第1章 第1节 安培力及其应用（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第1节　安培力与洛伦兹力 知识 清单破 知识点 1 知识点 1 安培力 1.安培力:磁场对通电导线的作用力。 2.方向判断——左手定则 如图所示,伸开左手,拇指与其余四指垂直,且都与手掌在同一平面 内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电流的方向,此时拇指所指的 方向即为安培力的方向。 3.安培力的大小 F=  第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 1.电动机、多用电表等的使用过程中,安培力都在发挥作用。 2.电流计 (1)电流计的构造:U形磁铁、线圈、游丝、指针、圆柱形铁芯、铝框。 (2)电流计的原理:当电流流入线圈时,线圈受安培力作用而转动,使游丝扭转形变,从而对线圈 的转动产生阻碍。当安培力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,安培力越大,指针偏转的角度越大,而通过指针的偏转角度便可知道电流 的大小。 知识点 1 知识点 2 安培力的应用 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 1.通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用。 (　    ) 通电直导线电流方向与磁场方向平行时,导线不受安培力。 2.通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直,故安培力对通电导线一定 不做功。 (　    ) 由于导线的运动方向可以与导线中的电流方向成任意角,所以安培力可能做正功、负功,也 可能不做功。 3.两根通电导线在同一匀强磁场中,若导线长度相同,电流大小相等,则所受安培力大小相 等。 (　    ) 通电直导线电流方向与磁场方向的夹角不同时,所受安培力不同。 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 ✕ ✕ ✕ 4.用磁电式电流计测量电流时,通电线圈的四条边都受到安培力的作用。 (　    ) 通电线圈的两条边受到安培力作用。 ✕ 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 疑难 情境破 疑难1 安培力的方向判断与大小计算 情境探究 电磁轨道炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。与传统的大炮将火药燃 气压力作用于弹丸不同,电磁轨道炮是利用电磁系统中电磁场的作用力,其作用的时间要长 得多,可大大提高弹丸的速度和射程,因而引起了世界各国军事家们的关注。电磁轨道炮在 未来武器的发展计划中,已成为越来越重要的部分。   第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 问题2 1982年澳大利亚国立大学制成了能把质量m=20 g的弹体从静止加速到最大速度v=10 km/s的 电磁轨道炮(常规炮弹的速度约为2 km/s),若光滑金属轨道宽l=2 m,长为x=100 m,通过的电流 为I=10 A,轨道间所加匀强磁场的磁感应强度大小是多少?安培力做功的最大功率Pm是多大? 提示　炮弹的加速度为a= = ,由运动学规律有v2=2ax,联立解得B=500 T;安培力做功的最 大功率Pm=BIlv=1.0×108 W。 提示 问题1 使电流和磁感应强度的方向同时反向,炮弹的发射方向会反向吗? 提示　若使电流和磁感应强度的方向同时反向,则安培力方向不变,所以炮弹的发射方向不变。 提示 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 讲解分析 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,即安培力的方向垂直于电流I和磁场B 所决定的平面。 (1)当电流方向与磁场方向垂直时,安培力方向、磁场方向、电流方向两两垂直,应用左手定 则时,磁感线垂直穿过掌心。 (2)当电流方向与磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直于电流方向,也垂直于磁场方向。 应用左手定则时,磁感线斜着穿过掌心。 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 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 2.安培定则与左手定则对比理解 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 3.安培力大小 (1)F=IlB sin θ适用于匀强磁场中的通电直导线,求通电的弯曲导线在匀强磁场中所受安培力 时,l为有效长度,即导线两端点所连的线段长度,相应的电流方向沿线段由始端指向末端,如图 中虚线所示。 (2)同样情况下,通电导线与磁场方向垂直时,所受的安培力最大;通电导线与磁场方向平行时, 不受安培力;通电导线与磁场方向成一定夹角时,所受的安培力介于0和最大值之间。 (3)在非匀强磁场中,只要通电直导线所在位置的磁感应强度相同(包括大小和方向),则导线 所受安培力也能用上述公式计算。 (4)当通电导线同时受到几个安培力时,则通电导线所受的安培力为这几个安培力的矢量和。 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 内容 实例 分析 电流元法 把整段导线分成很多段电流元,先用左手定则判断出每段电流元所受安培力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,最后确定运动方向。注意一般取对称的电流元分析   判断能自由移动的导线运动情况 把通电导线等效为AO、BO两段电流元,蹄形磁铁周围的磁感线分布以及两段电流元受安培力方向如图。可见,导线将沿逆时针方向(俯视)转动 特殊位置法 根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向,判断其运动方向,然后推广到一般位置 用导线转过90°的特殊位置 (如图所示的位置)来分析, 判断出安培力方向向下,故 导线在逆时针转动的同时向下运动 疑难2 安培力作用下导体运动方向的判断 讲解分析 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 等效分析法 环形电流可以等效为 小磁针(或条形磁铁), 条形磁铁也可等效成 环形电流,通电螺线 管可等效为多个环形 电流或条形磁铁   判断环形电流受到的 安培力方向   把环形电流等效成如 图所示右边的条形磁 铁,可见两条形磁铁 相互吸引,不会有转 动。环形电流受到的 安培力方向向左 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 结论法 (1)两直线电流相互 平行时无转动趋势, 同向电流相互吸引, 反向电流相互排斥; (2)两直线电流不平 行时,有转动到相互 平行且电流方向相同 的趋势   判断光滑杆上的同向 电流的运动方向 同向电流相互吸引, 两个环形电流会相互 靠拢 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 转换研究对象法 定性分析磁体在通电 导线产生的磁场中所 受安培力方向时,可 先分析通电导线在磁 体磁场中所受安培力 方向,然后再根据牛 顿第三定律判断磁体 所受安培力方向   判断图中所示磁铁受 到的地面摩擦力方向 通电导线受到的磁铁 的作用力方向如图所 示,由牛顿第三定律 知通电导线对磁铁的 作用力方向斜向右下 方。可知地面对磁铁 的摩擦力方向向左   第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 疑难3 安培力作用下的平衡问题 讲解分析 1.模型特点 通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型,该模型一般由倾斜导轨、导体 棒、匀强磁场、电源和电阻等组成。这类题目的难点是题图具有立体性,各力的方向不易确 定,不利于问题的求解,一般把抽象的立体图转换为直观的平面图,常见情境如下。 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 立体图       平面图       第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 2.解题思路   第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 典例　如图所示,直角梯形金属线框ACDF倾斜固定放置,AF边水平,长1.7 m,DF边与AF边垂 直,线框平面与水平面夹角θ=37°,在AF边接有电动势E=4 V、内阻r=1 Ω的直流电源【1】,CD边 长为0.3 m,接有阻值为R1=2 Ω的定值电阻,AC、DF边的中点分别为G、H,金属线框处在竖直 向上的匀强磁场中【2】,磁场的磁感应强度B=2 T。质量为m=0.2 kg的导体棒放在线框上 的G、H处【3】,导体棒接入电路的电阻R2=2 Ω,导体棒恰好刚要滑动【4】。已知最大静摩擦力 等于滑动摩擦力,金属线框的电阻不计,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求:   (1)导体棒受到的安培力大小; (2)导体棒与线框间的动摩擦因数。 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 信息提取　【1】通过导体棒的电流方向为H→G; 【2】【3】导体棒与磁感线垂直; 【4】导体棒所受合外力等于零。 思路点拨    (1)先根据串、并联电路的特点求出外电路总电阻,再根据闭合电路欧姆定律【5】 求电路中的总电流,最后根据F安=BIL【6】求解安培力大小; (2)将立体图转化为平面图,画出导体棒受力示意图,利用平衡条件求出导体棒所受的摩擦力 的大小,再由滑动摩擦力公式求解动摩擦因数。 解析    (1)外电路的电阻R外= =1 Ω 电路中的总电流I= =2 A(由【5】得到) 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 导体棒接入电路的长度 L= ×(1.7 m+0.3 m)=1 m 导体棒受到的安培力大小为 FA= BIL=2 N(由【2】【3】【6】得到) (2)由于FA cos 37°>mg sin 37°,因此导体棒有向上滑动的趋势,受到的摩擦力沿线框平面向下, 受力如图所示,设导体棒与线框间的动摩擦因数为μ,根据力的平衡条件有 第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 FA cos θ=mg sin θ+f N=mg cos θ+FA sin θ 根据滑动摩擦力的表达式有 f=μN 解得μ=  答案    (1)2 N    (2)  第1讲　描述运动的基本概念 第1章 安培力与洛伦兹力 $$