上的磁場，e接正極，f接負(fù)極，用左手定則可判斷L向左滑動，選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確；同理，若a接負(fù)極，b接正極，根據(jù)安培定則，兩磁極之間產(chǎn)生方向向下的磁場，e接正極，f接負(fù)極，用左手定則可判斷L向右滑動，選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確。
8.電視機(jī)顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如圖所示，某時(shí)刻電流方向如圖所示。則環(huán)心O處的磁場方向()

A．向下
B．向上
C．垂直紙面向里
D．垂直紙面向外
答案A

解析對于左右兩個(gè)螺線管，由安培定則可以確定O點(diǎn)磁場，如右圖，所以環(huán)心O處的磁場方向向下，即A選項(xiàng)正確。
9．(多選)如圖所示，質(zhì)量為m的通電直導(dǎo)線用一絕緣輕繩懸掛，電流方向垂直于紙面，勻強(qiáng)磁場平行于紙面，導(dǎo)線處于靜止?fàn)顟B(tài)，輕繩與豎直方向的夾角為30°。以下說法中正確的是()

A．安培力的大小可能等于，此時(shí)磁場的可能方向是唯一的
B．安培力的大小可能等于，此時(shí)磁場的可能方向是唯一的
C．安培力的大小可能等于mg，此時(shí)磁場的可能方向是唯一的
D．安培力的大小可能等于2mg，此時(shí)磁場的可能方向是唯一的
答案BD

解析對導(dǎo)體棒受力分析，受重力、安培力和細(xì)線拉力，根據(jù)平衡條件，當(dāng)安培力與線垂直向上時(shí)，安培力最小，如圖所示：FA＝BIL＝mgsin30°＝mg，根據(jù)左手定則，磁感線方向沿懸線向上，故此時(shí)磁場方向是唯一的；再分析受力分析圖，由力的三角形定則可知：當(dāng)mg≥FAmg時(shí)，有2解；當(dāng)FAmg時(shí)，有1解；當(dāng)FA0，I為電流強(qiáng)度，r為距導(dǎo)線的距離。在水平長直導(dǎo)線MN正下方，矩形線圈abcd通以逆時(shí)針方向的恒定電流，被兩根等長的輕質(zhì)絕緣細(xì)線靜止地懸掛，如圖所示。開始時(shí)MN內(nèi)不通電流，此時(shí)兩細(xì)線內(nèi)的張力均為T0。當(dāng)MN通以強(qiáng)度為I1的電流時(shí)，兩細(xì)線內(nèi)的張力均減小為T1，當(dāng)MN內(nèi)電流強(qiáng)度為I2時(shí)，兩細(xì)線內(nèi)的張力均大于T0。
(1)分別指出強(qiáng)度為I1、I2的電流的方向；
(2)求MN分別通以強(qiáng)度為I1和I2的電流時(shí)，線框受到的安培力F1與F2大小之比。
答案(1)I1的方向向左，I2的方向向右(2)
解析(1)根據(jù)同向電流相互吸引，異向電流相互排斥，且距離導(dǎo)線越近，相互作用力越大，可知，I1的方向向左，I2的方向向右。
(2)當(dāng)MN中的電流強(qiáng)度為I時(shí)，線圈受到的安培力大小為F，其中Fab＝BabiL＝iL，F(xiàn)cd＝BcdiL＝iL，
所以F＝Fab－Fcd，即F＝kIiL，
式中r1、r2分別為ab、cd與MN的間距，i為線圈中的電流，L為ab、cd的長度。＝。

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20xx高考物理知識歸納：磁場

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1.磁場

(1)磁場：磁場是存在于磁體、電流和運(yùn)動電荷周圍的一種物質(zhì)。永磁體和電流都能在空間產(chǎn)生磁場。變化的電場也能產(chǎn)生磁場。

(2)磁場的基本特點(diǎn)：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動電荷有力的作用。

(3)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：一切磁現(xiàn)象都可歸結(jié)為運(yùn)動電荷(或電流)之間通過磁場而發(fā)生的相互作用。

(4)安培分子電流假說------在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流即分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒成為微小的磁體。

