第1章 1 磁场对通电导线的作用力-【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（人教版）多选

第一章　安培力与洛伦兹力 1　磁场对通电导线的作用力 [学习目标]　1.通过实验探究安培力的方向与电流的方向、磁感应强度的方向之间的关系(重点)。2.掌握安培力的公式F＝IlBsin θ，并会进行有关计算(重难点)。3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理。 2 课时作业 巩固提升 要点1　安培力的方向 要点2　安培力的大小 要点3　磁电式电流表 内容索引 3 要点1　安培力的方向 一 4 1.安培力：_____________在磁场中受的力。 2.影响安培力方向的因素 (1)磁场方向。 (2)电流方向。 安培力方向与磁感应强度的方向、电流方向都________。 梳理 必备知识 自主学习 通电导线 垂直 5 3.左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指________，并且都与手 掌在同一个平面内;让磁感线从掌心________进入，并使四指指向________的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受________的方向。 垂直 垂直 电流 安培力 6 [思考与讨论] 如图所示，同向电流相互吸引。思考讨论如何利用安培力 方向的知识解释该现象。 提示：由安培定则可知，导线A在B处产生磁场BA、导线B 在A处产生磁场BB，方向如图所示，由左手定则判断，A导 线对B导线的作用力FAB和B导线对A导线的作用力FBA方向 如图所示，由图可知两导线相互吸引。 7 1.安培力方向的特点 安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所在的平面。 (1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直。应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入。 (2)磁场方向与电流方向不垂直时，仍可应用左手定则判断安培力方向，四指仍指向电流方向，磁感线仍从掌心穿入，只是磁感线与手掌平面不垂直。 归纳 关键能力 合作探究 8 2.判断安培力方向的步骤 (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。 9 [例1]　画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。 10 [答案]　如图所示 11 (1)电流与磁场垂直，由左手定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示。 (2)条形磁体在A处的磁场分布如图乙所示，由左手定则可判断A受到的安培力的方向如图乙所示。 12 (3)由安培定则可判断出电流A处磁场方向如图丙所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丙所示。 (4)由安培定则可判断出电流A处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示。 13 [针对训练]　1.在赤道上空，水平放置一根通以由西向东方向的电流的 直导线，则此导线(　　) A.受到竖直向上的安培力 B.受到竖直向下的安培力 C.受到由南向北的安培力 D.受到由西向东的安培力 A 赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方向如图所示，由左手定则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，选项A正确。 15 2.在图中画出通电导体棒ab所受的安培力的方向。 答案：见解析 将立体图转化为平面图，根据电流方向结合左手定则可判断安培力方向如下。 二 要点2　安培力的大小 18 1.通电导线的方向跟磁场的方向垂直时，安培力最大，F＝________。 2.通电导线的方向跟磁场的方向平行时，安培力最小，F＝________。 3.通电导线的方向跟磁场的方向夹角为θ时，把磁感应 强度B分解为与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分 量B∥，如图所示，则B⊥＝Bsin θ，B∥＝Bcos θ。导线 所受的安培力是__________产生的，F＝___________。  梳理 必备知识 自主学习 IlB 0 B⊥ IlBsin θ 19 [思考与讨论] 如图所示，导线长度为l，电流为I，磁场的磁感应强度为B。 (1)写出甲、乙、丙三图中导线所受安培力的大小。 提示：(1)甲图：F＝BIl，乙图：F＝0，丙图：F＝BIl·sin θ。 (2)根据甲、乙、丙三图中导线所受安培力的大小，分析同一根导线放置方式不同时所受安培力大小有什么特点。 提示：(2)不同的放置方式，通电导线所受的安培力大小不同。 20 1.在公式F＝IlBsin θ中，B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响。 2.在公式F＝IlBsin θ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的长度，相应的电流沿l由始端流向末端(如图所示)。 归纳 关键能力 合作探究 21 3.在公式F＝IlBsin θ中，θ是B和I方向的夹角。 (1)当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式变为F＝IlB。 (2)当θ＝0°时，即B∥I，F＝0。 22 [例2]　(多选)在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BIL D.图丁中导体棒所受的安培力大小为BIL BD 题图甲中，因电流方向与磁场方向平行， 所以导体棒所受安培力为零;题图乙中， 电流方向与磁场方向垂直，则导体棒所 受安培力的大小为F乙＝BIL;题图丙中， 电流方向与磁场方向垂直，则导体棒所 受安培力的大小为F丙＝BIL;题图丁中， 电流方向与磁场方向成60°角，则导体 棒所受安培力的大小为F丁＝BILsin 60°＝BIL。