第1章 第1节 磁场对通电导线的作用力（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修 第二册（人教版2019）

安培力与洛伦兹力 第一章　 第1节　磁场对通电导线的作用力 返回目录 物理　选择性必修2 　 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课时作业(一) 课前　教材预案 知识点1　安培力的方向 通电导线 磁场方向 电流方向 磁场方向 电流方向 从掌心垂直进入 电流的方向 拇指 返回目录 物理　选择性必修2 　 知识点2　安培力的大小 IlB 0 BIlsin θ 返回目录 物理　选择性必修2 　 知识点3　磁电式电流表 极靴 螺旋弹簧 线圈 返回目录 物理　选择性必修2 　 安 越大 偏转方向 半径 平行 相等 很弱 很弱 培力 返回目录 物理　选择性必修2 　 × √ √ × 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 课堂　深度探究 考点1　安培力的方向 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 考点2　安培力的大小 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 考点3　磁电式电流表 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 返回目录 物理　选择性必修2 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [学习目标] 1.通过实验认识安培力的方向，会计算安培力的大小，了解安培力在生产、生活中的应用；观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理(物理观念).2.会用左手定则判断安培力的方向；经历一般情况下安培力表达式的得出过程，体会矢量分析的方法(科学思维).3.经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法(科学探究).4.在实验探究的过程中，体会物理知识与科学技术的关系，有较强的学习和研究物理的兴趣，具有实事求是的态度(科学态度与责任)． 1．安培力：_______________在磁场中受到的力． 2．安培力的方向与_______________、_______________有关；安培力垂直于_______________与_______________决定的平面． 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__________________，并使四指指向______________，这时________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向． 如图甲、乙所示，导线电流为I，长度为l，磁场的磁感应强度为B． 1．如图甲所示，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力F＝________. 2．如图乙所示，通电导线与磁场方向平行，此时安培力F＝____. 3．如图丙所示，当通电导线与磁场不垂直时，此时安培力F＝_____________. 磁电式电流表 1．构造：图中磁电式电流表各部件分别为①永久磁铁，②________，③铁质圆柱，④____________，⑤________，⑥指针． 2．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到___ _______而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就________.根据指针的____________，可以知道被测电流的方向． 3．特点：极靴与铁质圆柱间的磁场都沿________方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线________，且线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都________. 4．优点：灵敏度高，可以测出________的电流． 缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流________. 1．判断下列说法的正误 (1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同．(　 　) (2)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力的方向．(　 　) (3)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到的螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的．(　 　) (4)两根通电导线在同一匀强磁场中，若导线长度相同，电流大小相等，则所受安培力大小相等，方向相同．(　 　) 2．(多选)把通有电流I、长度为l的直导线放在磁感应强度为B的匀强磁场中，关于导线所受安培力大小的说法正确的是(　　) A．可能为0 B．一定为BIl C．可能小于BIl D．可能大于BIl 答案　AC 解析　当导线与磁场方向平行时，导线受到的安培力为0，选项A正确；当导线与磁场方向垂直时，导线受到的安培力最大，为BIl，选项C正确，B、D错误. 【情境导学】 按照如图所示进行实验．仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？仅改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？ 答案　受力的方向改变；受力的方向改变． 1．安培力方向的特点 安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所决定的平面． 2．判断安培力方向的步骤 (1)明确研究对象； (2)用安培定则或根据磁体的磁场特征，画出研究对象所在位置的磁场方向； (3)由左手定则判断安培力方向． 【例题1】 下列各图中，表示磁场方向、电流方向及导线所受安培力方向的相互关系，其中正确的是(　　) 思维导引：(1)先明确电流和磁场的方向；(2)按照程序，即伸开左手手掌→磁感线穿过掌心→四指指向电流方向，确定安培力的方向． 答案　C 解析　A图，电流的方向向上，让磁场垂直于左手掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，选项A错误；B图，电流的方向与磁场的方向平行，电流不受安培力的作用，选项B错误；C图，电流的方向向右，让磁场垂直于左手掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向上，选项C正确；D图，电流的方向向里，让磁场垂直于左手掌心穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，选项D错误． 【变式1】 如图所示，D是置于电磁铁两极间的一段通电直导线，电流方向垂直于纸面向里，在开关S接通后，导线D所受安培力的方向是(　　) A．竖直向上 B．竖直向下 C．水平向左 D．水平向右 答案　A 解析　在开关S接通后，线圈中电流由左侧流入，由安培定则可知电磁铁右侧为N极，故导线所在处的磁场方向向左，由左手定则可知，导线所受安培力方向竖直向上，选项A正确． 【情境导学】 在如图甲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？当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？如图乙所示，当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？ 　 答案　F＝BIl；0；将磁感应强度B沿平行导线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则B⊥＝Bsin θ，F＝B⊥Il＝IlBsin θ. 对公式F＝IlBsin θ的理解 1．公式F＝IlBsin θ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响． 2．公式F＝IlBsin θ中θ是B和I方向的夹角 (1)当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式变为F＝IlB．　 (2)当θ＝0时，即B∥I，F＝0. 3．公式F＝IlBsin θ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度l等于连接两端点直线段的长度(如图虚线所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端． 推论：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，故通电后线圈在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零，如图所示． 【例题2】 如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度大小为B，AB与CD相距为d，则棒MN所受安培力大小为(　　) A．F＝BId B．F＝BIdsin θ C．F＝　　　　 D．F＝BIdcos θ 思维导引：(1)磁场与电流方向是否垂直；(2)在本问题情形中，用F＝BIl求解时，导线的长度应为 . 答案　C 解析　棒MN在磁场中有效电流的长度L＝，则F＝BIL＝，选项C正确． 【变式2】 如图所示，AC是一个用长为L的导线弯成的以O为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中．当在该导线中通过由C到A、大小为I的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是(　　) A．BIL，平行于OC向左 B．，平行于OC向右 C．，垂直A、C的连线指向左下方 D．2BIL，垂直A、C的连线指向左下方 答案　C 解析　由于四分之一圆弧的长度为L＝，即 R＝，AC的有效长度为l＝R＝，所受安培力大小为FA＝BIl＝，由左手定则判断方向，垂直A、C的连线指向左下方，选项C正确． 【知识拓展】 1．磁电式电流表的工作原理 通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转，偏转的方向不同，被测电流的方向不同． 2．磁电式电流表的磁场特点 两磁极间装有极靴，极靴中有铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，所受安培力的方向总与线圈平面垂直，使表盘刻度均匀． 3．磁电式电流表的灵敏度 (1)电流表的灵敏度：是指在通入相同电流的情况下，指针偏转角度的大小，偏角越大，灵敏度越高． (2)提高灵敏度的方法：如果要提高磁电式电流表的灵敏度，就要使在相同电流下线圈所受的安培力增大，可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现． 【例题3】 如图甲所示是磁电式电流表的结构示意图，极靴和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则(　　) A．该磁场的磁感应强度大 小处处相等，方向不同 B．该线圈的磁通量为BL2 C．a导线受到的安培力方向向下 D．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动 答案　D 解析　根据磁感线疏密表示磁场强弱可知，该磁场的磁感应强度并非处处大小相等，选项A错误；线圈与磁感线平行，故穿过该线圈的磁通量为零，选项B错误；a导线电流方向垂直纸面向外，所在处磁场方向向右，根据左手定则，所受安培力方向向上，选项C错误；线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动，选项D正确． 【变式3】 磁电式仪表的基本组成部分是磁铁、线圈、铁芯等，下列关于电表的说法正确的是(　　) A．电表里面是匀强磁场 B．电表里面的铁芯是为了减小线圈 与磁场间的作用 C．电表中通的电流越大，指针偏转角度越大 D．改变电流方向，指针偏转方向不变 答案　C 解析　电表内的磁场是均匀辐向分布磁场，不是匀强磁场，选项A错误；铁芯被磁化变成了磁铁，它的磁场和线圈的磁场同向、相互叠加加强，增大线圈与磁场间的作用，选项B错误；线圈所受安培力力的大小随电流增大而增大，所以电表中通的电流越大，指针偏转角度越大，选项C正确；改变电流方向，线圈所受安培力的方向发生变化，指针偏转方向发生改变，选项D错误． 1．(安培力的方向)教学中常用如图甲所示的装置演示通电导体在磁场中受力的情况．现将图中的蹄形磁铁改用图乙所示的电磁铁代替，则合上开关时，下列判断正确的是(　　) 　 A．电磁铁上端为N极，下端为S极，导体棒ab向右运动 B．电磁铁上端为N极，下端为S极，导体棒ab向左运动 C．电磁铁上端为S极，下端为N极，导体棒ab向右运动 D．电磁铁上端为S极，下端为N极，导体棒ab向左运动 答案　A 解析　对于电磁铁，根据电池正负极判断线圈电流方向，运用右手定则判断电磁铁上端为N极，下端为S极，选项C、D错误；对于导体棒，根据电源正负极判断电流方向，并且磁场方向向下，运用左手定则可知导体棒所受安培力向右，故导体棒ab向右运动，选项B错误，A正确． 2．(安培力大小的计算)(多选)一根长为0.2 m、电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是(　　) A．0.4 N B．0.2 N C．0.1 N D．0 答案　BCD 解析　根据安培力的定义，当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时，磁场力有最大值为F＝BIl＝0.5×2×0.2 N＝0.2 N；而当两者方向平行时，磁场力有最小值为0；随着两者方向夹角的不同，磁场力大小可能在0.2 N与0之间取值． 3．(安培力大小的计算)如图所示的各图中，磁场的磁感应强度大小相同，导线两端点距离均相等，导线中电流均相等，则各图中有关导线所受安培力的大小的判断正确的是(　　) A．d图最大 B．b图最大 C．一样大　　 D．无法判断 答案　C 解析　安培力公式F＝BIl⊥，其中l⊥为垂直于磁场方向的有效长度，a、b、c、d四个图中导线的有效长度相等，所以所受的安培力大小相等，选项C正确． 4．(磁电式电流表)磁电式电流表的构造如图甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的．若线圈中通以如图乙所示的电流，下列说法错误的是(　　) A．在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行 B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动 C．当线圈在如图乙所示的位置时， b端受到的安培力方向向上 D．若刻度盘最左侧刻度为零，则 线圈中所通电流方向只能如图乙所示 答案　C 解析　磁场是均匀地辐向分布，所以磁感线始终与线圈平面平行，选项A正确；当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则受到弹簧的阻力，从而阻碍线圈转动，选项B正确；由左手定则可判定，当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，选项C错误；由左手定则可判定，如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，因此安培力使线圈沿顺时针方向转动，因刻度盘最左侧刻度为零，故线圈中所通电流方向只能如图乙所示，选项D正确． $$