(5)磁場的方向：規(guī)定在磁場中任一點(diǎn)小磁針N極受力的方向(或者小磁針靜止時(shí)N極的指向)就是那一點(diǎn)的磁場方向。

2.磁感線

(1)在磁場中人為地畫出一系列曲線，曲線的切線方向表示該位置的磁場方向，曲線的疏密能定性地表示磁場的弱強(qiáng)，這一系列曲線稱為磁感線。

(2)磁鐵外部的磁感線，都從磁鐵N極出來，進(jìn)入S極，在內(nèi)部，由S極到N極，磁感線是閉合曲線;磁感線不相交。

(3)幾種典型磁場的磁感線的分布：

①直線電流的磁場：同心圓、非勻強(qiáng)、距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱。

②通電螺線管的磁場：兩端分別是N極和S極，管內(nèi)可看作勻強(qiáng)磁場，管外是非勻強(qiáng)磁場。

③環(huán)形電流的磁場：兩側(cè)是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場越弱。

④勻強(qiáng)磁場：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同。勻強(qiáng)磁場中的磁感線是分布均勻、方向相同的平行直線。

3.磁感應(yīng)強(qiáng)度

(1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場強(qiáng)弱的物理量，在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，受到的磁場力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值，叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，定義式B=F/IL。單位T，1T=1N/(A·m)。

(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場方向，即通過該點(diǎn)的磁感線的切線方向。

(3)磁場中某位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及方向是客觀存在的，與放入的電流強(qiáng)度I的大小、導(dǎo)線的長短L的大小無關(guān)，與電流受到的力也無關(guān)，即使不放入載流導(dǎo)體，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度也照樣存在，因此不能說B與F成正比，或B與IL成反比。

(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量，遵守矢量分解合成的平行四邊形定則，注意磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處的磁場方向，并不是在該處的電流的受力方向。

磁場對電流作用

第三課時(shí)：磁場對電流的作用習(xí)題課
1、導(dǎo)線框放置在光滑水平面上，在其中放一個(gè)矩形線圈，通以順時(shí)針方向電流，線圈三個(gè)邊平行于線框的三個(gè)邊，且邊間距離相等，A端接電池的正極，B接負(fù)極，則矩形線圈的運(yùn)動情況是：（）
A、靜止不動B、向左平動C、向右平動D、轉(zhuǎn)動
2、如圖所示，在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極，沿邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極，把它們分別與電池的兩極相連，然后在玻璃皿中放入導(dǎo)電液體，如鹽水．如果把玻璃皿放在磁場中，如圖所示，將會發(fā)生的現(xiàn)象是（）
A、沒有什么現(xiàn)象B、液體會向玻璃皿中間流動
C、液體會順時(shí)針流動D、液體會逆時(shí)針流動
3、長L的直導(dǎo)線ab放在相互平行的金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬為d，通過ab的電流強(qiáng)度為I，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里，ab與導(dǎo)軌的夾角為θ，則ab所受的磁場力的大小為：（）
A、BILB、BIdC、D、
4、如圖所示,一位于XY平面內(nèi)的矩形通電線圈只能繞OX軸轉(zhuǎn)動,線圈的四個(gè)邊分別與X、Y軸平行.線圈中電流方向如圖.當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場時(shí),線圈會轉(zhuǎn)動起來?（）
A、方向沿X軸的恒定磁場B、方向沿Y軸的恒定磁場
C、方向沿Z軸的恒定磁場D、方向沿Z軸的變化磁場
5、如圖所示，條形磁鐵放在光滑斜面上，用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡．A為水平放置的導(dǎo)線的截面．導(dǎo)線中無電流時(shí)，磁鐵對斜面的壓力為N1；當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過時(shí)，磁鐵對斜面的壓力為N2，此時(shí)彈簧的伸長量減小，則（）
A．N1＜N2A中電流方向向外
B．N1=N2A中電流方向向外
C．N1N2A中電流方向向內(nèi)
D．N1N2A中電流方向向外
6．如圖11.2-1所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直紙面向外運(yùn)動，可以
A．將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負(fù)極
B．將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極
C．將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極
D．將a、c端接交流電源的一端，b、d端接在交流電源的另一端
7．條形磁鐵放在水平桌面上，它的上方靠近S極一側(cè)懸掛一根與它垂直的導(dǎo)電棒，如圖11.2-12所示(圖中只畫出棒的截面圖)．在棒中通以垂直紙面向里的電流的瞬間，可能產(chǎn)生的情況是
A．磁鐵對桌面的壓力減小B．磁鐵對桌面的壓力增大
C．磁鐵受到向左的摩擦力D．磁鐵受到向右的摩擦力
8．如圖11.2-13所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動情況是（從上往下看）（）
A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)下降B．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)上升
C．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)下降D．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)上升
9．一通電細(xì)桿置于傾斜的導(dǎo)軌上，桿與導(dǎo)軌間有摩擦，當(dāng)有電流時(shí)直桿恰好在導(dǎo)軌上靜止．圖11.2-16是它的四個(gè)側(cè)視圖，標(biāo)出了四種可能的磁場方向，其中直桿與導(dǎo)軌間的摩擦力可能為零的是()