故选B、D。 [例3]　如图所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面 梯形框架abcd。其中ab、cd边均与ad边成60°角， ab＝bc＝cd＝L，长度为L的电阻丝电阻为R0，框架 与一电动势为E、内阻r＝0.8R0的电源相连接，垂 直于框架平面有垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，则梯形 框架abcd受到的安培力大小为(　　) A.0　　　　　　　　　　　 B. C. D. B 因为a→b→c→d部分的电阻为3R0，而a→d部分 的电阻为2R0，所以并联电阻为R＝＝ 1.2R0，电路总电流I＝。对线框整体研 究，则整个线框受安培力为F＝I·2LB＝，故B正确。 26 [针对训练]　3.如图所示，通电直导线置于匀强磁场 中，导线与磁场方向垂直。若仅将导线中的电流增 大为原来的2倍，则导线受到安培力的大小将(　　) A.减小为原来的 B.减小为原来的 C.增大为原来的4倍 D.增大为原来的2倍 D 根据F＝BIL得，电流增大为原来的2倍，则安培力增大为原来的2倍，故D正确，A、B、C错误。 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 A 导线abcd在磁场中的有效长度为a点与d点之间的距离，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。 三 要点3　磁电式电流表 31 1.磁电式电流表的构造特点 (1)构造：磁体、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。(如图甲所示) (2)特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁 场都沿___________方向均匀分布，使线圈平面都与磁感线_______。 (如图乙所示) 梳理 必备知识 自主学习 半径 平行 32 2.原理 (1)通电线圈在磁场中受____________作用发生____________。螺旋弹 簧变形，____________线圈的转动。 (2)线圈偏转的____________越大，被测电流就越大，所以，根据线圈偏转的____________就能判断通过电流的____________;根据线圈偏转的____________，可以知道被测电流的方向。 3.优缺点：优点是灵敏度高，可以测出____________的电流;缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。 安培力 转动 反抗 角度 角度 大小 方向 很弱 33 [思考与讨论] 磁电式电流表中磁场分布如图所示。 (1)通入不同方向的电流，线圈转动方向相同吗? 提示：(1)不相同。 (2)线圈转动过程中，所受安培力的方向与线圈平 面平行还是垂直? 提示：(2)垂直。 (3)给线圈通入某一恒定电流，转动过程中线圈经过不同位置时所受安培力大小是否相等? 提示：(3)相等。 34 1.磁电式电流表的磁场特点 两磁极间装有极靴，极靴中间有铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，所受安培力的方向总与线圈平面垂直，使表盘刻度均匀。 归纳 关键能力 合作探究 35 2.磁电式电流表的灵敏度 (1)电流表的灵敏度：是指在通入相同电流的情况下，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流表的灵敏度，就要使在相同电流下导线所受的安培力增大，可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。 36 [例4]　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，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 B 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下，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 说明通过线圈的磁通量一直为零， 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。 [针对训练]　5.(多选)下列关于磁电式电流表的说法中正确的是(　 　) A.指针稳定后，螺旋弹簧形变产生的阻力与线圈所受的安培力方向相反 B.通电线圈中的电流越大，电流表指针的偏转角度越大 C.在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场 D.在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，与所处位置无关 ABD 当电流流入线圈时，线圈受安培力作用而转动，使螺旋弹簧变形，从而对线圈的转动产生阻碍，当安培力的作用与螺旋弹簧产生的阻碍达到平衡时，指针便停留在某一刻度，故当指针稳定后，螺旋弹簧形变产生的阻力与安培力方向相反;电流表内磁场是均匀辐射磁场，在线圈转动的范围内，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处的磁感应强度大小相等，但方向不同，所以安培力大小与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，则A、B、D正确，C错误。 40 四 课时作业 巩固提升 41 [A组　基础巩固练] 1.