第1章 1 安培力-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（教科版）

1　安培力 第一章　磁场对电流的作用   [学习目标]　1.通过实验,认识安培力。2.能判断安培力的方向,会计算安培力的大小(重难点)。 课时作业 巩固提升 要点1　认识安培力及其方向 要点2　安培力的大小 内容索引 要点1　认识安培力及其方向 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.认识安培力 定义:磁场对　　 　　的作用力。   2.安培力的方向 (1)方向:用　　　　 判断。  (2)左手定则:伸出左手,四指并拢,使大拇指和其余四指　　　,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直穿过　　,四指指向　 　　　,则 　　　　所指方向就是通电导线所受安培力的方向。  通电导线 左手定则 垂直 手心 电流方向 大拇指 (3)安培力方向的特点 安培力的方向与　　　　方向、磁感应强度的方向都垂直,即垂直于磁场方向与电流方向所在的　　　　。   电流　 平面 [思考与讨论] 如图所示,把一段导体棒悬挂在蹄形磁体的两极间,通以电流,研究通电导体棒受力方向与哪些因素有关。 (1)仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向,导体棒受力的方向是否改变? 提示:(1)改变。 (2)仅改变导体棒中电流的方向,导体棒受力的方向是否改变? 提示: (2)改变。 (3)磁场方向、电流方向和导体棒受力方向是否在同一平面内? 提示: (3)不在同一平面内。 (4)仔细分析实验现象,说明导体棒受力方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系? 提示: (4)导体棒受力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则。 1.安培力方向的特点 (1)当通电导线与磁场的方向垂直时,安培力的方向、通电导线和磁场的方向两两垂直,即它们是三维空间里的位置关系,如图甲所示。 归纳 关键能力 合作探究 (2)如果通电导线与磁场方向不垂直,安培力的方向仍垂直于磁场方向,也垂直于电流方向,即安培力的方向总是垂直于磁场方向与电流方向所在的平面,如图乙所示。应用左手定则时,四指仍指向电流方向,但磁感线要倾斜穿过手心,也可把磁感应强度B分解为垂直导线方向与平行导线方向的两个分量B⊥和B∥,如图丙所示,B∥对通电导线没有作用力,只有B⊥对安培力有贡献。 (3)当通电导线与磁场方向平行时,它受到的安培力为零。 2.安培定则与左手定则的对比理解   安培定则 左手定则 用途 判断电流产生的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向 因果关系 电流是因,磁场是果 电流和磁场共同作为因,安培力是果 注意点 判断安培力的方向不是用安培定则,而是用左手定则 [典例1]　关于磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系,正确的说法是(　　) A.磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的 B.磁场方向一定与安培力方向垂直,但电流方向不一定与安培力方向垂直 C.磁场方向不一定与安培力方向垂直,但电流方向一定与安培力方向垂直 D.磁场方向不一定与电流方向垂直,但安培力方向一定既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直 D 由左手定则可知,安培力方向一定既垂直于磁场方向又垂直于电流方向,但电流方向与磁场方向不一定垂直,故A、B、C错误,D正确。 [典例2]　下列情景中,对安培力的方向判断正确的是(　　)   A.甲图中通电导线静止,磁场方向垂直纸面向里 B.乙图中磁场方向与竖直方向的夹角为θ,电流方向垂直纸面向里 C.丙图中磁场方向竖直向上,导轨水平放置 D.丁图中导体棒静止,磁场方向竖直向上 B 由左手定则可知甲图中通电导线受到的安培力F方向竖直向上,故A错误;乙图通电导线受到的安培力F方向斜向右上方且与磁场B垂直,故B正确;丙图通电导线受到的安培力F方向水平向右,故C错误;丁图导体棒受到的安培力F方向水平向右,故D错误。 [针对训练]　1.如图所示,均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A,A与螺线管轴线垂直,A导线中的电流方向垂直纸面向里,闭合开关S,A受到通电螺线管在A处产生磁场的作用力的方向是(　　)  A.水平向左　　　　　　 B.水平向右 C.竖直向下 D.竖直向上 D 根据安培定则知通电螺线管在A处产生的磁场方向水平向左,再根据左手定则可判断A受到的安培力方向竖直向上,故D正确。 二 要点2　安培力的大小 19 1.当通电导线与磁场方向垂直时,磁场对通电导线的安培力F的大小与导线中的电流I、导线长度L和磁感应强度B成　　　　,用公式表示为F=　　　　。  2.当通电导线与磁场方向　　　　时,导线不受安培力。  3.当通电导线与磁场方向的夹角为θ时,安培力的大小为F=ILB⊥=　　　　。  