1.1 安培力及其应用（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第1节　安培力及其应用 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 栏目索引 必备知识 自主学习 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 必备知识 自主学习 通电导线 垂直 手心 电流 拇指 IlB 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 × × √ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 电流计 U形 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 安培力 安培力 安培力 指针偏转角度 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 × √ × 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第1章　安培力与洛伦兹力 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 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1．安培力在生活中的应用：电动机、_________等。 2．电流计的工作原理 (1)构造：如图所示，圆柱形铁芯固定于______磁铁两极间❸，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝(又称螺旋弹簧)。 (2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受_________作用而转动，使游丝扭转形变，从而对线圈的转动产生阻碍。当_________产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针便停留在某一刻度。电流越大，_________就越大，__________________就越大。 1．电流计中的磁场为匀强磁场。(　 　) 2．电流计指针的偏转角与电流大小成正比。(　 　) 3．电流计的灵敏度不高，不能测出很弱的电流。(　 　) 批注❶：安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I所决定的平面。 批注❷：(1)在非匀强磁场中此公式可用于求解很短的一段通电直导线所受安培力的大小。 (2)当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，导线所受安培力为0。 (3)当磁感应强度B的方向与导线成θ角时,导线所受安培力的大小F＝ IlB sin θ。 批注❸：极靴与铁质圆柱间的磁场沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小相等。 探究点一　安培力方向的理解与判断　(科学思维之提升) ►情境探究 (1)如图所示，若仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？ (2)若仅改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？ (3)仔细分析实验现象，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？ 提示：(1)改变　(2)改变　(3)安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则 ►探究归纳 1．安培力的方向 (1)已知I、B的方向，可用左手定则唯一确定F的方向。 (2)已知F、B的方向，当导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。 (3)已知F、I的方向，B的方向不能唯一确定。 2．安培定则与左手定则的对比 安培定则 左手定则 用途 判断电流产生的磁场方向 判断通电导线在磁场中的受力方向 因果关系 电流是因，磁场是果 电流和磁场都是因，安培力是果 结论 判断安培力的方向不是用安培定则，而是用左手定则 ►对点例练 (2021·浙江杭州高二期中)一导体棒通过两根导线悬挂在U形铁芯的两板之间，导线的连接和线圈的绕向如图所示。则按图示方向，下列说法正确的是(　　) A．闭合开关后，铁芯上板为N极 B．闭合开关后， 两板之间存在向上的磁场 C．闭合开关后，导体棒向左运动 D．如改变电源的正负极，闭合开关后，导体棒的运动方向与原来相反 B　解析：闭合开关后，由导线的绕向和电流的流向结合安培定则可知U形铁芯内部有向下的磁场，则铁芯的上板为S极，两板之间存在向上的磁场，A错误，B正确；导体棒所接电流向里，由左手定则可知导体棒受到向右的安培力，导体棒向右运动，C错误；如改变电源的正负极，磁场方向和导体棒的电流方向同时反向，则闭合开关后，导体棒的运动方向与原来相同，D错误。 [练1] 画出下列各图中通电直导线所受安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)。 答案：如图所示 解析：无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则。对于A、B、C、D四项，安培力的方向直接用左手定则判断；E项中由安培定则可判断出通电导线在A处的磁场方向如图甲所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图甲所示；F项中由安培定则可判断出通电导线在A处的磁场如图乙所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图乙所示。 判断安培力方向的两种情况 探究点二　安培力大小的分析与计算　(科学思维之提升) ►情境探究 (1)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。在B、L一定时，增大电流I，安培力怎么变化？ (2)在B、I一定时，增大导线的长度L，安培力怎么变化？ (3)当导线和磁场方向的夹角为θ时，如何计算安培力的大小？ 提示：(1)安培力变大　(2)安培力变大 (3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，分别计算磁感应强度在两个方向上的分量对导线的作用力，再进行合成 ►探究归纳 1．公式F＝IlB中的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，等于连接两端点线段的长度(如图甲所示)。相应的电流沿l由始端流向末端。 推论：对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度l＝0，故通电后线圈在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零，如图乙所示。 2．