10、如圖所示，原來靜止的圓形通電線圈通以逆時(shí)針方向的電流I，在其直徑AB上靠近B點(diǎn)放一根垂直于線圈平面的固定不動的長直導(dǎo)線，通過如圖所示的方向的電流I′，在磁場力作用下圓線圈將（）
A、向左運(yùn)動B、向右運(yùn)動C、以直徑AB為軸運(yùn)動D、靜止不動
13、在傾角為θ的光滑斜面上放置有一通有電流I，長為L，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒，如圖，（1）欲使棒靜止在斜面上，外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為多大?沿什么方向?（2）欲使棒靜止在斜面上，且對斜面無壓力，應(yīng)加勻強(qiáng)磁場B的值為多大?沿什么方向?（3）欲使棒能靜止在斜面上，外加磁場的方向應(yīng)在什么范圍內(nèi)?請?jiān)趫D中畫出。

11、在傾角=30°的斜面上，固定一金屬框，寬l=0.25m，接入電動勢E=12V、內(nèi)阻不計(jì)的電池．垂直框面放有一根質(zhì)量m=0.2kg的金屬棒ab，它與框架的動摩擦因數(shù)為，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T的垂直框面向上的勻強(qiáng)磁場中（如圖11.2-５）．當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時(shí)，可使金屬棒靜止在框架上？（設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，框架與棒的電阻不計(jì)，g＝10m/s2）

探究磁場對電流的作用

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，成功是留給有準(zhǔn)備的人。作為高中教師準(zhǔn)備好教案是必不可少的一步。教案可以讓上課時(shí)的教學(xué)氛圍非常活躍，有效的提高課堂的教學(xué)效率。你知道怎么寫具體的高中教案內(nèi)容嗎？小編經(jīng)過搜集和處理，為您提供探究磁場對電流的作用，相信能對大家有所幫助。