梳理 必备知识 自主学习 正比 ILB 平行 ILBsin θ [思考与讨论] 在如图所示的实验中,探究安培力的大小与磁场强弱、电流大小、导线长度的关系。 (1)在B、L一定时,增大电流I,导线受力怎么变化? 提示:(1)变大。 (2)在B、I一定时,增大导线的长度L,导线受力怎么变化? 提示: (2)变大。 (3)当通电导线和磁场方向既不垂直也不平行时,如何计算安培力的大小? 提示: (3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解,只计算磁感应强度垂直导线方向分量对导线的作用力。 1.对公式F=ILBsin θ的理解 (1)公式适用于恒定电流I在匀强磁场B中受到的安培力,θ是I与B方向的夹角。 (2)L是通电导线在磁场中的“有效长度”,弯曲导线的有效长度L等于连接两端点线段的长度,如图所示,L甲=d,L乙=2R,L丙=R,L丁=R。 归纳 关键能力 合作探究 2.当电流处在几个磁场的叠加场中,分析安培力时,既可以先求出合磁场再求安培力,也可以先求出这几个磁场分别对电流的安培力,再求各力的矢量和。 [典例3]　如图所示,导线框中电流为I,导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AB与CD相距为d,则MN所受安培力大小(　　) A.F=BId B.F=BIdsin θ C.F= D.F=BIdcos θ 　C 导线框中电流为I,导线框垂直于磁场放置,AB与CD相距为d,此时切割磁场的导线的长度为 ,此时受到的安培力大小为F=BIL=,方向垂直于MN向下,故C正确。 [典例4]　如图所示,三根长为L的平行长直导线的横截面在空间构成等边三角形,电流的方向垂直纸面向里。电流大小均为I,其中A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小均为B0,导线C位于水平面上,处于静止状态,则导线C受到的安培力是(　　) A.B0IL,水平向左 B.B0IL,水平向右 C.0 D.B0IL,水平向左 A 如图所示,A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小均为B0,根据平行四边形定则,结合几何关系可知,A、B电流在C处合磁感应强度方向竖直向下,大小为BC=2B0cos 30°=B0,由左手定则可知,安培力方向水平向左,大小为F=B0IL,故选A。 [针对训练]　2.将长度为L、通有电流I的直导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向如图所示。已知磁场的磁感应强度为B,对于以下各图中导线所受安培力的大小计算正确的是(　　) A A图中,导线不和磁场垂直,将导线投影到垂直磁场方向上,故F=BILcos θ,A正确;B图中,导线和磁场方向垂直,故F=BIL,B错误;C图中导线和磁场方向垂直,故F=BIL,C错误;D图中导线和磁场方向垂直,故F=BIL,D错误。 3.在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的等边三角形线框abc,磁场方向垂直于线框平面,a、c两点间接一直流电源,电流方向如图所示,则(　　) A.导线ab受到的安培力大于导线ac受到的安培力 B.导线abc受到的安培力大于导线ac受到的安培力 C.线框受到的安培力的合力为零 D.线框受到的安培力的合力方向垂直于ac向下 D 设等边三角形的边长为l,导线abc与导线ac并联,流过导线abc的电流I1与流过导线ac的电流I2的关系为I1=I2;导线ab受到的安培力大小为Fab=I1lB=I2lB;导线ac受到的安培力大小为Fac=I2lB=2Fab,故A错误。导线abc的等效长度为l,受到的安培力大小为Fabc=I1lB=I2lB=Fac,故B错误。根据左手定则,导线abc受到的安培力垂直于ac向下,导线ac受到的安培力也垂直于ac向下,故线框受到的安培力的合力垂直于ac向下,合力不为零,故C错误,D正确。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.一根容易发生形变的弹性导线,两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是(　　) 13 D 图A中导线与磁场方向平行,导线所受安培力为零;根据左手定则可判断图B中导线所受安培力方向垂直纸面向里,图C、D中导线所受安培力方向向右,由导线受力以后的弯曲方向与受力方向的关系可知,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 2.(多选)下列各图中,表示电流I的方向、磁感应强度B的方向和磁场对电流作用力F的方向的关系正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 BCD 由左手定则可知,A选项中磁场对电流的作用力F的方向应竖直向上,所以A错误;而B、C、D都符合左手定则,B、C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 3.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 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,A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 4.