1.1磁场对通电导线的作用力 导学案-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

高二物理选择性必修二1.1《磁场对通电导线的作用力》导学案 学习目标：1．理解磁场对电流的作用力，推导安培力公式F=BILsinθ。 2．理解左手定则的内容，并用它判断安培力的方向。 3．理解磁电式电流表的工作原理。 学习过程： 一、安培力的方向 1．安培力：通电导线在 中受到的力。 思考：如何设计实验探究安培力方向的影响因素（控制变量法） 图一 图二 2．决定安培力方向的因素 (1) 方向；(2) 方向。 研究发现，安培力方向与磁场方向、电流方向的关系符合左手定则，如图二所示： 3．左手定则： 伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从 进入并使四指指向 ，这时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。 4．安培力的特点：F⊥I，F⊥B，即F垂直于 与 所构成的平面。 如果磁场方向与电流方向不垂直，则如何确定安培力的方向？ 例1：画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)． 从例1可以看到，借助于磁场，通电导体之间也可以有安培力的作用。 5. 平行通电直导线间的作用力：同向电流相互 ，反向电流相互 ． 例2：如图所示的空间分布着匀强磁场，xOy面内有一通电导线AO，导线与Ox轴夹角为45°，电流由A流向O。有关安培力与磁场方向关系，下列说法正确的是（　　） A．若磁场沿x轴正向，则安培力沿z轴负向 B．若磁场沿y轴正向，则安培力沿z轴负向 C．若磁场沿z轴正向，则安培力沿x轴正向 D．若磁场沿z轴负向，则安培力沿x轴负向 二、安培力的大小 在如图三所示的探究影响安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁场(磁感应强度为B)中，得出的安培力F与导线长度l、电流大小I有怎样的关系？ 图三 图四 当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？ 1.安培力大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流 I 成正比，即与 I 和 L 的乘积成正比。 2. 公式：F = BIL （1）当 I⊥B 且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大。 （2）当导线方向与磁场方向一致时(即 I∥B )，电流所受的安培力最小，等于零。 （3）当导线方向与磁场方向成θ角时，安培力介于最大值和最小值之间：F安 = BILsinθ 思考：对公式 F = BIL 的理解。 1. B 垂直于 I ，匀强磁场，直导线。 2. 不垂直变垂直(分解 B，或投影 L )。 3. 弯曲导线变成直导线L是有效长度（如图五），不一定是导线实际长度。 图五 例3：将长1m的导线ac从中点b折成如图所示的形状，放于B＝0.08T的匀强磁场中，abc平面与磁场垂直．若在导线abc中通入I＝25A的直流电，则整个导线所受安培力的大小为(　　) :A.N B.N C．1N D．2N 变式训练：如图所示，水平面内的平行导轨间距为d，导轨处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面的夹角为。一质量为m、长为l的金属杆ab垂直于导轨放置，ab中通过的电流为I，ab处于静止状态，则ab受到的摩擦力大小为（　　） A．BId B．BIdSinθ C．BIl D．BIlSinθ 三、磁电式电流表 1.原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。线圈偏转的角度越大，被测电流就越 ；根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的 。 2.构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴. 3.特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面 ，线圈平面与磁场方向平行，如图六所示。 图六 4.优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流. 缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱. 思考：①线圈上指针的偏转角度θ与通入的电流成正比，所以电流表刻度盘上的刻度是均匀的，从线圈偏转的角度就能判断 ； ②线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也随之改变.所以根据指针的偏转方向，可以知道 。 ③螺旋形弹簧的作用是 。 例4：实验室常用的电流表是磁电式仪表，其结构示意图如图甲所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀地辐向分布，如图乙所示.当线圈通以如图乙所示的电流时(a端电流方向为垂直纸面向外)，下列说法正确的是( ) A．根据指针偏转角度的大小，