【教学要求】
1．会用左手定则确定安培力方向，计算匀强磁场中安培力的大小。
2．知道磁电式电表构造及测电流大小和方向的原理。
【知识再现】
一、安培力：
磁场对电流的 叫安培力．
二、安培力的大小计算
1．当B、I、L两两垂直时， ．若B与I(L)夹角为θ，则 ．
2．公式的适用条件：一般只适用于匀强磁场．
三、安培力的方向判定
用左手定则判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使 指向电流的方向，那么，所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
议一议：安培力公式F＝BIL只适用于匀强磁场吗?
知识点一安培力的大小与方向
要判断求解安培力,首先要明确导线所在处的磁场,再根据安培力公式F=BIL求解.
【应用1】如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度 。位于纸面内的细直导线，长L=1m，通有I=1A的恒定电流。当导线与B1成60°夹角时，发现其受到的安培力为零，则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的可能值为（ ）
A． B． C． D．
导示: 安培力为零的可能是磁场与导线平行或合磁场为零。如图为求得磁场最小时的矢量图，由图可知另一磁场的最小值为 ，故选BCD。
本题的重点是在求解磁场，并非安培力公式的使用，但要对安培力公式使用条件要熟悉。
知识点二磁电式电表的工作原理
1．磁电式电流表的构造：如图所示，在一个磁性很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和?个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。
2．磁电式电流表的工作原理：如图所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的磁场。放在其中的通电线圈不论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线框两边所受的磁场力始终与线框平面垂直。线圈转动时，通过转轴收紧两根螺旋弹簧。这样，线圈在通电时除了受到磁力外，还受到弹簧的反抗力，当两种力的作用效果达到平衡时，线圈停在一定的位置上。线圈的偏转角度θ与电流I成正比，这样，在线圈上装上指针，由于指针偏转角度跟电流大小成正比，就能根据指针偏转角度的大小得出电流的数值。它的优点是电流表刻度是均匀的．灵敏度高。
【应用2】矩形线圈abcd放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴，磁感应强度B=1.34×10?2T．如图所示．线圈边长ad=6cm，ab=8cm，线圈是均匀的，总质量为2.8×10?3kg，此线圈可绕ad边自由转动，当线圈静止在与xOz平面成30°角的位置，则通过线圈的电流的大小为 ，方向为 (g取10m／s2)
导示:设矩形线圈abcd的总质量为m0
方向沿abcda(用左手定则判断bc边。
电磁力矩就是安培力的力矩，可用M电=BIScosθ计算，其中S为线圈的面积，θ为匀强磁场B与线圈平面的夹角，该公式不仅仅适用于矩形线圈，对其他形状的线圈，包括形状不规则的线圈都适用．
类型一有关安培力的计算
【例1】水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)。现垂直于导轨搁一根质量为m，电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方，如图所示，问：
(1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少?
(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少?此时B的方向如何?
导示:从b向a看视图如图所示。
根据左手定则判定磁场方向水平向右。
该题为安培力与力学，电路相联系的综合问题，求解时要注意：①要正确地对通电导体进行受力分析，特别是安培力的方向，牢记安培力的方向既和B垂直又和L垂直。②由于B、I、L的方向关系涉及三维的立体空间，为便于分析，要善于选择合理的角度，将立体图转化为平面图(俯视图、剖视图、侧视图等)。
类型二导线之间的安培力
【例2】如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1．当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为 ( )
A．F1 B．F1- F2 C．F1+ F2 D．2 F1- F2
导示:根据安培定则和左手定则，可以判定a导线受b中电流形成的磁场的作用力F1，方向向左．同理b受a磁场的作用力大小也是F1，方向向右．新加入的磁场无论什么方向，a、b受到的这个磁场的作用力F总是大小相等方向相反．如果F与F1方向相同，则两导线受到的力大小都是F1+ F2，若F与F1方向相反，a、b受到的力的大小都是│F- F1│．因此当再加上磁场时若a受的磁场力大小是F2，b受的磁场力大小也是F2，所以A对。故选A。
此题没有指明外加磁场确切方向，应该立即意识到可能有两种情况，然后分别进行分析，但这样终究稍微麻烦些．左手定则中涉及电流、磁场、磁场力三个量的方向．此题中外加磁场一旦确定以后其方向是不变的．但a、b两电流方向相反，故a、b所受外加磁场的力必定反向，然后再与F1合成就行了．
类型二磁感应强度的测量
要测量一个物理量，首先要确定测量的原理，这里提供的方法是利用安培力的方法来测量的。
【例2】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置．一长方体绝缘容器内部高为L，厚为d，左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b，上、下两侧装有电极C(正极)和D(负极)，并经开关S与电源连接．容器中注满能导电的液体，液体的密度为ρ．将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，竖直管子a、b中的液面高度相同；开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差．若闭合开关S后，a、b管中液面将出现高度差为h，电路中电流表的读数为I，求磁感应强度B的大小．
