1.1 磁场对通电导线的作用力（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

安培力与洛伦兹力 第1节　磁场对通电导线的作用力 第一章 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 　　掌握安培力的概念，了解安培力的产生条件。会用左手定则判断安培力的方向。 1.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。 2．观察磁电式电流表的结构，知道磁电式电流表的工作原理。 　　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。 　　了解安培力在生产生活中的运用，体会物理知识与科学技术的关系。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 一、安培力的方向 1．定义：通电导线在____中受的力。 2．方向：用________判断。 (1)判断方法：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____垂直进入，并使四指指向__________，这时____所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 (2)安培力方向的特点：安培力的方向与____方向、__________的方向都垂直，即垂直于导线、磁感应强度决定的平面。 磁场 左手定则 垂直 掌心 电流的方向 拇指 电流 磁感应强度 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 二、安培力的大小 如图甲、乙、丙所示，导线中的电流为I，长度为l，磁场的磁感应强度为B。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 1．如图甲所示，通电导线与磁场的方向垂直，此时安培力F＝______。 2．如图乙所示，通电导线与磁场的方向平行，此时安培力F＝__。 3．如图丙所示，当通电导线与磁场不垂直时，此时安培力F＝_________。 IlB 0 IlB sin θ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 三、磁电式电流表 1．构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。(如图甲所示) 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，所以根据线圈偏转角度的____，可以确定被测电流的____；根据指针偏转的____，可以知道被测电流的方向。 安培力 转动 反抗 角度 大小 大小 方向 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 3．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半径方向，使线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线____，线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都____，从而使刻度盘刻度____。(如图乙所示) 平行 相等 均匀 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 4．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。 很弱 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 1．(物理与生活)为了保护古建筑，都会在建筑物顶部加装避雷针。假设某次雷雨时，有一团带大量负电荷的乌云经过某建筑正上方时，发生放电现象。电流流经避雷针及与其相连的导线，则可能受到地磁场的作用。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)通过避雷针的电流方向是从云到建筑物。(　　 　　) (2)通过避雷针的电流不受安培力的作用。(　　 　　) (3)通过避雷针的电流所受安培力的方向偏西。(　 　　　) × × √ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 (4)放电过程中，若与避雷针相连通向大地的某段导线不受安培力，说明该处磁感应强度为零。(　　 　　) (5)假设建筑物所处位置的地磁场为匀强磁场，则与避雷针相连的导线任意长度相同的两段，所受安培力大小相等，方向相同。(　　 　　) × × 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 必备知识 自主学习 2．(教材点拨P4)“思考与讨论” 除了教材所给的方法，也可以把通电导线向与磁场垂直的方向投影，得出导线的投影长度为l sin θ，则安培力大小为F＝IlB sin θ；方向按教材图1.1-5判断。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点一 安培力的方向 磁场对电流的作用力通常称为安培力，是为了 纪念法国物理学家安培研究磁场对电流的作用力所 做出的杰出的贡献。在探究电流、磁场和安培力的 方向间关系时，按照如图所示的装置进行实验。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [问题设计] (1)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)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？ 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 答案：(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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 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。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 2．安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别 项目 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则 用途 判断电流产生的磁场的方向 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 适用 对象 直线电流 环形电流 或通电螺线管 磁场中的通电导线 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 项目 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则 应用 方法 拇指指向 电流的方向 四指弯曲的方向表示电流的环绕方向 磁感线垂直穿过手掌心，四指指向电流的方向 结果 四指弯曲的方向表示磁感线的方向 拇指指向表示轴线上磁感线的方向 拇指指向表示电流所受安培力的方向 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 3.两平行通电直导线的相互作用规律：同向电流互相吸引，反向电流互相排斥。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例1】 画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 答案：如图所示 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练1] 以下四个选项图中标出的磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向以及通电直导线所受磁场力F的方向，正确的是(　　) C 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 根据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，四指指向电流方向，A选项安培力方向向下，A错误；B选项通电导线与磁场平行，不受安培力，B错误；C选项安培力方向向下，C正确；D选项安培力方向垂直于纸面向外，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点二 安培力的大小 1．公式F＝IlB sin θ中θ是B和I方向的夹角。 (1)当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式为F＝IlB。 (2)当θ＝0时，即B∥I，F＝0。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 2．公式F＝IlB sin 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(如图所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 3．重要推论 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，如图所示。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例2】 如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流大小为I，磁感应强度为B，求各导线所受安培力的大小。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练2] 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 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点三 磁电式电流表 磁电式电流表依据的物理学原理就是通电线圈因受安培力而转动。右图给出了极靴与铁质圆柱间的磁场分布情况，请结合安培力大小的决定因素分析。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [问题设计] 磁场这样分布的好处是什么？ 答案：磁电式电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的，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0，该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆周上，各点的磁感应强度B的大小是相等的。这样的磁场，可使线圈转动时，它的两个边所经过位置的磁场强弱都相同，使线圈转过的角度与电流成正比，从而使得表盘的刻度均匀。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 1．