1. 安培力（导学案）物理沪科版选择性必修第二册

该高中物理导学案聚焦“安培力”核心内容，涵盖方向判断（左手定则）、大小计算（F=IlBsinθ）及应用（磁电式电表等）。通过知识回顾（电与磁联系、磁场性质）和自主预习搭建学习支架，结合视频观看、实验探究引入，衔接前后知识点。 以实验探究和问题讨论为主线，通过归纳推理（科学思维）、实验设计（科学探究）引导学生构建磁场与相互作用的物理观念，例题梯度分明且联系电磁炮等实际应用（科学态度与责任），助力自主学习与核心素养提升。

第1节 安培力 1.物理观念：通过观察实验现象,认识磁场的存在以及磁场对通电导线产生的安培力。在得出安培力表达式的过程中,进一步认识磁场对通电导体产生的安培力。 2.科学思维：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。 3.科学探究：通过设计实验认识安培力的方向,会用左手定则判断安培力的方向。通过设计实验,认识影响安培力大小的因素。 4.科学态度与责任：观察磁电式电流表、动圈式扬声器、电磁炮的工作原理,体会物理知识与科学技术的关系;了解安培力在生产、生活中的应用,会分析与安培力有关的实际问题。 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)。 2.结合已学知识，推导安培力的表达式(重点)。 3.观察磁电式电流表、动圈式扬声器、电磁炮的结构，知道其工作原理(难点)。 【知识回顾】 1．电和磁的联系 (1)自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。同名磁极或同种电荷相互 ，异名磁极或异种电荷相互 。 (2)奥斯特实验 实验现象：把导线放置在小磁针的 ，当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动。 2．磁场 (1)磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过 发生的。 (2)基本性质：磁场对磁体或 有力的作用。 (3)磁场尽管看不见、摸不着，但它与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而 的物质。 【自主预习】 第1节 安培力 一、磁场对通电导体的作用 二、安培力的方向 1.安培力： 在磁场中受的力。 2.安培力方向的影响因素：安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都 。 3.左手定则：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；让磁感线从掌心 进入，并使四指指向 的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 的方向。 三、安培力的大小 1.通电导线的方向与磁感应强度B的方向垂直时，安培力F＝ 。 2.当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，安培力F＝ 。 3.若磁感应强度B的方向与电流方向成θ角，把磁感应强度B分解为与电流方向垂直的分量B⊥和与电流方向平行的分量B∥，如图所示。则B⊥＝Bsin θ，B∥＝Bcos θ。通电导线所受的安培力是 产生的，F＝ 。 4.公式F＝IlBsin θ中，l指的是通电导线在磁场中的“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。 四、安培力的应用 1.磁电式电表 2.动圈式扬声器 3.电磁炮 思考与讨论1 一、磁场对通电导体的作用 观看视频，回答问题。 接通电源后会观察到通有电流的导体棒立即沿着导轨加速运动起来，其原因是什么？我们都知道力是矢量,那该如何研究安培力呢? 思考与讨论2 二、安培力的方向 1.按照如图所示装置进行如下实验，并思考有关问题： (1)交换磁极位置以改变磁场方向，导体棒受力方向是否改变？ (2)改变导体棒中电流的方向，导体棒受力方向是否改变？ (3)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。 2.两条平行的通电直导线会通过磁场发生相互作用，分析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？ 3.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？ 【例题1】画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 思考与讨论3 三、安培力的大小 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； 2.试推导丙图中导线所受安培力的大小。 【例题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。 