关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方 向之间的关系，下列说法正确的是(　　) A.F、B、I三者必须保持相互垂直 B.F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直 C.B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直 D.I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 42 安培力F总是与磁感应强度B和电流I决定的平面垂直，通电导线受安培力时，力F与磁场方向和电流I的方向都是垂直的，但B与I可以垂直，也可以不垂直，故A、C、D错误，B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 43 2.(多选)在下列图中，表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场对通电导 线作用力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 44 左手定则是用来判断通电导线在磁场中受到安培力方向的。由左手定则可判断A图中磁场对通电导线作用力F的方向应该竖直向上，故选项A错误;其他三个图都符合左手定则，故选项B、C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 45 3.法拉第电动机原理如图所示，条形磁铁(N极 向上)竖直固定在圆形水银槽中心，斜插在水 银中的金属杆上端与固定在水银槽圆心正上方 的铰链相连，电源负极与金属杆上端相连，与 电源正极连接的导线插入水银中。此时从正面 看，金属杆受到的安培力(　　) A.在纸面内斜向上　　　　　　B.在纸面内斜向下 C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 46 电源、金属杆、导线和水银组成闭合电路，金属杆中有斜向上方的电流通过，在金属杆处磁感线方向斜向右上方，根据左手定则可知，题中图示位置导电金属杆受到的安培力垂直纸面向里，故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 4.(2024·陕西宝鸡高二检测)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(　　) A.该磁场为匀强磁场 B.线圈将逆时针转动 C.线圈平面总与磁场方向垂直 D.图示位置线圈a边受安培力 方向竖直向上 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 48 根据磁感线分布可知，该磁场不是匀强磁场，选项A错误;根据左手定则，图示位置a边受安培力向下，b边受安培力向上，则a边向下转动，b边向上转动，即线圈将逆时针转动，选项B正确，D错误;根据磁感线分布可知，线圈平面总与磁场方向平行，选项C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 5.如图，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受到的通电螺线管产生的磁场的作用力的方向 是(　　) A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向右 D.水平向左 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 50 首先根据安培定则判断出通电螺线管右端为N极， 左端为S极，所以在A处产生的磁场方向水平向左。 根据左手定则判断可知A受到的通电螺线管产生的 磁场的作用力的方向竖直向上，选项A正确，B、 C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 6.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间距为d，则MN所受安培力大小(　　) A.F＝BId B.F＝BIdsin θ C.F＝ D.F＝BIdcos θ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 52 导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，AB与CD间距为d，此时MN在磁场中的有效长度为 ，此时MN受到的安培力大小为F＝BIL＝BI，方向垂直于MN斜向下，故C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 7.如图甲所示，长为2l的直导线MN折成边长相等、夹角为60°的V形并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中。当导线中通以电流I时，该V形通电导线受到的安培力大小为F。若如图乙所示，在MN间接上长为l的相同直导线，使从M点流入、N点流出的电流仍为I，则该三角形通电导 线受到的安培力大小为(　　) A.0 B.0.5F C.F D.1.5F 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 54 根据题意，对弯折的导线，其所受安培力的有效长度为电流流入端、电流流出端两点连线的直线长度，对于甲图有F甲＝BIl＝F，对于乙图有F乙＝F1＋F2＝BI1l＋BI2l，又有I＝I1＋I2，则有F乙＝BIl＝F，故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 8.(2024·重庆九龙坡高二检测)有人做了如题图所示的实验，把一根劲度系数很小的由轻质柔软的导线做成的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好与正下方槽中的水银接触，弹簧上端、槽中水银分别接到电源的正负 极。接通电源后，下列说法正确的是(　　) A.弹簧会在水银上方不断跳动 B.弹簧始终保持伸长状态 C.弹簧始终保持原长状态 D.