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 第1节　磁场对通电导线的作用 1 问题：磁感应强度是如何定义的？ 答：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。即： 问题：磁场的基本性质是什么？ 答：对放入其中的磁体或电流能产生力的作用 问题：任意两条通电导线之间的作用力有什么特征？ 答：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 为了纪念安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出的杰出贡献，人们把磁场对通电导线的作用力称为安培力，把电流的单位定为安培。 知识复习 问题思考 在必修课中，我们已经知道了磁场对通电导线有作用力，并从这个现象入手定义了物理量——磁感应强度B。 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。 学习目标、学科素养 1.通过实验认识安培力的方向及大小，了解安培力在生产生活中的运用，会用左手定则判断安培力的方向。 2.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。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。 3.观察磁电式电流表的结构，知道磁电式电流表的工作原理，体会物理知识与科学技术的关系。 1.物理观念: 通过安培力的学习进一步认识运动与相互作用观念和理解场的观念 2.科学思维: 能运用矢量分解的思想方法，推导出磁场与通电导线成夹角时安培力的公式 3.科学探究: 能通过实验探究，得到左手定则 安 培 1775 ─ 1836 这个力的方向如何判断， 这个力的大小又跟哪些因素有关呢？ 通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力，是为了纪念安培而命名的。 麦克斯韦把安培誉为“电学中的牛顿”。 一、安培力 研究安培力的方向与哪些因素有关 一、安培力的方向 实验方案： 1.实验方法：控制变量法 2.实验步骤：按照图所示，组装好器材，进行实验，观察导体棒受力方向。 （1）上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察导体棒受力方向是否改变。 （2） 改变导体棒中电流的方向，观察受力方向是否改变。 猜想：磁感应强度方向、电流方向... ... 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。 实验结论 研究安培力的方向与哪些因素有关 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，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。 你能根据实验结果总结一下判断安培力方向的方法吗？ 磁场、电流、安培力三者方向描述有什么困难？ 二、左手定则 F B I F B I o I F B 垂直于纸面向里的磁场 垂直于纸面向外的磁场 垂直于纸面向里的电流 垂直于纸面向外的电流 F I B I B F B I F 当电流与磁场方向不垂直时，如何判断安培力方向？ 研究安培力的问题要涉及三维空间，为了描述方便，我们可以将立体图转平面图，物理学规定“×进·出” 左手定则——立体转平面 当电流与磁场方向夹角为 θ 时: B F B⊥ B∥ I B I 现在你能解释必修三中通电导线间相互作用力的实验现象了吗？ F一定与B垂直，一定与I垂直；即安培力垂直于电流和磁场所在的平面,但 B 与 I 不一定垂直. 电流与磁场方向不垂直的安培力方向 如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。 用学过的知识加以分析 F F F 同向电流 F 反向电流 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 通电导线间的相互作用 练习与应用 练习与应用 【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)。 典例 1.如图所示,甲、乙两图已知电流方向及其所受安培力的方向,试判断磁场方向。丙、丁两图已知磁场方向及安培力的方向,试画出电流方向。(假设磁场方向与电流方向垂直) 当堂练习 1.在如图所示的匀强磁场中,已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流的安培力F三者的方向,其中错误的是(　　) 答案:C 解析:根据左手定则可知选项A、B、D正确。选项C中电流和磁场方向平行,不受安培力,选项C错误。 随堂训练 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。 公 式 F = IlB 三、安培力的大小 三、安培力的大小 在匀强磁场B中，通电直导线与磁场方向垂直和平行的情况下，导线上的电流为I，导线所受安培力F应怎样求？ F＝ILB （1）当 B⊥I 时 （2）当 B∥I 时 F＝0 （3）当 B 和 I 夹角为θ时 F＝? 此时电流所受的安培力最大 电流所受的安培力等于零 所受安培力介于最大值和零之间 （3）当导线（电流I）与磁场B方向夹θ角时: F = B2IL＝BILsinθ (θ为B与I的正向夹角) B1 B2 B 方法一：分解磁感应强度B 思路：变不垂直成垂直 方法二：投影导线 L1 F = BIL1＝BILsinθ (θ为B与I的正向夹角) 三、安培力的大小 （4）安培力大小计算公式的深入理解 ② 弯曲导线的有效长度 L，等于连接两端点直接的长度(如图所示)；相应的电流沿 L 由始端向末端。 ① 公式 F＝ILB 中 L 指的是“有效长度”。当 B 与 I 垂直时，F 最大，F＝ILB；当 B 与 I 平行时，F＝0。 三、安培力的大小 练习与应用 【例2】 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=l,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(　　) C 典例 2.如图所示,粗细均匀的正方形导体框边长为L,磁感应强度为B的匀强磁场与导体框平面垂直,从导体框的对角流入、流出大小为I的电流,则导体框受到安培力的大小为(　　) C 当堂练习 四、磁电式电流表 在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的。 . 刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。 铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。 四、磁电式电流表 再次仔细观察磁电式电流表结构，思考电流表的指针为什么最终能稳定的指向某一刻度，且偏转角度大小能反映电流大小？ 磁电式电流表的结构 线圈通电时，安培力使线圈转动时 变形 产生弹力阻碍转动 安培力与弹力 平衡，指针停止 转动 电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大 观察表盘发现，电流表表盘刻度是均匀的，这说明了指针偏转角度与电流成正比，如何才能实现这一要求？ 四、磁电式电流表 极靴和铁质圆柱使磁场沿半径方向，旋转的线圈在磁场中受到的安培力有什么特点？ 电流表表盘的刻度是均匀的，即指针偏转角度与电流大小成正比，你知道这是如何实现的吗？ 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 四、磁电式电流表 A.2IlB B.IlB C.(2+)IlB D.4IlB A.0 B.BIL C.BIL D.2BIL $$