将一段通电直导线abc从中点b折成120°,分别放在如图所示的匀强磁场中,图甲中导线所在平面与磁场的磁感线平行,图乙中导线所在平面与磁场的磁感线垂直,若两图中两导线所受的安培力大小相等,则甲、乙两图中磁场的磁感应强度大小之比为(　　)   A. B.　 C. D. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 设导线的总长为2L,通过导线的电流为I,题图甲中导线受到的安培力大小为ILB1+ILB1cos 60°=ILB1,题图乙中导线受到的安培力的大小为I·2LB2cos 30°=ILB2,根据题意有ILB1=ILB2,则有=,B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 5.已知某市区地磁场的磁感应强度B约为4.0×10-5 T,其水平分量约为3.0×10-5 T。若市区一高层建筑安装了高50 m的竖直金属杆作为避雷针,在某次雷雨天气中,当带有正电的乌云经过避雷针的上方时,经避雷针开始放电,电流方向自上而下,大小为1.0×105 A,此时金属杆受到地磁场对它的安培力的方向和大小分别为(　　) A.方向向西,大小约为150 N B.方向向西,大小约为200 N C.方向向东,大小约为150 N D.方向向东,大小约为200 N 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 当带有正电的乌云经避雷针放电时,放电电流方向沿避雷针自上而下,若面向北方站立,则空间水平磁场均为“×”,则右侧为东方,左侧为西方,如图所示。由左手定则判定可知金属杆所受安培力的方向向东,大小为F=ILB=1.0×105×50×3.0×10-5 N=150 N,故C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 6.如图所示,在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,将一长为L的导线弯成六分之一圆弧,O为圆心,两端点A、C连线竖直。若给导线通以由A到C电流大小为I的恒定电流,则导线所受安培力的大小和方向为(　　) A.ILB,水平向左 B.ILB,水平向右 C.,水平向右 D.,水平向左 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 六分之一圆弧所对的圆心角为,L=R,LAC=R,F=BILAC,解得F=,根据左手定则,方向水平向左,故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 7.如图所示,长为L的通电直导线放在倾角为θ的光滑斜面上,并处在磁感应强度为B的匀强磁场中。当B方向垂直斜面向上,电流为I1时导体处于平衡状态;若B方向改为竖直向上,电流为I2时导体处于平衡状态,则电流比值应为(　　)   A.cos θ B. C.sin θ D. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 当B方向垂直斜面向上时,根据左手定则,安培力方向沿斜面向上,根据平衡条件得BI1L=mgsin θ,当B方向竖直向上时,根据左手定则,安培力方向水平向右,根据平衡条件得BI2L=mgtan θ,解得=cos θ,故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 8.如图所示,在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环,圆环处于静止状态,圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,环与磁场边界交点M、N与圆心O连线的夹角为120°,此时悬线的拉力为F。若圆环通电,使悬线的拉力刚好为零,则环中电流大小和方向是(　　) A.电流大小为,电流方向沿顺时针方向 B.电流大小为,电流方向沿逆时针方向 C.电流大小为,电流方向沿顺时针方向 D.电流大小为,电流方向沿逆时针方向 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 要使悬线拉力为零,则圆环通电后受到的安培力的方向向上,根据左手定则可以判断电流方向应沿顺时针方向。圆环通电后,受到的安培力大小为F,而F=IRB,则电流大小I=,所以A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [B组　综合强化练] 9.某通电直导线的长度为l,所在空间存在磁感应强度大小为B的匀强磁场,其所受安培力大小为F,下列说法正确的是(　　) A.通过直导线的电流可能为 B.通过直导线的电流可能为 C.安培力的方向可以不垂直于直导线 D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 由F=IlBsin θ得I=,当θ=90°时,I最小为,当θ=30°时,I=,A正确,B错误。根据左手定则知,安培力方向与电流和磁场方向都垂直,C错误。磁场与电流不垂直时,安培力的大小为F=IlBsin θ,磁场与电流垂直时,安培力的大小为F=IlB,当电流方向与磁场的方向平行,所受安培力为零。