导示: 开关S闭合后，导电液体中有电流由C流向D，根据左手定则可知导电液体要受到向右的安培力F的作用，在液体中产生附加压强p，这样a、b管中液面将出现高度差．设液体中产生附加压强为p，则： 所以磁感应强度月的大小为：
此类问题的特点是题干长，解答简单．解答时需要认真审题，弄清题目所叙述的物理实质，转化成熟悉的物理模型来求解．
1．如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同，其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线电流垂直纸面向内。每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法正确的是（ ）
A．导线a所受合力方向水平向右
B．导线c所受合力方向水平向右
C．导线c所受合力方向水平向左
D．导线b所受合力方向水平向左
2 ．（07广东茂名模考）如图所示，用两条一样的弹簧秤吊着一根铜棒，铜棒所在的虚线框范围内有垂直纸面的匀强磁场，棒中通入自左向右的电流。当棒静止时，弹簧秤示数为F1；若将棒中电流反向，当棒静止时，弹簧秤的示数为F2，且F2＞F1，根据上面所给的信息，可以确定 （ ）
A．磁场的方向
B．磁感应强度的大小
C．安培力的大小
D．铜棒的重力
3．（07南京二模）如图所示，用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝，线圈由粗细均匀、单位长度的质量为2.5g的导线绕制而成，三条细线呈对称分布，稳定时线圈平面水平，在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁，磁铁的中轴线OO′垂直于线圈平面且通过其圆心O，测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0.5T，方向与竖直线成30°角，要使三条细线上的张力为零，线圈中通过的电流至少为 （ ）
A．0.1A B．0.2 A
Ｃ．0.05A Ｄ．0.01A
4．（07海南卷）据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示。炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出。设两导轨之间的距离 m，导轨长Ｌ＝5.0m，炮弹质量 。导轨上的电流I的方向如图中箭头所示。可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为Ｂ＝2.0Ｔ，方向垂直于纸面向里。若炮弹出口速度为 ，求通过导轨的电流I。忽略摩擦力与重力的影响。
参考答案
1．会用左手定则确定安培力方向，计算匀强磁场中安培力的大小。
2．知道磁电式电表构造及测电流大小和方向的原理。
【知识再现】
一、安培力：
磁场对电流的 叫安培力．
二、安培力的大小计算
1．当B、I、L两两垂直时， ．若B与I(L)夹角为θ，则 ．
2．公式的适用条件：一般只适用于匀强磁场．
三、安培力的方向判定
用左手定则判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使 指向电流的方向，那么，所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
议一议：安培力公式F＝BIL只适用于匀强磁场吗?
知识点一安培力的大小与方向
要判断求解安培力,首先要明确导线所在处的磁场,再根据安培力公式F=BIL求解.
【应用1】如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度 。位于纸面内的细直导线，长L=1m，通有I=1A的恒定电流。当导线与B1成60°夹角时，发现其受到的安培力为零，则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的可能值为（ ）
A． B． C． D．
导示: 安培力为零的可能是磁场与导线平行或合磁场为零。如图为求得磁场最小时的矢量图，由图可知另一磁场的最小值为 ，故选BCD。
本题的重点是在求解磁场，并非安培力公式的使用，但要对安培力公式使用条件要熟悉。
知识点二磁电式电表的工作原理
1．磁电式电流表的构造：如图所示，在一个磁性很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和?个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。
2．磁电式电流表的工作原理：如图所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的磁场。放在其中的通电线圈不论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线框两边所受的磁场力始终与线框平面垂直。线圈转动时，通过转轴收紧两根螺旋弹簧。这样，线圈在通电时除了受到磁力外，还受到弹簧的反抗力，当两种力的作用效果达到平衡时，线圈停在一定的位置上。线圈的偏转角度θ与电流I成正比，这样，在线圈上装上指针，由于指针偏转角度跟电流大小成正比，就能根据指针偏转角度的大小得出电流的数值。它的优点是电流表刻度是均匀的．灵敏度高。
【应用2】矩形线圈abcd放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴，磁感应强度B=1.34×10?2T．如图所示．线圈边长ad=6cm，ab=8cm，线圈是均匀的，总质量为2.8×10?3kg，此线圈可绕ad边自由转动，当线圈静止在与xOz平面成30°角的位置，则通过线圈的电流的大小为 ，方向为 (g取10m／s2)
导示:设矩形线圈abcd的总质量为m0
方向沿abcda(用左手定则判断bc边。
电磁力矩就是安培力的力矩，可用M电=BIScosθ计算，其中S为线圈的面积，θ为匀强磁场B与线圈平面的夹角，该公式不仅仅适用于矩形线圈，对其他形状的线圈，包括形状不规则的线圈都适用．
类型一有关安培力的计算
【例1】水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)。现垂直于导轨搁一根质量为m，电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方，如图所示，问：
(1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少?