【例题3】如图 5-7 所示是电流天平原理示意图，使用电流天平可测量通电导线在磁场中所受的安培力。长方形线圈 abcd 共绕 15 匝，底边 bc 长 5 cm，挂在等臂天平的左端，并使线圈的 bc 边水平地悬于某一匀强磁场中，线圈平面跟磁场垂直。先使天平保持平衡，然后在线圈内通入 0.5 A 的电流，天平失去平衡。设此时右盘上升，为使天平重新达到平衡，需在右端盘内再加入 37.5 g 砝码。求： （1）线圈中电流的方向； （2）匀强磁场的磁感应强度大小。 【例题4】如图 5-8 所示，相距 L = 10 cm 的两条平行导轨组成的平面与水平面夹角 θ = 30°，导轨两端 M、N 间接一电动势 E = 3 V、内阻 = 0.5 Ω 的电源，垂直于导轨平面有一匀强磁场，将质量 m = 10 g 的金属棒垂直放在平行导轨上，金属棒恰能静止不动。若两导轨间金属棒的电阻 R = 1 Ω，试回答： （1）垂直于导轨平面的磁场方向是向上还是向下？ （2）磁场的磁感应强度大小是多少？（导轨与金属棒 接触良好，导轨与金属棒间摩擦力以及导轨电阻不计） 思考与讨论4 四、安培力的应用 1.磁电式电表 2.动圈式扬声器 3.电磁炮 课堂小结： 本节课中主要学习了如何判断安培力的方向在得出安培力方向的过程中,用到了图示法,明确了其在分析物理问题过程中的重要作用；学习了安培力大小的表达式,以及安培力知识的应用。对于磁电式电流表原理的学习,关键是使学生认识到物理知识与科学技术间的联系。 1.在磁场中有一条通电直导线，图中标出了匀强磁场的磁感应强度B、通电直导线中的电流I和它受到的安培力F的方向(“⊙”表示电流垂直于纸面向外，“⊗”表示电流垂直于纸面向里)，其中正确的是(　　) 2.如图甲所示，长为3l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，磁感应强度大小为B。当在导线中通以电流I时，该V形通电导线受到的安培力为F，若将该直导线折成正三角形，如图乙所示，其他条件不变，当电流I从A端流入、C端流出时，则三角形通电导线所受的安培力大小为(　　) A.F B.F C.F D.F 3.实验室使用的电流表是磁电式仪表，这种电流表的构造如图所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。假设长方形线圈的匝数为n，平行于纸面的边长度为L1，垂直于纸面的边a长度为L2,且垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为B。当线圈中通入电流I，线圈以角速度ω绕垂直纸面的中心轴OO＇ 转动到水平位置时，下列说法正确的是(　　) A．该磁场是匀强磁场 B．该线圈左侧边a所受的安培力大小为nBIL2 C．穿过该线圈的磁通量为BL1L2 D．该线圈在两侧边安培力作用下将顺时针转动 4.中国电磁炮技术世界领先，如图所示是一种电磁炮简易模型。间距为L的平行导轨水平放置，导轨 间存在竖直方向、磁感应强度为B的匀强磁场，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源。带有炮弹的金属棒垂直放在导轨上，金属棒电阻为R，导轨电阻不计。通电后棒沿图示方向发射。则(　　) A．磁场方向竖直向下 B．闭合开关瞬间，安培力的大小为 C．轨道越长，炮弹的出射速度一定越大 D．若同时将电流和磁场方向反向，炮弹将沿图中相反方向发射 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 安培力 1.物理观念：通过观察实验现象,认识磁场的存在以及磁场对通电导线产生的安培力。在得出安培力表达式的过程中,进一步认识磁场对通电导体产生的安培力。 2.科学思维：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。 3.科学探究：通过设计实验认识安培力的方向,会用左手定则判断安培力的方向。通过设计实验,认识影响安培力大小的因素。 4.科学态度与责任：观察磁电式电流表、动圈式扬声器、电磁炮的工作原理,体会物理知识与科学技术的关系;了解安培力在生产、生活中的应用,会分析与安培力有关的实际问题。 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)。 2.结合已学知识，推导安培力的表达式(重点)。 3.观察磁电式电流表、动圈式扬声器、电磁炮的结构，知道其工作原理(难点)。 【知识回顾】 1．电和磁的联系 (1)自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。 (2)奥斯特实验 实验现象：把导线放置在小磁针的上方，当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动。 2．磁场 (1)磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的。 (2)基本性质：磁场对磁体或通电导体有力的作用。 (3)磁场尽管看不见、摸不着，但它与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。 【自主预习】 第1节 安培力 一、磁场对通电导体的作用 二、安培力的方向 1.安培力：通电导线在磁场中受的力。 2.安培力方向的影响因素：安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。 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；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流的方向，这时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。 三、安培力的大小 1.通电导线的方向与磁感应强度B的方向垂直时，安培力F＝IlB。 2.当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，安培力F＝0。 3.若磁感应强度B的方向与电流方向成θ角，把磁感应强度B分解为与电流方向垂直的分量B⊥和与电流方向平行的分量B∥，如图所示。则B⊥＝Bsin θ，B∥＝Bcos θ。通电导线所受的安培力是B⊥产生的，F＝IlBsin__θ。 4.公式F＝IlBsin θ中，l指的是通电导线在磁场中的“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。 四、安培力的应用 1.磁电式电表 2.动圈式扬声器 3.电磁炮 思考与讨论1 一、磁场对通电导体的作用 观看视频，回答问题。 接通电源后会观察到通有电流的导体棒立即沿着导轨加速运动起来，其原因是什么？我们都知道力是矢量,那该如何研究安培力呢? 答案 （1）通电导体棒在磁场中受到力的作用。（2）研究安培力的大小和方向。 思考与讨论2 二、安培力的方向 1.按照如图所示装置进行如下实验，并思考有关问题： (1)交换磁极位置以改变磁场方向，导体棒受力方向是否改变？ (2)改变导体棒中电流的方向，导体棒受力方向是否改变？ (3)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 (1)改变；(2)改变；(3)磁场方向、导体棒中电流方向。 2.两条平行的通电直导线会通过磁场发生相互作用，分析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？ 答案 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 3.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？ 答案 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。 【例题1】画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 答案 思考与讨论3 三、安培力的大小 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； 答案 甲图：F＝BIl　 乙图：F＝0 2.试推导丙图中导线所受安培力的大小。 答案 正交分解 分解磁感应强度B，F = B⊥IL＝BILsinθ(θ为B与I的正向夹角) 当电流方向和磁场方向的夹角为θ时，F=BILsinθ 【例题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。 答案 【例题3】如图 5-7 所示是电流天平原理示意图，使用电流天平可测量通电导线在磁场中所受的安培力。长方形线圈 abcd 共绕 15 匝，底边 bc 长 5 cm，挂在等臂天平的左端，并使线圈的 bc 边水平地悬于某一匀强磁场中，线圈平面跟磁场垂直。先使天平保持平衡，然后在线圈内通入 0.5 A 的电流，天平失去平衡。设此时右盘上升，为使天平重新达到平衡，需在右端盘内再加入 37.5 g 砝码。求： （1）线圈中电流的方向； （2）匀强磁场的磁感应强度大小。 解析：（1）线圈通电流后，ab 边和 cd 边在磁场部分所受的安培力沿水平方向等值反向而彼此平衡；bc 边所受安培力方向应竖直向下，才会导致右盘上升而使天平失去平衡，由左手定则可判断线圈中的电流方向是 a → b → c → d。 （2）由于天平两臂等长，为使天平重新平衡，bc 边 n 匝导线所受的安培力应该等于天平右端增加的砝码的重力。