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

启迪智慧 1.1磁场对通电导线的作用力 人教版 选择性必修二 第一章 授课人：刘昊明 启迪智慧 启迪智慧 复习导入 磁场既看不见也摸不着，但却客观存在的物质。为了描述磁场，我们定义了描述磁场强弱及方向的物理量——磁感应强度B，单位——特斯拉（T）。 我们采用了比值定义法： （当B与I垂直时） I 是通电导线中流过的电流 ；L 是通电导线处在磁场中的有效长度； 其中 F 是磁场对通电导线的作用力，人们称之为安培力，本节课我们将要一起来探究安培力的方向和大小。 ——为了纪念安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力（Ampèreforce） 启迪智慧 安培力的方向 PART 01 启迪智慧 PART 01 提出问题：安培力的方向与那些因素有关？ 做出假设：电流方向、磁场方向 设计实验： 1.物理方法：控制变量法 2.实验步骤：如所示，组装好器材，进行实验，依次改变条件，观察记录导体棒受力方向。 （1）改变电流方向，观察导体棒受力方向是否改变。 （2）改变磁场方向，观察导体棒受力方向是否改变。 实验结论：安培力方向与电流、磁场方向如何？ 启迪智慧 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个平面内； 让磁感线从掌心垂直进入，且四指指向电流的方向(B⊥I)，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。 众多事实表明，通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。 PART 01 注意：左手定则是描述安培力方向的定则，但区别于安培定则 启迪智慧 安培定则 左手定则 用途 前提 条件 结论 PART 01 判断电流周围磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向 通电直导线 通电螺旋管 通电导线处在磁场中 拇指指向电流方向 四指指向电流环绕方向 磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向 四指环握方向表磁感线方向 拇指指向表示轴线上磁感线的方向 拇指指向表示安培力方向 启迪智慧 右图中，两根平行的通电直导线之间，通过磁场间接发生相互作用， 同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。 小组讨论，用学过的知识加以分析 物理学规定“×进·出”（观看示意图） F F F 同向电流 反向电流 （左手定则结合安培定则） 电流i 电流i PART 01 启迪智慧 电流 I 电流 I F安培力 启迪智慧 PART 01 例.(左手定则)下列各图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和通电直导线所受安培力F的方向,其中正确的是(　　) 注意×进·出 A E F G H B C D C G 启迪智慧 先将下图转化为平面图，再画出安培力 PART 01 B F B F 启迪智慧 安培力的大小 PART 02 启迪智慧 PART 02 在必修三的学习中，我们采用了比值定义法： （当B与I垂直时） 通过公式变形，很容易得到 ,表明，当B与I垂直时，通电导线所受安培力大小等于I、L、B三者的乘积，而当B与I平行时，通电导线所受到的安培力为0。 小组讨论，当B与I之间既不垂直，也不平行时，安培力应该如何计算？（运用矢量知识进行分析，将B进行正交分解） I L 启迪智慧 PART 02 当B与I之间既不垂直，也不平行时，我们可以将B进行正交分解，分解成与电流方向垂直的分量 ，以及与导线方向平行的分量 分别计算两分量对长度为L的通电导线的安培力： 其中 对导线安培力为0，导线所受安培力只由 产生。 由此得到最终表达式： 总结：安培力由四个因素决定，电流I的大小，导线长度L，磁感应强度B的大小，以及B与I之间的夹角共同决定。 启迪智慧 PART 02 巧用有效长度 1、公式F＝ILB中L指的是“有效长度”，当B与I垂直时，有效长度等于导线L自身长度，F 最大；当B与I平行时，有效长度为0，F＝0. 2、弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点间线段长度垂直B的分量，如图所示． B L I I L B L I I L 启迪智慧 PART 02 例题（巧用有效长度）如图所示,一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,其中lAB=lBC=lCD=lDE=2l,且∠C=120°,∠B=∠D =150°。现给这根导线通入由A至E的恒定电流I,则导线受到磁场作用的合力大小为(　　) 答案:C A B C D E 启迪智慧 安培力的实际运用 PART 03 启迪智慧 PART 03 一、基本结构 磁电式电流表最基本结构是磁体和放置在磁体两极之间的线圈。 启迪智慧 PART 03 二、工作原理 在线圈中间加上一