若初始状态导线与磁场方向垂直,将直导线在平行于磁场方向的平面内从中折成直角(如图甲),安培力的大小一定变为原来的一半;将直导线在垂直于磁场方向的平面内从中折成直角(如图乙),安培力的大小一定变为,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 10.(多选)三根导线MN、NP、PQ连接成如图所示的形状,与直流电源相连。NP段导线为以O点为圆心的圆弧。MO、OQ、MN、NO、PO、PQ等长,M、O、Q在同一直线上。垂直于导线所在平面的磁场被ON与OP所在直线划分为三个区域,其磁感应强度大小相等,方向如图所示。已知导线MN受到的安培力大小为F,则(　　) A.导线NP受到的安培力大小为F B.导线NP受到的安培力大小为F,方向竖直向下 C.导线MNPQ受到的安培力大小为0 D.导线MNPQ受到的安培力大小为2F,方向竖直向上 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 BC 根据几何关系知,导线NP在磁场中的有效长度与导线 MN相等,则导线NP受到的安培力大小为F,根据左手定 则,安培力方向竖直向下,故A错误,B正确;根据左手定则, 导线MN受到的安培力大小为F,方向指向左上方与竖直 方向夹角为60°,同理导线PQ受到的安培力大小为F,方 向指向右上方与竖直方向夹角为60°,则此二力的合力与导线NP受到的安培力大小相等、方向相反,则导线MNPQ受到的安培力大小为0,故C正确,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11.如图所示,三根相互平行的长度为L的固定长直导线a、b、c两两等距,截面构成等边三角形,均通有电流I。a中电流方向与c中的相同,与b中的相反。已知b中的电流在a导线位置处产生的磁场的磁感应强度大小为B0,则(　　) A.b、c中电流在a导线处产生的合磁场的磁感应强度为0 B.b、c中电流在a导线处产生的合磁场的磁感应 强度大小为2B0 C.a导线受到的安培力大小为B0IL D.a导线受到的安培力大小为B0IL 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 13 导线a、b、c两两等距,截面构成等边三角形,均通有电流I,b中的电流在a导线位置处产生的磁场的磁感应强度大小为B0,c中的电流在a导线位置处产生的磁场的磁感应强度大小也为B0,b、c中电流在a导线处产生的磁场如图所示,根据几何关系可知其夹角为120°,合磁场的磁感应强度与一根导线在该处产生的磁场的磁感应强度大小相等,等于 B0,则a导线受到的安培力大小为F=B0IL,故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12.如图所示,竖直放置的通电直导线ab位于垂直纸面向里的匀强磁场中,导线ab长l=0.2 m,通以大小I=0.5 A、方向向上的电流,导线ab所受的安培力的大小F=0.1 N。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (1)判断导线ab所受的安培力的方向; 答案:(1)水平向左　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (1)根据左手定则,可以判断,导线ab所受的安培力的方向水平向左。 (2)求匀强磁场的磁感应强度大小; 答案: (2)1 T 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (2)根据磁感应强度的定义式B=,代入数据解得B=1 T。 (3)若导线ab通以大小为I'=2 A的电流,求导线ab所受的安培力大小F'。 答案:　(3)0.4 N 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (3)由安培力公式得F'=I'lB,代入数据解得F'=0.4 N。 [C组　培优选做练] 13.如图所示,挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中。当给矩形线圈通入如图所示的电流I时,调节两盘中的砝码,使天平平衡。然后使电流I反向,这时要在天平的左盘上加质量为2×10-2 kg的砝码,才能使天平重新平衡。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (1)求磁场对线圈作用力的大小; 答案:(1)0.1 N　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (1)根据F=NILB可知,电流反向前后,磁场对bc边的作用力大小相等,设为F,但由左手定则可知它们的方向是相反的。电流反向前,磁场对bc边的作用力方向向上;电流反向后,磁场对bc边的作用力方向向下,因而有2F=mg,所以F=0.1 N 即磁场对bc边的作用力大小是0.1 N。 (2)若已知矩形线圈共10匝,通入的电流I=0.1 A,bc边长度为10 cm,求该磁场的磁感应强度大小(g取10 m/s2)。 答案: (2)1 T 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (2)因为磁场对矩形线圈的作用力大小F=NILB 故B== T=1 T。 $$