磁场的特点 (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成正比。 3．表盘刻度的特点 指针偏角与通过线圈的电流I成正比，表盘刻度均匀。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 【例3】 (多选)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法正确的是(　　) ABD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A. 在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行 B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动 C．当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上 D．当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 由于磁场辐向分布，且线圈与铁芯共轴，故线圈平面总是与磁感线平行，A正确；通有电流时，线圈在安培力的作用下转动，从而使螺旋弹簧发生形变，螺旋弹簧因为形变而产生阻碍线圈转动的力，B正确；由左手定则知，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力的作用将使线圈沿顺时针方向转动，C错误，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练3] 如图甲所示的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两条边的长度均为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边中的电流方向垂直于纸面向外，大小为I，则(　　) D 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 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边受到的安培力的大小始终为IlB 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 磁场均匀辐向分布，磁场方向与铁芯垂直，但不是匀强磁场，A错误；由于是辐向磁场，线圈平面与磁场方向始终平行，B错误；根据左手定则，在题图中位置，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，因此受到的安培力的大小始终为IlB，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 探究点四 解决实际问题 [练4] (生活情境)(多选)如图所示，这是自动跳闸的闸刀开关，闸刀处于垂直于纸面向里的匀强磁场中，当CO间的闸刀刀片通过的直流电流超过额定值时，闸刀A端会向左弹开断开电路。以下说法正确的是(　　) BD 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 A．闸刀刀片中的电流方向为C→O B．闸刀刀片中的电流方向为O→C C．跳闸时闸刀所受安培力没有做功 D．增大匀强磁场的磁感应强度，可使自动跳闸的电流额定值减小 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 当MN通电后，闸刀开关会自动跳开，可知安培力应该向左，由左手定则判断，电流方向为O→C，A错误，B正确；闸刀受到安培力而跳闸断开，故跳闸时闸刀所受的安培力做正功，C错误；跳闸时刀片所受的作用力是一定的，依据安培力F＝ILB可知，增大匀强磁场的磁感应强度，电流I变小，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 关键能力 互动探究 [练5] (生活情境)我国的“西电东送大动脉”超高压银东直流输电工程，西起宁夏银川，东至山东青岛，线路全长1 333千米，额定输送量400万千瓦，设某段沿东西方向的两条平行输电线在同一个水平面内，且与电源、负载组成闭合回路，已知这段输电线所在处的地磁场方向与地面平行，则(　　) A．两条输电线中电流间相互作用的安培力为斥力 B. 两条输电线中电流间相互作用的安培力为引力 C. 地磁场对两条输电线中电流的作用力方向均竖直向上 D．地磁场对两条输电线中电流的作用力均为零 A 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 两条输电线，电流方向相反，根据电流同向相吸，异向相斥，则两条输电线中电流间相互作用的安培力为斥力，A正确，B错误；电流方向不相同，在同一地磁场中，受到的磁场作用力方向不一样，C错误；地磁场方向与电流垂直，由左手定则知，地磁场对两条输电线中电流的作用力一个向上一个向下，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 素养训练 学业评价 1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法正确的是(　　) A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同 B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直 C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度的方向垂直 D．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度的方向垂直 D 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度的方向垂直，但磁感应强度的方向不一定跟电流方向垂直，D正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 2. 如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B。L形导线 通以恒定电流I，放置在磁场中，已知ab边长为2l，与磁 场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行。下列说法正 确的是(　　) A．该导线受到的安培力大小为BIl，方向垂直于纸面向里 B．该导线受到的安培力大小为2BIl，方向垂直于纸面向里 C．该导线受到的安培力大小为3BIl，方向垂直于ab边 素养训练 学业评价 B 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 该通电导线的有效长度为ab，该导线受到的安培力大小为F＝BIL＝2BIl，根据左手定则知安培力的方向垂直于纸面向里，B正确，A、C、D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 3．如图甲所示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如图乙所示。下列关于磁电式电流表的各项说法正确的是(　　) 素养训练 学业评价 B 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 A. 当线圈在图乙所示位置时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 素养训练 学业评价 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 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，B正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 4. 如图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细 软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直于 纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N， 此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以(　　) A．适当减小磁感应强度　　　 B．使磁场反向 C．适当增大电流 D．使电流反向 素养训练 学业评价 C 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 首先对MN进行受力分析，MN受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力。处于平衡时：2F＋IlB＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力IlB，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大，C正确。 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 5．(2024·安徽滁州高二期中)某通电直导线的长度为l，所在空间存在匀强磁场的磁感应强度大小为B，其所受安培力大小为F，下列说法正确的是(　　) 素养训练 学业评价 A 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 解 析 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 课时梯级训练（1） 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第二册 R　 答案：FA＝ILB cos α　FB＝ILB　FC＝ILB　FD＝2IRB　FE＝0 题图A中，FA＝ILB cos α；题图B中，导线在纸面内，因此B⊥I，故FB＝ILB；题图C中是两根导线组成的折线abc，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为ac(即从a→c的电流)，故FC＝ILB；题图D中是沿a→b的半圆形电流，其有效长度为ab，则FD＝2IRB；题图E中，用导线将abc接通形成闭合线圈，线圈受力的矢量和为零，故合力为零，所以闭合的通电线圈所受安培力为零，则FE＝0。 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 导线abcd在磁场中的有效长度为a点到d点之间的距离，即l＝2L sin 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，A正确。 D．该导线受到的安培力大小为BIl，方向垂直于ac连线 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 由F＝IlB sin θ得I＝，当θ＝90°时，I最小为，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＝IlB sin 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，D错误。 $$