如图丙所示，当磁场方向和电流方向成θ角时，可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝B sin θ和B∥＝B cos θ，而B∥对通电导线是没有作用力的，所以F＝IlB⊥＝IlB sin θ。 3．当通电导体同时受到几个安培力作用时，通电导体所受的安培力为这几个安培力的矢量和。 ►对点例练 长度为L、通有电流为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，已知磁感应强度为B。请问：下列各图中，导线所受安培力的方向如何？大小是多大？ 答案：甲垂直纸面向外，BIL cos θ　乙垂直导线斜向左上方，BIL　丙垂直导线斜向左上方，BIL　丁水平向右，BIL 解析：甲图中，由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直纸面向外，因导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，导线所受安培力的大小为F＝BIL cos θ；乙图中，由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直导线斜向左上方，因导线和磁场方向垂直，导线所受安培力的大小为F＝BIL；丙图中，由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直导线斜向左上方，因导线和磁场方向垂直，故导线所受安培力的大小为F＝BIL；丁图中，由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为水平向右，导线所受安培力的大小为F＝BIL。 [练2] 如图所示，直角三角形闭合线框abc处于匀强磁场中，∠acb＝30°，磁场垂直线框平面向里。则线框中通入顺时针方向的电流时，下列说法正确的是(　　) A．ab边受到的安培力向右 B．ac边受到的安培力与ab边受到的安培力大小相等 C．ab边与bc边受到的安培力的合力大于ac边受到的安培力 D．整个线框受到的安培力的合力为零 D　解析：根据左手定则可知，ab边受到的安培力向左，A错误；ac边受到的安培力Fac＝BILac，ab边受到的安培力Fab＝BILab，因为Lac>Lab，故ac边受到的安培力大于ab边受到的安培力，B错误；根据安培力大小的计算公式可知，线框三边受到的安培力的大小与三边长度成正比，又根据左手定则可知线框三边受到的安培力的方向，易知线框三边受到的安培力构成一个闭合三角形，因此整个线框所受的安培力的合力为零，故ab边与bc边受到的安培力的合力大小等于ac边受到的安培力大小，方向相反，C错误，D正确。 应用安培力公式F＝IlB sin θ解题的技巧 (1)公式F＝IlB sin θ中θ是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析。 (2)可将公式中的l sin θ理解为通电导体垂直于磁场方向的“有效长度”，也可以将B sin θ理解为垂直于通电导体的“有效磁感应强度”。 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练3] (科技情境)如图甲所示是磁电式电流表的结构图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。线圈中a、b两条边长度均为l，未通电流时，a、b处于图乙所示位置，两条边所在处的磁感应强度大小均为B。通电后，a边中电流方向垂直纸面向外，大小为I，则(　　) A．该磁场是匀强磁场 B．线圈平面总与磁场方向垂直 C．线圈将逆时针转动 D．a边受到的安培力大小始终为IlB D　解析：磁场均匀辐向分布，不是匀强磁场，A错误；由于磁场是辐向磁场，因此线圈平面与磁场方向始终平行，B错误；根据左手定则，在图中位置，a边受力方向向上，b边受力方向向下，线圈将顺时针转动，C错误；由于在转动过程中，a边始终与磁场垂直，因此受到的安培力大小始终为IlB，D正确。 [练4] (科技情境)(2021·云南玉溪第一中学高二期中)如图所示的天平可以用来测定磁感应强度B。天平的右臂下面挂有一个矩形金属线圈，宽度为l，共n匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向未知。当线圈中通有大小为I，方向如图所示的电流时，在天平左右两边各加上质量为m1、m2的砝码后，天平平衡；当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为Δm的砝码后，天平重新平衡，由此可求出磁感应强度的大小为(　　) A． eq \f(（m1－m2）g,2nIl) B． eq \f(（m1－m2＋Δm）g,nIl) C． eq \f(Δmg,2nIl) D． eq \f(（m1－m2－Δm）g,2nIl) C　解析：当电流反向时，右边需加质量为Δm的砝码，则电流反向前安培力方向向下，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，根据平衡条件可知，电流未反向前有m1g＝m2g＋nBIl，电流反向后有m1g＝m2g＋Δmg－nBIl，联立可得B＝ eq \f(Δmg,2nIl) ，C正确。 [练5] (科技情境)(2021·广东实验中学高二检测)根据磁场对电流有安培力作用的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置——电磁炮，其原理如图所示。把待发炮弹(导体)放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作为一个通电导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去。若导轨中的电流方向与图示相同，则下列说法正确的是(　　) A．磁场方向应竖直向上 B．磁场方向应竖直向下 C．减小磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变大 D．若同时将电流和磁场反向，则安培力也会反向 A　解析：根据左手定则可知，磁场方向应竖直向上，A正确，B错误；根据安培力公式，即F安＝BIL可知，减小磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变小，C错误；若同时将电流和磁场反向，根据左手定则可知，安培力方向不变，D错误。 电流计的工作特点 (1)磁场特点 ①方向：均匀地沿径向分布。 ②大小：在距轴线等距离处的磁感应强度大小相等。 (2)安培力的特点 ①方向：安培力的方向与线圈平面垂直。 ②大小：安培力的大小与通过的电流大小成正比。 (3)表盘刻度特点 由于导线在安培力作用下带动线圈转动，游丝变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力越大，游丝形变就越大。故指针偏角与通过线圈的电流I成正比，表盘刻度均匀。 (4)电流计的优缺点 ①优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。 ②缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)，如果希望用它测量较大的电流，就要根据必修第三册中学到的方法扩大其量程。 $$