第1章 第1节 磁场对通电导线的作用力-【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）

第一章 安培力与洛伦兹力 第1节磁场对通电导线的作用力 答案精解P1s [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 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） 课前教材预案● 教材梳理 磁铁，② ,③铁质圆柱，④ 知识点1安培力的方向 ⑤ ,⑥指针. 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，并且都与手学在同一平面内：让磁感线 ,并使四指指向 2.原理：安培力与电流的关系.通电线圈在磁场 ,这时 所指的方向就是通电 中受到 而偏转，线圈偏转的角度越 导线在磁场中所受安培力的方向。 大，被测电流就 根据指针的 知识点2安培力的大小 可以知道被测电流的方向。 如图甲、乙所示，导线电流为I,长度为1，磁场的 3.特点：极靴与铁质圆柱间的磁场都沿 磁感应强度为B 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.如图甲所示，通电导线与磁场方向垂直，此时 安培力F= 1自主检测川 2.如图乙所示，通电导线与磁场方向平行，此时 1.判断下列说法的正误 安培力F (1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同. 3.如图丙所示，当通电导线与磁场不垂直时，此 () 时安培力F= (2)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指 知识点3磁电式电流表 指向安培力的方向。 () 1.构造：图中磁电式电流表各部件分别为①永久 (3)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到 第一章安培力与洛伦兹力 的螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向 2.(多选)把通有电流I、长度为1的直导线放在 是相反的， 磁感应强度为B的匀强磁场中，关于导线所受 (4)两根通电导线在同一匀强磁场中，若导线 安培力大小的说法正确的是 () 长度相同，电流大小相等，则所受安培力大小 A.可能为0 B.一定为BIl 相等，方向相同， ( C.可能小于BIl D.可能大于BIl 课堂 深度探究●。 考点安培力的方向 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 【情境导学】按照如图所示进行实验.仅上下交换 心→四指指向电流方向，确定安培力的方向。 磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方 【变式1】如图所示，D是置于电磁铁两极间的一 向是否改变？仅改变导线中电流的方向，导 段通电直导线，电流方向垂直于纸面向里，在 线受力的方向是否改变？ 开关S接通后，导线D所受安培力的方向是 铁 争知识拓展 A.竖直向上 B.竖直向下 1.安培力方向的特点 C.水平向左 D.水平向右 安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁 考点2安培力的大小 场方向，即垂直于电流I和磁场B所决定的 【情境导学】在如图甲所示的探究影响安培力大 平面 小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁 问题 B11 用左手定则判断 场（磁感应强度为B)中，得出的安培力F与 B与I 沿垂直于乃平行 导线长度1、电流大小I有怎样的关系？当导 有夹们 」B丙方向分解1 问题巴 B与J 不乖白 线平行磁场方向放人时，它受到的安培力多 B∥T导线不受安培力作用 大？如图乙所示，当导线和磁场方向的夹角 2.判断安培力方向的步骤 为0时，它受到的安培力多大？ (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 ”×···××× 下×··× A B 物理选择性必修第二册课堂学案 争知识拓展 置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的 对公式F=IlBsin0的理解 匀强磁场中，当在该导线中通过由C到A、大 1.公式F-IlBsin0中B对放入的通电导线来说 小为I的恒定电流时，该导线受到的安培力 是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身 的大小和方向是 产生的磁场对外加磁场的影响。 2.公式F=IlBsin0中0是B和I方向的夹角 (1)当0=90时，即B⊥1，sin0=1,公式变为 F=IB. (2)当0=0时，即B∥1，F=0. A.BL,平行于OC向左 3.公式F=IIBsin0中I指的是导线在磁场中的 “有效长度”，弯曲导线的有效长度1等于连接 B.22B业，平行于0C向右 两端点直线段的长度（如图虚线所示）：相应的 C.22BL,垂直A.C的连线指向左下方 电流沿导线由始端流向末端， D.2￥2BL,垂直A、C的连线指向左下方 考点3磁电式电流表 【知识拓展】 推论：对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平 1.