设 bc 边长为 L，通过线圈的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，天平右端增加的砝码质量为 Δm，则有nBIL = Δmg 由此可得匀强磁场的磁感应强度 【例题4】如图 5-8 所示，相距 L = 10 cm 的两条平行导轨组成的平面与水平面夹角 θ = 30°，导轨两端 M、N 间接一电动势 E = 3 V、内阻 = 0.5 Ω 的电源，垂直于导轨平面有一匀强磁场，将质量 m = 10 g 的金属棒垂直放在平行导轨上，金属棒恰能静止不动。若两导轨间金属棒的电阻 R = 1 Ω，试回答： （1）垂直于导轨平面的磁场方向是向上还是向下？ （2）磁场的磁感应强度大小是多少？（导轨与金属棒 接触良好，导轨与金属棒间摩擦力以及导轨电阻不计） 解析：（1）以金属棒为研究对象，金属棒在导轨上处于平衡状态，受到重力mg、弹力FN 和安培力F的作用。因磁场垂直于导轨平面，电流垂直于导轨，安培力F的方向平行于导轨。再由力的平衡条件可知，安培力应平行于导轨向上，如图5-9 所示。而电流方向已知，由左手定则可判断磁感应强度的方向应垂直于导轨平面向下。 （2）由于金属棒处于静止状态，则根据力的平衡条件，金属棒所受重力在斜面方向上的分力与安培力大小相等、方向相反，设通过金属棒的电流为 I，则有mgsinθ =BIL 在电源、导轨、金属棒构成的回路中，由闭合电路欧姆定律 ，代入得磁感应强度 思考与讨论4 四、安培力的应用 1.磁电式电表 2.动圈式扬声器 3.电磁炮 课堂小结： 本节课中主要学习了如何判断安培力的方向在得出安培力方向的过程中,用到了图示法,明确了其在分析物理问题过程中的重要作用；学习了安培力大小的表达式,以及安培力知识的应用。对于磁电式电流表原理的学习,关键是使学生认识到物理知识与科学技术间的联系。 1.在磁场中有一条通电直导线，图中标出了匀强磁场的磁感应强度B、通电直导线中的电流I和它受到的安培力F的方向(“⊙”表示电流垂直于纸面向外，“⊗”表示电流垂直于纸面向里)，其中正确的是(　　) 答案 A 解析　由左手定则可知，A项中安培力的方向竖直向下，B项中电流方向与磁场方向平行，不受安培力，C项中安培力的方向垂直纸面向里，D项中安培力方向水平向右，A正确。 2.如图甲所示，长为3l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，磁感应强度大小为B。当在导线中通以电流I时，该V形通电导线受到的安培力为F，若将该直导线折成正三角形，如图乙所示，其他条件不变，当电流I从A端流入、C端流出时，则三角形通电导线所受的安培力大小为(　　) A.F B.F C.F D.F 答案 B 解析　折成V形时，通电导线在磁场中的有效长度为1.5l，其所受的安培力F＝1.5IlB，折成正三角形后，三角形通电导线所受的安培力F′等于ABC段、AC段所受安培力之和，而ABC段和AC段在磁场中的有效长度均为l，根据并联分流规律知，通过ABC段、AC段的电流分别为I、I，则F′＝Bl·I＋Bl·I＝F，B正确。 3.实验室使用的电流表是磁电式仪表，这种电流表的构造如图所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。假设长方形线圈的匝数为n，平行于纸面的边长度为L1，垂直于纸面的边a长度为L2,且垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为B。当线圈中通入电流I，线圈以角速度ω绕垂直纸面的中心轴OO＇ 转动到水平位置时，下列说法正确的是(　　) A．该磁场是匀强磁场 B．该线圈左侧边a所受的安培力大小为nBIL2 C．穿过该线圈的磁通量为BL1L2 D．该线圈在两侧边安培力作用下将顺时针转动 答案 B 解析　A．由于蹄形磁铁各部分磁性强弱并不相同，故形成的磁场为非匀强磁场，A错误；B．由于线圈匝数为n，根据安培力公式可知，线圈左侧边a所受的安培力大小为，B正确；C．由于线圈处于水平位置，磁通量为0，C错误；D．根据左手定则可知，线圈左侧边a受到的安培力向下，线圈右侧边受到的安培力向上，故线圈逆时针转动，D错误。故选B。 4.中国电磁炮技术世界领先，如图所示是一种电磁炮简易模型。间距为L的 平行导轨水平放置，导轨间存在竖直方向、磁感应强度为B的匀强磁场，导 轨一端接电动势为E、内阻为r的电源。带有炮弹的金属棒垂直放在导轨上， 金属棒电阻为R，导轨电阻不计。通电后棒沿图示方向发射。则(　　) A．磁场方向竖直向下 B．闭合开关瞬间，安培力的大小为 C．轨道越长，炮弹的出射速度一定越大 D．若同时将电流和磁场方向反向，炮弹将沿图中相反方向发射 答案 B 解析　A．流过炮弹的电流为逆时针方向，所受安培力水平向右，根据左手定则可知磁场方向竖直向上，故A错误；B．闭合开关瞬间电流为则安培力为，故B正确；C．金属棒开始运动后会产生反电动势，随着速度增大，反电动势随之增大，则金属棒的电流越来越小，安培力也越来越小，直到通过金属棒的电流为零，速度达到最大，所以炮弹的出射速度有最大值，故C错误；D．若同时将电流和磁场方向反向，根据左手定则可知，炮弹发射方向不变，故D错误。故选B。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $