1.1 安培力及其应用 课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

第1章　安培力与洛伦兹力 第1节　安培力及其应用 学习目标 思维导图 1.通过实验,认识安培力。(物理观念) 2.能判断安培力的方向,会计算安培力的大小。(科学思维) 3.了解安培力在生产生活中的应用。(科学态度与责任) 基础落实·必备知识全过关 一、安培力 1.定义:物理学中,将磁场对　　　　　导线的作用力称为安培力。  2.方向 (1)影响因素:安培力的方向与电流方向、磁场方向有关。 (2)判断方法:安培力的方向遵循左手定则,即伸开左手,拇指与其余四指　　　　,且都与手掌处于同一平面内,让磁感线垂直穿过　　　　　,四指指向　　　　　的方向,此时　　　　　所指的方向即为安培力的方向。 通电 垂直 手心 电流 拇指 想一想安培力的方向与磁场方向有何关系?与电流方向有何关系? 提示 垂直,垂直 3.大小 (1)在匀强磁场中,通电直导线电流方向与磁场方向　　　　　时,导线所受安培力F等于零。  (2)在匀强磁场中,通电直导线电流方向与磁场方向　　　　　时,导线所受安培力跟电流I和直导线长度l的　　　　　成正比,比例系数就是　　　　　　　　,表示为F=　　　　　。  (3)在非匀强磁场中,公式F=IlB可用于　　　　　的一段通电直导线。  平行 垂直 乘积 磁感应强度B IlB 很短 二、安培力的应用 1.生活中的应用:电动机、　　　　　　等都是安培力的应用。  2.电流计 (1)构造:如图(a)所示,①是　　　 　,②是　　　　　,③是　　 　　　,④是　　　　　,⑤是　　　　　。圆柱形铁芯固定于U形磁铁两极间,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。  电流计 U形磁铁 铁芯 游丝　 线圈 指针 (2)原理:当电流流入线圈时,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,指针停留在某一刻度。电流越大,　　　　就越大, 　　　　　　　　　就越大。  安培力 安培力 安培力 指针偏转角度 易错辨析 判一判 (1)安培力的方向可能与磁场方向垂直,也可能不垂直。(　　) (2)通电导线在磁场中一定会受到安培力的作用。(　　) (3)安培力的方向与电流方向一定垂直。(　　) (4)通电导线在磁场中所受安培力F大小一定等于IlB。(　　) × 提示 安培力的方向一定与磁场方向垂直。 × 提示 当电流方向与磁场方向平行时,通电导线不受安培力。 √ × 提示 只有电流方向与磁场方向垂直时,才有F=IlB。 (5)两根通电导线在同一匀强磁场中,若导线的长度相同,电流大小相等,则所受安培力大小相等,方向相同。(　　) (6)用电流计测量电流时,通电线圈的四条边都受到安培力的作用。(　　) × × 提示 线圈中与磁场方向垂直的两条边受安培力,另外两条边与磁场平行,不受安培力作用。 提示 安培力大小与导线在磁场中的位置有关,若一根导线与磁场垂直,则F=IlB,若与磁场不垂直,则F≠IlB;同时安培力的方向也与电流沿垂直磁场方向的分量的方向有关。 即学即用 练一练 下图分别标明了通电直导线中的电流I、匀强磁场的磁感应强度B和导线所受安培力F的方向,其中正确的是(　　) A 解析 伸开左手,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电流方向,拇指指向为安培力方向,故A中的安培力方向竖直向上,B中的安培力为零,C中安培力方向竖直向下,D中安培力方向垂直于纸面向外,故A正确。 重难探究·能力素养全提升 探究点一　安培力的方向 导学探究 用两根细铜丝把一根直导线水平悬挂起来,放入U形磁铁形成的磁场中。当导线中通以电流时,你能看到通电导线在磁场中朝一个方向摆动。 这个实验现象说明了什么? 改变电池的正负极接线柱或将磁铁的N极、S极上下 交换位置,闭合开关。 你能看到通电导线发生什么现象?说明了什么? 要点提示 说明磁场对通电导线有力的作用。交换位置闭合开关后,导线朝相反方向摆动,磁场中导线所受安培力的方向与磁场方向和电流方向都有关系。 知识归纳 理解安培力方向的三个角度 (1)特点:不管电流方向与磁场方向是否垂直安培力的方向,总是垂直于磁场方向和电流方向所构成的平面,即总有F⊥I和F⊥B,F垂直于B、I所构成的平面。 (2)关系: ①已知I、B的方向,可唯一确定F的方向; ②已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可唯一确定I的方向; ③已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能唯一确定。 两垂直 (3)判断:在判断安培力方向时首先确定磁场方向和电流方向所构成的平面,从而判断出安培力的方向在哪一条直线上,再根据左手定则判断出安培力的具体方向。 典例剖析 【例题1】　(多选)如图所示,下列通电直导线受到的安培力的方向正确的是(　　) AD 解析 A图中磁场的方向垂直于纸面向里,电流方向向右,根据左手定则判断,安培力方向向上,故A正确;B图中磁场的方向垂直于纸面向外,电流方向向下,根据左手定则判断,安培力方向向左,故B错误;C图中磁场的方向与电流方向平行,通电直导线不受安培力,故C错误;D图中电流的方向垂直于纸面向外,磁场的方向向下,根据左手定则判断,安培力方向向右,故D正确。 规律方法　1.安培力方向的判断流程 2.安培定则与左手定则的两个区别 (1)安培定则判断电流的磁场方向,左手定则判断电流在磁场中的受力方向。 (2)安培定则用右手判断,左手定则用左手判断。 对点演练 1.(2025山西高二上阶段练习)在南极洲极点附近沿南北方向放置一根导线,若导线中通以由南向北的电流,则它所受地磁场的安培力的方向为(　　) A.向上 B.向下 C.向东 D.向西 C 解析 根据地球地磁场的分布特征可知,南极洲极点附近的地磁场方向竖直分量向上,由左手定则可知,导线所受安培力方向向东。故选C。 探究点二　安培力的大小 导学探究 从前面的学习中我们已经知道,垂直于磁场B放置长为l的一段导线,当通过的电流为I时,它受到的安培力F=IlB,这时导线受到的安培力最大,导线与磁场平行时所受的安培力为零,试讨论下面两种情况下安培力的大小。 (1)当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时。 (2)导线ABC为垂直折线,其中电流为I,AB=BC=l,导线所在的平面与匀强磁场垂直。 要点提示 (1)当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时,可以把它分解成与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分量B∥,B⊥=Bsin θ,B∥=Bcos θ。其中B∥不产生安培力,导线受到的安培力只由B⊥产生,所以一般情况下的安培力的表达式为F=IlBsin θ,θ为磁感应强度方向与导线方向的夹角。 (2)AB段所受的安培力大小FAB=IlB,方向向右,BC段所受的安培力大小FBC=IlB,方向向上,所以该导线所受安培力为这两个力的合力,如图所示, ,方向沿∠ABC的角平分线斜向上。 知识归纳 理解安培力F=IlBsin θ的三个要点 (1)式中各量: ①B是导线自身产生的磁场以外的磁场的磁感应强度; ②l是导线的有效长度,匀强磁场中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l由始端流向末端; 不一定等于导线的长度 ③θ是B与导线中电流I方向之间的夹角。 (2)适用条件:导线所处的磁场应为匀强磁场;在非匀强磁场中,公式仅适用于很短的通电导线。 (3)合成法则:当电流同时受到几个安培力时,则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。 闪光语录　电荷在电场中一定会受到静电力作用,但是通电导线在磁场中不一定受安培力作用。当电流方向与磁场方向平行时,通电导线不受安培力作用。 典例剖析 C 【例题2】 把一根直导线放入磁感应强度为B的匀强磁场中,由于通过的电流或者放置的方位不同,导线受到的安培力也不同,下列各图中导线受到的安培力最大的是(　　) 解析 设直导线长度为L。选项A中电流方向与磁场方向垂直,受到的安培力大小为FA=BIL;选项B中电流方向与磁场方向平行,受到的安培力大小为0;选项C中电流方向与磁场方向垂直,受到的安培力大小为FC=2BIL;选项D中电流方向与磁场方向垂直,受到的安培力大小为FD=BIL;故选项C中导线受到的安培力最大。 对点演练2 如图所示,长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B。当在该导线中通以大小为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为(　　) A.0 B.0.5IlB C.IlB D.2IlB C 解析 V形通电导线的等效长度为图中虚线部分,所以F=IlB,选项C正确。 探究点三　电流计 导学探究 电流计中磁场分布如图所示,结合安培力的大小决定因素,思考磁场这样分布的原因是什么。 要点提示 电流计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零度,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,从而能够使得表盘的刻度均匀。 知识归纳 1.电流计的工作原理 通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转。线圈偏转的角度越大,被测电流就越大;线圈偏转的方向不同,被测电流的方向不同。 2.电流计的磁场特点 两磁极间装有极靴,极靴中间有铁质圆柱,使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向,且强弱相同,保持线圈转动时,所受安培力的方向总与线圈平面垂直,使表盘刻度均匀。 非匀强磁场 3.电流计的灵敏度 (1)灵敏度:是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小。偏转角度越大,灵敏度越高。 (2)提高方法:如果要提高电流计的灵敏度,就要使在相同电流下导线所受的安培力增大,可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度和减小转轴处摩擦等方法实现。 典例剖析 【例题3】　(多选)以下关于电流计的说法正确的是( 　　) A.线圈平面与磁感线平行 B.通电线圈中的电流越大,指针偏转角度也越大 C.在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场 D.在线圈转动的范围内,线圈所受安培力与电流有关,而与所处位置无关 ABD　 解析 电流计内磁场是均匀辐射磁场,不管线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行,线圈所在各处的磁场大小相等、方向不同,所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关,电流越大,安培力越大,指针转过的角度越大,选项A、B、D正确。 D 对点演练 3.(2025北京东城高二上期末)磁电式电流表的结构示意图如图甲所示,蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的,线圈中a、b两条导线长均为L,分别通以图乙所示方向的电流I,两条导线处的磁感应强度大小均为B,则 (　　) A.该磁场是匀强磁场 B.在辐向磁场中磁感线总是与线圈平面垂直 C.图乙视角下线圈将逆时针方向转动 D.a、b导线各自受到的安培力大小总为ILB 解析 该磁场明显不是匀强磁场,匀强磁场应该是一系列平行的磁感线,方向相同,故A错误;由题图乙可知,线圈平面总与磁场方向平行,故B错误;由左手定则可知,a受到的安培力向上,b受到的安培力向下,故线圈顺时针旋转,故C错误;a、b导线始终与磁感线垂直,故受到的安培力大小总为ILB,故D正确。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 1.将一段通电直导线abc从中点b折成120°,分别放在如图所示的匀强磁场中,图甲中导线所在平面与磁场的磁感线平行,图乙中导线所在平面与磁场的磁感线垂直。若两图中两导线中的电流大小相等,并且两导线所受的安培力大小也相等,则甲、乙两图中磁场的磁感应强度大小之比 为(　　) B 1 2 3 4 1 2 3 4 2.由导线组成的直角三角形框架静止放在匀强磁场中(如图所示),若导线框中通以图示方向的电流时,导线框将(　　) A.沿与ab边垂直的方向加速运动 B.仍然静止 C.以c为轴转动 D.以b为轴转动 B 解析 ab和bc两段电流可等效为长度等于ac,方向由a到c的一段电流,由左手定则以及安培力公式可知ab和bc两段电流所受安培力的合力和ac受到的安培力方向相反、大小相等,线框整体合力为0,仍然静止,选项B正确。 1 2 3 4 3.如图所示,长方体的ABCO面为正方形,整个空间存在竖直向上的匀强磁场,现在AB、BC、CD、DA上分别放置四根导体棒,且构成一闭合回路,当回路中通有沿ABCDA方向的电流时,下列说法正确的是(　　) A.CD棒所受的安培力方向垂直纸面向外 B.四根导体棒均受安培力的作用 C.CD棒与DA棒所受的安培力大小相等 D.DA棒所受的安培力最大 D 1 2 3 4 解析 根据左手定则,可知CD棒所受的安培力方向垂直纸面向里,A错误;AB棒中电流方向与磁场方向平行,AB棒不受安培力的作用,B错误;CD棒在磁场中的有效长度与OD边长度相等,而lOD<lDA,根据F=BIl,可知CD棒所受的安培力小于DA棒所受安培力的大小,C错误;又因为lDA>lBC,所以DA棒所受的安培力大于BC棒所受安培力的大小,综上所述,可知DA棒所受的安培力最大,D正确。 1 2 3 4 4.(多选)关于电流计内磁铁和铁芯之间均匀辐向分布的磁场,下列说法正确的是(　　) A.该磁场的磁感应强度处处大小相等,方向相同 B.该磁场的磁感应强度处处方向相同,大小不等 C.线圈平面始终与磁感线平行 D.该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度的大小都相等 CD 解析 电流计内的磁场为辐向分布的磁场,是非匀强磁场,A、B错误;辐向分布的磁场使得线圈转到任何位置都与磁场方向平行,离轴线等距离处的磁感应强度的大小相等,但方向不同,C、D正确。 F=IlB A. B. C. D. 解析 设导线的总长为2l,通过导线的电流为I,题图甲中导线受到的安培力大小为B1Il+B1cos 60°Il=B1Il,题图乙中导线受到的安培力的大小为 B2I·2lcos 30°=B2Il,根据题意,即有B1Il=B2Il,则有,B正确。 $