(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少?此时B的方向如何?
导示:从b向a看视图如图所示。
根据左手定则判定磁场方向水平向右。
该题为安培力与力学，电路相联系的综合问题，求解时要注意：①要正确地对通电导体进行受力分析，特别是安培力的方向，牢记安培力的方向既和B垂直又和L垂直。②由于B、I、L的方向关系涉及三维的立体空间，为便于分析，要善于选择合理的角度，将立体图转化为平面图(俯视图、剖视图、侧视图等)。
类型二导线之间的安培力
【例2】如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同，方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1．当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为 ( )
A．F1 B．F1- F2 C．F1+ F2 D．2 F1- F2
导示:根据安培定则和左手定则，可以判定a导线受b中电流形成的磁场的作用力F1，方向向左．同理b受a磁场的作用力大小也是F1，方向向右．新加入的磁场无论什么方向，a、b受到的这个磁场的作用力F总是大小相等方向相反．如果F与F1方向相同，则两导线受到的力大小都是F1+ F2，若F与F1方向相反，a、b受到的力的大小都是│F- F1│．因此当再加上磁场时若a受的磁场力大小是F2，b受的磁场力大小也是F2，所以A对。故选A。
此题没有指明外加磁场确切方向，应该立即意识到可能有两种情况，然后分别进行分析，但这样终究稍微麻烦些．左手定则中涉及电流、磁场、磁场力三个量的方向．此题中外加磁场一旦确定以后其方向是不变的．但a、b两电流方向相反，故a、b所受外加磁场的力必定反向，然后再与F1合成就行了．
类型二磁感应强度的测量
要测量一个物理量，首先要确定测量的原理，这里提供的方法是利用安培力的方法来测量的。
【例2】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置．一长方体绝缘容器内部高为L，厚为d，左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b，上、下两侧装有电极C(正极)和D(负极)，并经开关S与电源连接．容器中注满能导电的液体，液体的密度为ρ．将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，竖直管子a、b中的液面高度相同；开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差．若闭合开关S后，a、b管中液面将出现高度差为h，电路中电流表的读数为I，求磁感应强度B的大小．
导示: 开关S闭合后，导电液体中有电流由C流向D，根据左手定则可知导电液体要受到向右的安培力F的作用，在液体中产生附加压强p，这样a、b管中液面将出现高度差．设液体中产生附加压强为p，则： 所以磁感应强度月的大小为：
此类问题的特点是题干长，解答简单．解答时需要认真审题，弄清题目所叙述的物理实质，转化成熟悉的物理模型来求解．
1．如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同，其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线电流垂直纸面向内。每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法正确的是（ ）
A．导线a所受合力方向水平向右
B．导线c所受合力方向水平向右
C．导线c所受合力方向水平向左
D．导线b所受合力方向水平向左
2 ．（07广东茂名模考）如图所示，用两条一样的弹簧秤吊着一根铜棒，铜棒所在的虚线框范围内有垂直纸面的匀强磁场，棒中通入自左向右的电流。当棒静止时，弹簧秤示数为F1；若将棒中电流反向，当棒静止时，弹簧秤的示数为F2，且F2＞F1，根据上面所给的信息，可以确定 （ ）
A．磁场的方向
B．磁感应强度的大小
C．安培力的大小
D．铜棒的重力
3．（07南京二模）如图所示，用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝，线圈由粗细均匀、单位长度的质量为2.5g的导线绕制而成，三条细线呈对称分布，稳定时线圈平面水平，在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁，磁铁的中轴线OO′垂直于线圈平面且通过其圆心O，测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0.5T，方向与竖直线成30°角，要使三条细线上的张力为零，线圈中通过的电流至少为 （ ）
A．0.1A B．0.2 A
Ｃ．0.05A Ｄ．0.01A
4．（07海南卷）据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示。炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出。设两导轨之间的距离 m，导轨长Ｌ＝5.0m，炮弹质量 。导轨上的电流I的方向如图中箭头所示。可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为Ｂ＝2.0Ｔ，方向垂直于纸面向里。若炮弹出口速度为 ，求通过导轨的电流I。忽略摩擦力与重力的影响。
参考答案