磁电式电流表的工作原理 面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度(=0， 通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏 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 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 XX 靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转 【例题2】如图所示，导线框中电流为I,导线框垂 动时，所受安培力的方向总与线圈平面垂直， 直于磁场放置，磁感应强度大小为B,AB与 使表盘刻度均匀. CD相距为d,则棒MN所受安培力大小为 3.磁电式电流表的灵敏度 (1)电流表的灵敏度：是指在通人相同电流的 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 A.F=Bld B.F=BIdsin 0 流表的灵敏度，就要使在相同电流下线圈所受 C.F=Bld 的安培力增大，可通过增加线圈的匝数、增大 sin D.F=BIdcos 0 永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小 思维导引：(1)磁场与电流方向是否垂直； 转轴处摩擦等方法实现。 (2)在本间题情形中，用F=Bl求解时，导线 【例题3】如图甲所示是磁电式电流表的结构示 的长度应为品) 意图，极靴和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如 【变式2】如图所示，AC是一个用长为L的导线 图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电 弯成的以O为圆心的四分之一圆弧，将其放 流I,线圈中的：导线电流方向垂直纸面向 6 第一章安培力与洛伦兹力 外，b导线电流方向垂直纸面向里，4、b两条 【变式3】磁电式仪表的基本组成部分是磁铁、线 导线所在处的磁感应强度大小均为B,则 圈、铁芯等，下列关于电表的说法正确的是 刻度盘 指针 磴铁 铁 指针 蝶旋 线围 弹 甲 圆柱发铁芯 A.该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向 不同 A.电表里面是匀强磁场 B.该线圈的磁通量为BL B.电表里面的铁芯是为了减小线圈与磁场间 C.a导线受到的安培力方向向下 的作用 D.线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈 C,电表中通的电流越大，指针偏转角度越大 转动 D.改变电流方向，指针偏转方向不变 课末 随堂演练● L.(安培力的方向)教学中常用如图甲所示的装 3.(安培力大小的计算)如图所示的各图中，磁场 置演示通电导体在磁场中受力的情况.现将图 的磁感应强度大小相同，导线两端点距离均相 中的蹄形磁铁改用图乙所示的电磁铁代替，则 等，导线中电流均相等，则各图中有关导线所 合上开关时，下列判断正确的是 受安培力的大小的判断正确的是 () 游 A.d图最大 B.b图最大 A.电磁铁上端为N极，下端为S极，导体棒ab C.一样大 D.无法判断 向右运动 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 B.电磁铁上端为N极，下端为S极，导体棒ab 布的.若线圈中通以如图乙所示的电流，下列 向左运动 说法错误的是 () C.电磁铁上端为S极，下端为N极，导体棒ab 指针 刻度盘 向右运动 D.电磁铁上端为S极，下端为N极，导体棒ab 磁铁 铁芯 向左运动 极 2.(安培力大小的计算)（多选）一根长为0.2m、 电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为 ”线圈 弹资 0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可 甲 能是 () A.在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟 A.0.4NB.0.2NC.0.1ND.0 磁感线平行 物理选择性必修第二册课堂学案 B.线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动 D.若刻度盘最左侧刻度为零，则线圈中所通电 C.当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的 流方向只能如图乙所示 安培力方向向上 友情提示完成Ps课时作业（一） 培优课一安培力作用下导体的运动和平衡问题 答案精解Ps4 [学习目标]1.熟练应用左手定则判断安培力的方向和导体的运动方向（物理观念）.2.会分析在 安培力作用下的平衡问题（科学思维）.3.会结合牛顿第二定律求导体棒的鳞时加速度（科学思维）， 课堂深度探究●。 考点1安培力作用下通电导体的运动 (续表) L.分析思路 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运 动的问题，可先分析电流在磁体磁场中 (1)不管是电流还是磁体，对通电导体的作用 转换研究 所受的安培力，然后由牛顿第三定律确 都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导体 对象法 定磁体所受电流磁场的作用，从而确定 所在位置的磁场分布情况. 磁体所受合力及运动方向 (2)结合左手定则准确判断导体所受安培力的 方向 【例题1】如图所示，把一重力不计的通电直导线 (3)由导体的受力情况判定导体的运动方向. AB水平放在蹄形磁体磁极的正上方，导线可 2.求解方法 以在空间中自由运动，当导线通以图示方向 电流I时，导线的运动情况是（从上往下看） 把整段导线分为许多段直电流元，先用 左手定则判断每段电流元受力的方向， 电流元法 然后判断整段导线所受合力的方向，从 而确定导线运动方向 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管 等效法 可等效成条形磁体或多个环形电流，反 之等效也成立 A顺时针转动，同时下降 B.顺时针转动，同时上升 通过转动通电导线到某个便于分析的特 特殊位 C.逆时针转动，同时下降 殊位置（如转过90°角），然后判断其所受 置法 D.逆时针转动，同时上升 安培力的方向，从而确定其运动方向 【变式1】（多选）如图所示，一条形磁体放在水平 两平行直线电流在相互作用过程中，无转 桌面上，在其左上方固定一根与磁体垂直的 动趋势，同向电流互相吸引，异向电流互 结论法 长直导线，当导线通以垂直纸面向里方向的 相排斥：两不平行的直线电流相互作用 电流时，磁体始终处于静止状态，下列判断正 时，有转到平行且电流方向相同的趋势 确的是 ()课堂学案答案 第一章 安培力与洛伦兹力 R-2L,AC的有数长度为1=2R=22L,所受安培力大 第1节磁场对通电导线的作用力 小为FA=B1=22B业，由左手定则判断方向，垂直A.C 课前·教材预率 的连线指向左下方，选项C正确. 【教材梳理】 [例题3]D解析根据磁感线疏密表示磁场强弱可知，该磁场 知识点1 的磁感应强度并非处处大小相等，选项A错误：线园与磁 1.通电导线 感线平行，故穿过该线圈的磁通量为零，选项B错误：导 2.磁场方向电流方向磁场方向电流方向 线电流方向垂直纸面向外，所在处磁场方向向右，根据左手 3.从掌心垂直进人电流的方向拇指 定则，所受安培力方向向上，选项C错误：线图转动时，螺旋 知识点2 弹簧被扭动，阻碍线图转动，选项D正确. 1.IIB 2.0 3.BIlsin0 [变式3]C解析电表内的磁场是均匀辐向分布磁场，不是句 知识点3 强磁场，选项A错误；铁芯被磁化变成了磁铁，它的磁场和 1.极靴螺旋弹簧线圈 线圈的磁场同向、相互叠加加强，增大线图与磁场间的作 2.安培力越大偏转方向 用，选项B错误：线圈所受安培力力的大小随电流增大而增 3.半径平行相等4.很弱很弱 大，所以电表中通的电流越大，指针偏转角度越大，选项C 【自主检测】 正确：改变电流方向，线圈所受安培力的方向发生变化，指 1.(1)×(2)/(3)√(4)× 针偏转方向发生改变，选项D错误 2.AC解析当导线与磁场方向平行时，导线受到的安培力为 课末·随堂演练 0,选项A正确：当导线与磁场方向垂直时，导线受到的安培 1,A解析对于电磁铁，根据电池正负极判断线圈电流方向， 力最大，为Bl,选项C正确，BD错误， 运用右手定则判断电磁铁上瑞为N极，下端为S极，选项C、 课堂·深度探究 D错误：对于导体棒，根据电源正负极判断电流方向，并且磁 【情境导学】 场方向向下，运用左手定则可知导体棒所受安培力向右，故 答案受力的方向改变；受力的方向改变. 导体棒ab向右运动，选项B错误，A正确. [例题1门C解析A图，电流的方向向上，让磁场垂直于左手 2.BCD解析根据安培力的定义，当磁感应强度B与通电电 掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，选 流I方向垂直时，磁场力有最大值为F=Bl=0.5X2X 项A错误：B图，电流的方向与磁场的方向平行，电流不受 0.2N=0.2N:而当两者方向平行时，磁场力有最小值为0： 安培力的作用，选项B错误：C图，电流的方向向右，让磁场 随着两者方向央角的不同，磁场力大小可能在0.2N与0之 垂直于左手掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方 间取值， 向向上，选项C正确；D图，电流的方向向里，让磁场垂直于 3.C解析安培力公式F-BI1,其中I1为垂直于磁场方向的 左手掌心穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，选 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 项D错误 的安培力大小相等，选项C正确. [变式门A解析在开关S接道后，线圈中电流由左侧流入， 4.C解粝磁场是均匀地辐向分布，所以磁感线始终与线圈平 由安培定则可知电磁铁右侧为N极，故导线所在处的磁场 面平行，选项A正确：当通电后，处于磁场中的线圈受到安 方向向左，由左手定则可知，导线所受安培力方向竖直向 培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则受到弹簧的阻力， 上，选项A正确。 从而阻碍线图转动，选项B正确：由左手定则可判定，当线图 【情境导学】 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 答案F一BI:0:将磁感应强度B沿平行导线方向和垂直导线 错误：由左手定则可判定，如图乙所示的位置，b端受到的安 方向进行分解，如图所示，则B1=Bsin0,F=B.Il=IIBsin 0. 培力方向向下，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，故线图 中所通电流方向只能如图乙所示，选项D正确. 培优课一安培力作用下导体的运动和平衡问题 课堂·深度探究 [例题2]C解析棒MN在磁场中有效电流的长度L= [例题1门C解析如图所示，将导线AB分成左、中、右三部分. sin 0' 中间一段开始时电流方向与磁场方向一致，不受力：左端 尉F=BL-选项C正流 段所在处的磁场方向斜向右上，根据左手定则知其受力方 [变式幻C侣团由于四分之一国教的长度为L-2坐，中 向向外：右端一段所在处的磁场方向斜向右下，受力方向向 里，当转过一定角度时，中间一段电流不再与磁场方向平 154·