1.1磁场对通电导线的作用力 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第一章 安培力与洛伦兹力 1.1磁场对通电导线的作用力 导练 历史上最早发现电流的磁效应的人物是谁？ 奥斯特：通电导线对小磁针有力的作用 小磁针对通电导线有无力的作用？ 由作用力与反作用力，小磁针对通电导线有力的作用。 复习引入 导练 电场 电荷 磁场 通电导线 ？ 电场力 安培力 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，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力（Ampèreforce），把电流的单位定为安培。 那安培力的方向和大小如何去判定呢？ 导练 观察思考：安培力方向与什么因素有关？ 演示实验(控制变量法): (1)、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。 (2)、改变磁场的方向，观察受力方向是否变化。 实验探究 猜想：磁感应强度方向、电流方向... ... 导练 ①改变磁场方向 ②改变电流方向 I B F I B F 你能用简洁 的方法表达 F、B、I方向 的关系？ 安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面 导练 次数 磁场方向 电流方向 安培力方向 图 1 向下 垂直纸面向外 水平向右 2 垂直纸面向里 水平向左 3 向上 水平向右 4 垂直纸面向外 水平向左 F F F F 现象 结论：安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直 观察与思考 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；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，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。 B I F 说明：F⊥I,F⊥B,F⊥B、I决定的平面。但B、I不一定垂直。 左手定则 导练 当电流方向和磁场方向不垂直时（夹角为θ），如何判定安培力的方向呢？ B F B⊥ B∥ I 四指指向电流的方向，磁感线斜着穿入手心（或磁感线的分量垂直穿过手心），此时大拇指的方向为安培力的方向（如图所示）. B I 思考与讨论 思考与讨论 1.画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 答案　 练习 学习目标 2.(课本第6页第2题)在图中画出通电导体棒ab所受的安培力的方向 F B F B B F 练习 导练 F F F 同向电流 F 反向电流 平行通电直导线之间的相互作用 两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用，他们之间的力是引力还是斥力？ 导练 1. 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，即： 2.在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向平行的情况下，即： B L I B I F安＝0 安培力大小 观察与思考 3.当导线(电流I，长度L)与磁场B方向不垂直时(夹角为θ)，所受安培力大小是多少？ B∥ B⊥ 分解磁感应强度B 思路：变不垂直成垂直 当电流方向和磁场方向的夹角为θ时，F=Bsinθ θ 安培力大小 思考与讨论 .当导线不是直导线时，此时导线受到的安培力如何计算？ L L L L 公式F＝BIL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. 安培力大小 思考与讨论 3.(多选)如图所示的四幅图中，导体棒的长度均为L，匀强磁场的磁感应强度大小均为B，在各导体棒中通有相同的电流I.则下列选项正确的是 A.图甲中导体棒所受的安培力大小为BIL B.图乙中导体棒所受的安培力大小为BIL C.图丙中导体棒所受的安培力大小为 D.图丁中导体棒所受的安培力大小为 √ √ 练习 导练 题图甲中，因导体棒与磁场方向平行，所以安培力为零； 题图乙中，导体棒与磁场方向垂直，则安培力的大小为F1＝BIL； 题图丙中，导体棒与磁场方向垂直，则安培力的大小为F2＝BIL； 题图丁中，导体棒与磁场方向成60°角，则安培力的大小为F3＝ BILsin 60°＝ ，故选B、D. 4.如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示，则导线abcd受到的磁场的作用力的合力 A.方向沿纸面向上，大小为( ＋1)BIL B.方向沿纸面向上，大小为3BIL C.方向沿纸面向下，大小为( ＋1)BIL D.方向沿纸面向下，大小为3BIL √ 练习 导线abcd在磁场中的有效长度为a点到d点之间距离，即l＝2Lsin 45°＋L＝( ＋1)L；根据安培力公式可得导线abcd受到的磁场的作用力的合力大小F＝BIl＝( ＋1)BIL；再根据左手定则可判断F的方向为沿纸面向上，故选A. 磁电式电流表 1.磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁体、极靴(软铁制成)、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成). 电磁式电流表 观察与思考 该磁场并非匀强磁场 （2） 该磁场是否匀强磁场？ （3） 该磁场有什么特点？ （1）电流表中磁场分布有何特点呢？ 电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度。 在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度 B 的大小是相等的。 电磁式电流表 导练 （1）蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动。 （2）线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。 电磁式电流表工作原理 导练 （3）磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。 （4）当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。 线圈转动的轨迹圆上B大小处处相等，当线圈转动时B与I始终互相垂直。 F=ILB θ ∝ I，表盘的刻度均匀 导练 磁电式电流表的特点： (1)磁体和铁芯之间是辐向均匀分布的磁场 (2)线圈平面始终与磁感线平行 (3)表盘刻度均匀分布 优点：灵敏度高，可以测量很弱的电流. 缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱. 观察思考 观察与思考 导练 导练 5.如图甲是高中物理电学实验中常用的磁电式电流表的结构，其内部磁场分布和线圈中电流流向剖面示意如图乙所示.关于磁电式电流表的下列各项说法中正确的是 A.当线圈在如图乙所示位置时b端受到的安 培力方向向上 B.线圈中电流越大，安培力就越大，螺旋弹 簧的形变也越大，线圈偏转的角度也越大 C.电流表中的磁场是匀强磁场 D.线圈无论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，所以线圈不受安培力 √ 练习 导练 根据左手定则可得线圈b端在磁场中受到的安培力的方向向上，A错误； 电流表中的磁场不是匀强磁场，C错误； 线圈平面和磁感线平行只能说明磁通量一直为零，但是导线和磁场不平行，所以安培力不可能为零，D错误，故选B. BIL BIL BIL $$