1.1 磁场对通电导线的作用力 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

磁场对通电导线的作用力 第一章　安培力与洛伦兹力 2 结合已学知识，推导安培力的大小的表达式。 3 观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理。 1 通过实验探究安培力的方向与哪些因素有关，会用左手定则判断安培力的方向。 重点 重点 电动汽车和高铁的动力是什么力？ 它们的动力都是磁场对通电导线的作用力-安培力 导入 当导体棒中有电流流过时， 导体棒就会因受力而发生运动，这个力称为安培力 。那安培力的方向和大小如何去判定呢？ 导入 安培力的方向 一 观察与思考 按照如图所示装置进行如下实验，并思考有关问题： (1)接通电源后会观察到原来静止的导体棒发生了 摆动，其原因是什么？ 答案　通电导体棒在磁场中受到力的作用　 (2)交换磁极位置以改变磁场方向，导体棒受力方向是否改变？ 答案　改变　 (3)改变导体棒中电流的方向，导体棒受力方向是否改变？ 答案　改变　 观察与思考 (4)通电导体棒在磁场中受力方向与哪些因素有关？请尝试把以上三种情况下磁场方向、电流方向、导体受力方向画出来，进行归纳分析，找出规律。 答案　磁场方向、导体棒中电流方向 观察与思考 1.安培力： 在磁场中受的力。 2.安培力的方向与 、 有关。 3.左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线 ，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。 说明：安培力方向既 于电流方向，又 于磁场方向，即 于电流I和 及所决定的平面。 通电导线 磁场方向 电流方向 从掌心垂直进入 电流的方向 拇指 垂直 垂直 垂直 磁场B 安培力 F F F 同向电流 反向电流 1.两条平行的通电直导线会通过磁场发生相互作用，分析甲、乙图中两导线受力情况(图中箭头方向为电流方向)，你能得出什么结论？ F 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 思考与讨论 同向电流相互吸引， 反向电流相互排斥。 思考与讨论 2.当电流方向和磁场方向不垂直时(夹角为θ)，那如何判定安培力的方向呢？ B F B⊥ B∥ I 四指指向电流方向，让与电流垂直的磁场方向的分量垂直穿过手心，此时拇指所指的方向为安培力的方向。 B I F 思考与讨论 (1)通电导线在磁场中不一定受到力的作用。(　　) (2)安培力的方向一定和磁场方向垂直，同时一定和电流方向垂直。 (　　) (3)安培力的方向、磁场方向、电流方向三者一定相互垂直。(　　) √ √ × 辨析 1.画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 答案　 例题 安培力的大小 二 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、乙两图中导线所受安培力的大小； 甲图：F＝BIl　 乙图：F＝0 观察与思考 2.试推导丙图中导线所受安培力的大小。 F = ＝ (θ为与的正向夹角) 分解磁感应强度B 思路：正交分解 当电流方向和磁场方向的夹角为θ时，F=Bsinθ B∥ B⊥ θ l 观察与思考 安培力的大小：F＝BIl·sin θ 说明　①θ为B与I方向的夹角,当θ＝0°时，即B∥I，F＝0 ，当θ＝90°时，即B⊥I，F＝BIl ②表达式F＝BIlsin 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段的长度(如图中虚线所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端。 (a) 提炼与总结 推论：如图(b)所示，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。 (b) 提炼与总结 2.如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，分别求各导线所受到的安培力的大小。 FA=　　　　　FB=　　　FC=　　　FD=　　　　　FE=_______　　　　 IlBcos α IlB 0 IlB 2IRB 例题 3. (2024·广州市高二月考)如图，等腰梯形线框abcd是由相同材料、相同横截面积的导线制成，梯形上底和腰的长度均为L，且腰与下底成60°角。整个线框处在与线框平面垂直的匀强磁场中。现给线框通入图示电流，若下底cd受到的安培力为F，则上底ab受到的安培力大小为　　，线框受到的安培力大小为　　。 F F 例题 磁电式电流表 三 22 磁电式电流表 1.磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁体、极靴(软铁制成)、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成)。 观察与思考 2.磁电式电流表的工作原理：通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动 (1)被测电流越大， 的角度越大。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。这两种转动的效果叠加在一起，指针随之发生偏转；最终达到平衡，指针停止偏转。所以根据指针偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小。 (2)当线圈中电流方向改变时， 随之改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道 。 线圈偏转 安培力的方向 被测电流的方向 观察与思考 3.磁电式电流表的特点： (1)磁体和铁芯之间是 的磁场； (2)线圈平面始终与磁感线 ； (3)表盘刻度均匀分布。 4.优点：灵敏度高，可以测量 的电流。 5.缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流 。 辐向均匀分布 平行 很弱 很弱 观察与思考 结合磁电式电流表的工作原理，若要提高磁电式电流表的灵敏度，就要使在相同电流下线圈所受的安培力增大，可通过 (填“增加”或“减少”)线圈的匝数、 (填“增大”或“减小”)永磁体的磁感应强度、_____(填“增加”或“减少”)线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。 增加 增加 增加 思考与讨论 4.(多选)(2024·北京市第一六一中学高二月考)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。极靴和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法正确的是 A.线圈转动时，在电流确定的情况下， 它所受的安培力大小不变 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 √ √ √ 例题 安培力 方向：与B、I 垂直 左手定则： 磁感线从掌心垂直进入 四指指向电流的方向 拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 应用：磁电式电流表 大小：F= BIlsinθ (I与 B的夹角为θ) 特例1：F=BIl(B垂直于I) 特例2：F=0 (B平行于I) 电流I正比于θ A图中，FA=IlBcos α； B图中，导线在纸平面内，因此B⊥I，故FB=IlB； C图中电流方向与磁场方向平行，FC=0； D图中是两根导线组成的折线abc，整体有效长度为ac=l，故FD=IlB； E图中是沿a→b的半圆形电流，其有效长度为ab=2R，则FE=2IRB。 梯形上底和腰的长度均为L，且腰与下底成60°角， 由几何关系可知，梯形的下底dc长为2L； 由电阻的决定式R=可知梯形的上底和两腰da、bc的阻值之和为下底dc的阻值的1.5倍，两者为并联关系， 设dc中的电流大小为I，根据欧姆定律，则dabc中的电流为I； 由已知条件可知ab边与dc边的电流方向相同，由题意知F=BI·2L 所以ab边所受安培力为F'=B·I·L=F 方向与dc边所受安培力的方向相同； 线框受到的安培力为F″=B·I·2L+F=F。 磁场是均匀辐向分布的，所以线圈 转动时，在电流确定的情况下，根 据左手定则，它两边所受的安培力 大小均为F=BIL、方向相反，所以 所受的安培力大小不变，故A正确； 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动产生弹力，弹力方向与扭动方向相反，阻碍线圈转动，故B正确； 当线圈在如题图乙所示的位置，根据左手定则，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动，故C错误，D正确。 Keep Thinking! $$