高考物理磁場對電流的作用基礎(chǔ)知識歸納

第2課時(shí)磁場對電流的作用

基礎(chǔ)知識歸納
1.安培力：磁場對電流的作用力
(1)安培力的大小F＝BILsinθ(θ為B與I的夾角).
①此公式適用于任何磁場，但只有勻強(qiáng)磁場才能直接相乘.
②L應(yīng)為有效長度，即曲線的兩端點(diǎn)連線在垂直于磁場方向的投影長度，相應(yīng)的電流方向沿L(有效長度)由始端流向終端.任何形狀的閉合線圈，其有效長度為零，所以通電后，閉合線圈受到的安培力的矢量和為零.
③當(dāng)θ＝90°時(shí)，即B、I、L兩兩相互垂直，F(xiàn)＝BIL；
當(dāng)θ＝0°時(shí)，即B與I平行，F(xiàn)＝0；
當(dāng)B與I成θ角時(shí)，F(xiàn)＝BILsinθ.
(2)安培力的方向：用左手定則來判定(左手定則見課本).
安培力(F)的方向既與磁場(B)方向垂直，又與電流I的方向垂直，安培力F垂直于B與I決定的平面，但B與I可不垂直.
2.磁電式儀表的原理
(1)電流表的構(gòu)造主要包括：蹄形磁鐵、圓柱形鐵芯、線圈、螺旋彈簧和指針.蹄形磁鐵和鐵芯之間的磁場是均勻的輻向分布的，如圖所示.無論通電導(dǎo)線處于什么位置，線圈平面均與磁感線平行.給線圈通電，線圈在安培力的力矩的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，螺旋彈簧變形，產(chǎn)生一個(gè)阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩，當(dāng)兩者平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動.電流越大，線圈和指針的偏轉(zhuǎn)角度也就越大，所以根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的角度就可以判斷通過電流的大小.線圈的電流方向改變時(shí)，安培力的方向也就隨著改變，指針偏轉(zhuǎn)的方向也就改變，所以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，就可以判斷被測電流的方向.
(2)磁電式儀表的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點(diǎn)是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很小.
重點(diǎn)難點(diǎn)突破
一、判斷通電導(dǎo)體(或磁體)在安培力作用下的運(yùn)動的常用方法
1.電流元受力分析法
即把整段電流等效為很多直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向，最后確定運(yùn)動方向.
2.特殊位置分析法
把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置(如轉(zhuǎn)過90°)后再判斷所受安培力的方向，從而確定運(yùn)動方向.
3.等效分析法
環(huán)形電流可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵也可以等效成環(huán)形電流，通電螺線管可等效成很多的環(huán)形電流.
4.推論分析法
(1)兩直線電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動趨勢，方向相同時(shí)相互吸引，方向相反時(shí)相互排斥；
(2)兩直線電流不平行時(shí)有轉(zhuǎn)動到相互平行且方向相同的趨勢.
5.轉(zhuǎn)換研究對象法：因?yàn)殡娏髦g，電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律，這樣定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律來確定磁體所受的電流作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向.
二、安培力與力學(xué)知識的綜合運(yùn)用
1.通電導(dǎo)體在磁場、重力場中的平衡與加速運(yùn)動問題的處理方法和純力學(xué)問題一樣，無非是多了一個(gè)安培力.
2.解決這類問題的關(guān)鍵
(1)受力分析時(shí)安培力的方向千萬不可跟著感覺走，牢記安培力方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直又和電流方向垂直.
(2)畫出導(dǎo)體受力的平面圖.
做好這兩點(diǎn)，剩下的問題就是純力學(xué)問題了.
典例精析
1.通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動
【例1】如圖所示，原來靜止的圓形線圈通以逆時(shí)針方向的電流，當(dāng)在其直徑AB上靠近B點(diǎn)處放一根垂直于線圈平面的固定不動的長導(dǎo)線時(shí)(電流方向如圖所示)，在磁場作用下線圈如何運(yùn)動？
【解析】用電流元分析法：如圖(a)直導(dǎo)線周圍的磁感線是一簇順時(shí)針的同心圓，
我們分別在線圈上找四段電流元A、B、C、D，電流元A、B段的電流與直導(dǎo)線產(chǎn)生的圓形磁場相切，不受安培力，電流元C和D用左手定則分析判斷其受安培力方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶锖痛怪奔埫嫦蛲?由此可以判斷線圈將以AB為轉(zhuǎn)軸從左向右看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動.
用等效法分析：把通電線圈等效成放在O點(diǎn)N極指向紙外的小磁針；而通電直導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場是垂直于直徑AB向上，所以小磁針指向紙外的N極向上轉(zhuǎn)動，即從左向右看線圈將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動.
用特殊位置分析法：設(shè)線圈轉(zhuǎn)動90°到與直導(dǎo)線重合的位置(如圖b)，直線電流左邊的磁場向紙外，右邊的磁場向紙里，再用左手定則分別判斷線圈的左邊和右邊所受安培力方向均向左，即線圈將向左靠近直導(dǎo)線.