通电时弹簧内部产生竖直向上的磁场 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 A 56 当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都 产生磁场，根据安培定则可知，各圈导线间都产生了 相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧下端离开水 银后，电路断开，各圈导线间作用力消失，弹簧又会 恢复原长，使得再次通电，重复上述过程，故弹簧会 在水银上方不断跳动，故A正确，B、C错误;根据安培 定则，通电时弹簧内部产生竖直向下的磁场，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 [B组　综合强化练] 9.如图所示，一个边长为L的正方形金属框竖直放置，各边电阻相同，金属框放置在磁感应强度大小为B、方向垂直金属框平面向里的匀强磁场中。若A、B两端与导线相连，由A到B通以如图所示方向的电流(由A点流入，从B点流出)，流过AB边的电流为I，则金属框受到的安培力大 小和方向分别为(　　) A.2BIL，竖直向下 B.BIL，竖直向上 C.BIL，竖直向上 D.BIL，竖直向下 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 58 由题图可知，电流由A点流入，从B点流出，则有A→B和A→D→C→B的电流，而A→D→C→B的电流产生的安培力可等效成DC边受到的安培力。由于流过AB边的电流为I，根据电路并联特点可知，流过DC边的电流为I，因此金属框受到的安培力为BIL，根据左手定则，方向竖直向上，故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 10.如图甲所示，斜面固定在水平面上，一通电导体棒ab置于斜面上且与底边平行。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，导体棒ab所受的安培力为F。若仅将导体棒ab从中点处折成相互垂直的两段，且端点a、b连线仍与斜面底边平行，如图乙所示，则此时导体棒ab所受的安培力为 (　　) A.F B.F C.F D.F 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 60 设导体棒ab的长度为L，通过导体棒ab的电流为I，磁感应强度为B，导体棒ab受到的安培力F＝BIL;若仅将导体棒ab从中点处折成相互垂直的两段，导体棒ab的有效长度l＝L，导体棒ab所受安培力F'＝BIl＝BIL＝F，故D正确，A、B、C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11.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。 (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。 62 (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 (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)根据磁感应强度的定义式得B＝，代入数据解得B＝1 T。 (3)由安培力公式得F'＝I'lB，代入数据解得F'＝0.4 N。 63 12.如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场 的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为 n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感 应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过 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，才能使两臂再达到新的平衡。重力加 速度g取10 m/s2。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 64 (1)导出用n、m、l、I、g计算B的表达式。 答案：见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (1)设电流方向未改变时，等臂天平的左盘内砝码 的质量为m1，右盘内砝码和线圈的质量为m2，则 由等臂天平的平衡条件，有 m1g＝m2g－nBIl 电流方向改变后，同理可得(m＋m1)g＝m2g＋nBIl 两式相减，得B＝。 65 (2)当n＝9，l＝10.0 cm，I＝0.10 A，m＝8.78 g时，磁感应强度是多大?(保留两位有效数字) 答案：见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (2)将n＝9，l＝10.0 cm，I＝0.10 A，m＝8.78 g代入B＝，得B≈0.49 T。 [C组　培优选做练] 13.如图所示是电子天平的原理简略示意图：秤盘上不放重物时弹簧处于压缩状态，弹簧的长度为l，此时外界通入线圈中的电流为0;重物放在秤盘上后，在安培力作用下弹簧长度恢复为l，可认为此时外界通入线圈的电流为I，数据处理系统可以根据I的大小计算出托盘上物体的质量M。已知线圈的匝数为N，磁极宽度为L，两极间的磁感应强度为B，重 力加速度为g，则以下说法正确的是(　　) A.电流从C端流入线圈，从D端流出 B.线圈所受的安培力方向向下 C.重物的质量为M＝ D.在其他条件都不变的情况下，增加线圈的 匝数，可以扩大电子天平的量程 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 D 67 秤盘和线圈向上恢复到未放重物时的位置 并静止，说明安培力的方向向上，由左手 定则即可判断出电流的方向是逆时针方向 (从上向下看)，即电流由C流出，由D流入， 故A、B错误;两极间的磁感应强度大小均 为B，磁极宽度均为L，线圈匝数为N，左、 右两侧受到的安培力相等，得 Mg＝2NBIL， 所以M＝，在其他条件都不变的情况下， 当N增大时，M也随之增大，所以增加线圈的匝数，可以扩大电子天平的量程，故C错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 68 $$