1.1 磁场对通电导线的作用力（课件）-2024-2025学年高二物理同步精讲练（人教版2019选择性必修第二册）

第一章： 安培力与洛伦兹力 高中物理选择性必修第二册 制作：陈庆威 新课引入 01. 奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转，不仅开启了研究电与磁联系的序幕，还使人们认识了这种神奇的“力”。很快，人们就在实验中发现了通电导线在磁场中会受到力的作用。电流表、扬声器、电动机中都有这种作用力。 新课引入 02. 现在，这种力还能应用到交通工具上，让电动车行驶在街头;应用到发射台上，射出数倍音速的炮弹……未来的某一天，可能还会应用到发射塔上，发射航天器…… 在这一章里，就让我们一起去探究这种神奇的作用力吧! 新课引入 03. 电和磁的实验中最明显的现象是处于彼此距离相当远的物体之间的相互作用。因此，把这些现象化为科学形式的第一步就是，确定物体之间作用力的大小和方向。 ——麦克斯韦 第一章：第1节 磁场对通电 导线的作用力 高中物理选择性必修第二册 制作：陈庆威 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第二册 安培力的方向 安培力的大小 磁电式电流表 巩固提升 问题？ 01. 高中物理选择性必修第二册 在右图中，当导体棒中有电流流过时，导体棒就会因受力而发生运动。这个力的方向该如何判断?它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关? 温故知新 02. 高中物理选择性必修第二册 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，把电流的单位定为安培。 安培力是矢量，既有大小又有方向，其方向与哪些因素有关？有什么规律呢？ 安培力 的方向 第一部分 实验设计 01. 高中物理选择性必修第二册 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。 控制变量法 质量相同小球的碰撞 02. 高中物理选择性必修第二册 探究序号 1 2 3 观察记录 实验结论 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。 高中物理选择性必修第二册 实验设计 01. 左手定则 04. 高中物理选择性必修第二册 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。 特点：F⊥B，F⊥I，即F 垂直于B、I 决定的平面． 平行通电导线之间的作用力方向 05. 高中物理选择性必修第二册 电流 电流 磁场 原因分析： F F F F 结论：同向电流相互吸引；反向电流相互排斥。 安培力 的大小 第二部分 温故知新 01. 高中物理选择性必修第二册 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：F=ILB 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：F＝0 思考：当通电导线中的电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时，我们应该如何计算安培力呢? 导线与磁场不垂直时 02. 高中物理选择性必修第二册 F = B2IL＝BILsinθ (θ为B与I的夹角) B1 B2 B 方法一：分解磁感应强度B 分析思路：化不垂直成垂直 导线与磁场不垂直时 03. 高中物理选择性必修第二册 方法二：投影（分解）导线 L1 F = BIL1＝BILsinθ (θ为B与I的夹角) 分析思路：化不垂直成垂直 安培力的大小 04. 高中物理选择性必修第二册 公式： F=ILBsinθ 1.θ表示磁场方向与电流方向的夹角； 2.此公式仅适用于匀强磁场； B θ I 3.安培力除了跟B、I、L有关外，还跟如何放置有关。0≤F≤BIL 弯曲导线的有效长度 05. 高中物理选择性必修第二册 弯曲导线变成直导线L是垂直磁场方向的有效长度，不一定是导线实际长度。 若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。 任一闭合通电导线的有效长度为 0，即所受安培力为 0。 磁电式电流表 第三部分 磁电式电流表的构造 01. 高中物理选择性必修第二册 构造：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）。 极靴 线圈 铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。 质量相同小球的碰撞 02. 高中物理选择性必修第二册 2.该磁场不是匀强磁场 1.特点:电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。 (1)均匀辐向分布，指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。 (2)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。 工作原理 03. 高中物理选择性必修第二册 线圈通电时，安培力使线圈转动时 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 形变 产生弹力阻碍转动 表盘刻度均匀的原因（选学） 04. 高中物理选择性必修第二册 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 这两个力产生的力矩使线圈发生转动。 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。 总结提升 第四部分 课堂小结 高中物理选择性必修第二册 安培力的大小 安培力的方向 磁电式电流表 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。 F=ILBsinθ 特点:电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。 例题1 例题精选 01. 【参考答案】D 高中物理选择性必修第二册 下列关于电流的磁场和通电导体在匀强磁场中所受安培力的判断正确的是（　） A B C D 例题2 例题精选 02. 【参考答案】B 高中物理选择性必修第二册 如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈a、b两边通以图示方向电流，线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则下列选项正确的是（　　） 该磁场为匀强磁场 线圈将逆时针转动 线圈转动过程中受到的安培力逐渐变大 图示位置线圈a边受安培力方向竖直向上 例题3 例题精选 04. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第二册 如图所示为等臂电流天平。它的右臂挂有一个质量为的矩形金属线圈，匝数为N，底边长为L，下部悬在匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。当线圈中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡；然后使电流反向、大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂达到新的平衡。则磁场的磁感强度B的大小为（　　） A． B． C． D． 解析 例题解析 05. 高中物理选择性必修第一册 【解析】当线圈中通有如图所示电流时，调节砝码使两臂达到平衡，令此时左盘砝码、右盘中砝码(包含线圈)的质量分别为、，根据平衡条件，结合左手定则有，使电流反向、大小不变，此时安培力向下，左盘中增加质量为的砝码，才能使两臂达到新的平衡，则有解得可知，上述结果与金属线圈的质量是否忽略无关，选项C正确。故选C。 例题4 例题精选 06. 高中物理选择性必修第二册 如图，在竖直平面内有一个半径为R，质量为M的金属圆环，圆环平面与纸面平行，圆环恰好有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，磁场的水平边界与圆环相交于P、Q点，用绝缘轻绳把放在斜面上的滑块通过定滑轮与圆环相连。当圆环中通有逆时针方向大小为I的电流时，滑块保持静止。已知斜面倾角为30°，斜面和滑轮均光滑，重力加速度为g。求： （1）滑块的质量m； （2）若剪断细线，求剪断细线瞬间圆环的加速度大小。 解析 例题解析 07. 高中物理选择性必修第一册 【解析】（1）设滑块质量为m，圆环处在磁场中部分所受安培力大小为对圆环由平衡条件可得对滑块由平衡条件可得联立可得，滑块的质量 （2）若剪断细线，剪断细线瞬间圆环的加速度大小 THANKS cqw (c) - Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.45 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v1.0.4 Lavf57.71.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.8.25(fixed_gap:False) $$