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

2025-08-18
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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! $$

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