用推論分析法：在線圈轉(zhuǎn)到圖(b)位置時(shí)，直導(dǎo)線左邊的線圈電流向下，與直導(dǎo)線電流方向相反，則兩者相互排斥，線圈左邊受直導(dǎo)線作用方向向左.線圈在直導(dǎo)線右邊部分的電流向上，與直導(dǎo)線電流方向相同，兩者相互吸引，即直導(dǎo)線右邊部分線圈受安培力方向也是向左的.所以可以判斷整個(gè)線圈將向左運(yùn)動.
綜上所述，線圈整個(gè)過程的運(yùn)動情況是：在以直徑AB為軸轉(zhuǎn)動的同時(shí)向左平動.
【思維提升】(1)在判斷通電導(dǎo)體(磁體)在安培力作用下的運(yùn)動時(shí)，通常采用“等效法”、“推論分析法”要比“電流元法”簡單，根據(jù)需要可用“轉(zhuǎn)換研究對象法”.
(2)導(dǎo)體(磁體)受安培力作用下的運(yùn)動，先要判定是參與“平動”還是“轉(zhuǎn)動”，或者“轉(zhuǎn)動”的同時(shí)還參與“平動”，再選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄇ蠼?
【拓展1】如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心，且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流后，判斷線圈如何運(yùn)動.
【解析】解法一：電流元法
首先將圓形線圈分成很多小段，每小段可看做一直線電流，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示.根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動.
解法二：等效法
將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵，如圖乙所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動.同時(shí)，也可將左側(cè)條形磁鐵等效成一環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”，亦可得到相同的答案.
2.安培力與力學(xué)知識的綜合運(yùn)用
【例2】在傾角為α的光滑斜面上置一通有電流I、長為L、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒，如圖所示.
(1)欲使棒靜止在斜面上，外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值和方向；
(2)欲使棒靜止在斜面上且對斜面無壓力，外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向；
(3)若使棒靜止在斜面上且要求B垂直于L，可外加磁場的方向范圍.
【解析】此題屬于電磁學(xué)和靜力學(xué)的綜合題，研究對象為通電導(dǎo)體棒，所受的力有重力mg、彈力FN、安培力F，屬于三個(gè)共點(diǎn)力平衡問題.
棒受到的重力mg，方向豎直向下，彈力垂直于斜面，大小隨安培力的變化而變化；安培力始終與磁場方向及電流方向垂直，大小隨磁場方向不同而變.
(1)由平衡條件可知：斜面的彈力和安培力的合力必與重力mg等大、反向，故當(dāng)安培力與彈力方向垂直即沿斜面向上時(shí)，安培力大小最小，由平衡條件知B＝，所以，由左手定則可知B的方向應(yīng)垂直于斜面向上.
(2)棒靜止在斜面上，且對斜面無壓力，則棒只受兩個(gè)力作用，即豎直向下的重力mg和安培力F作用，由平衡條件可知F＝mg，且安培力F豎直向上，故B＝，由左手定則可知B的方向水平向左.
(3)此問的討論只是問題的可能性，并沒有具體研究滿足平衡的定量關(guān)系，為了討論問題的方便，建立如圖所示的直角坐標(biāo)系.欲使棒有可能平衡，安培力F的方向需限定在mg和FN的反向延長線F2和F1之間.由圖不難看出，F(xiàn)的方向應(yīng)包括F2的方向，但不能包括F1的方向，根據(jù)左手定則，B與＋x的夾角θ應(yīng)滿足α＜θ≤π
【思維提升】本題屬于共點(diǎn)力平衡的問題，所以處理的思路基本上和以往受力平衡處理思路相同，難度主要是在引入了安培力，最終要分析的是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向問題，但只要準(zhǔn)確分析了力的方向，那么磁感應(yīng)強(qiáng)度的問題也就容易了.
【拓展2】有兩個(gè)相同的電阻都為9Ω的均勻光滑圓環(huán)，固定于一個(gè)絕緣的水平臺面上，兩環(huán)分別在兩個(gè)互相平行的、相距為20cm的豎直平面內(nèi)，兩環(huán)的連心線恰好與環(huán)面垂直，兩環(huán)面間有方向豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.87T的勻強(qiáng)磁場，兩環(huán)的最高點(diǎn)A和C間接有一內(nèi)阻為0.5Ω的電源，連接導(dǎo)線的電阻不計(jì).今有一根質(zhì)量為10g、電阻為1.5Ω的棒置于兩環(huán)內(nèi)側(cè)且可順環(huán)滑動，而棒恰好靜止于如圖所示的水平位置，它與圓弧的兩接觸點(diǎn)P、Q和圓弧最低點(diǎn)間所夾的弧對應(yīng)的圓心角均為θ＝60°，取重力加速度g＝10m/s2，試求此電源電動勢E的大小.
【解析】在題圖中，從左向右看，棒的受力如圖所示，棒所受的重力和安培力FB的合力與環(huán)對棒的彈力FN是一對平衡力，且有
FB＝mgtanθ＝mg
而FB＝IBL，故
I＝A＝1A
在題圖所示的電路中兩個(gè)圓環(huán)分別連入電路中的電阻為R，則
R＝Ω＝2Ω
由閉合電路歐姆定律得
E＝I(r＋2R＋R棒)＝1×(0.5＋2×2＋1.5)V＝6V
3.安培力的實(shí)際應(yīng)用
【例3】如圖所示是一個(gè)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(shí)，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.
【解析】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
p＝①
F＝BIL②
S＝Ld③
所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為B＝④
【思維提升】由于習(xí)慣于理想的物理模型，學(xué)生往往迷惑于新穎陌生的實(shí)際問題.解題的關(guān)鍵要利用原型啟發(fā)、類比、聯(lián)想等思維方法，通過對題給情景的分析來獲知其原理，建立起熟悉的物理模型.