1. 安培力（教学课件）物理沪科版选择性必修第二册

该高中物理课件围绕安培力展开，涵盖方向（左手定则）、大小（F=BIl sinθ）及应用（磁电式电流表、扬声器、电磁炮），课堂导入通过磁体作用、奥斯特实验等插图及问题链，衔接磁场与电流旧知，引导探究安培力的方向和大小，搭建学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过控制变量法实验分析安培力方向，用正交分解推导大小公式（科学思维），结合电磁炮等应用实例深化物理观念，例题与分层练习助力理解，教师使用可高效落实核心素养，学生能提升实验与问题解决能力。

第五章 磁 场 第1节 安培力 物理选择性必修第二册•沪科版 学习目标——物理学科素养 01 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。 02 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。 03 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。 04 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。 教学重难点 教学难点 教学重点 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。 2.结合已学知识，推导安培力的表达式。 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。 课堂引入 它们之间的作用力的方向如何呢?其大小与哪些因素有关呢? 该如何求得作用力的大小呢? 磁体与磁体（小磁针） 通电导体与磁体（奥斯特实验） 通电导体与通电导体 知识点1 磁场对通电导体的作用 知识点1：磁场对通电导体的作用 探究新知 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？ 答案　通电导体棒在磁场中受到力的作用。 人们把通电导体在磁场中受到的力称为安培力。 我们都知道力是矢量,那该如何研究安培力呢? 答案　研究安培力的大小和方向。 请大家猜想一下,安培力的方向与哪些因素有关呢? 知识点2 安培力的方向 知识点2：安培力的方向 探究新知 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？ 答案　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？ 答案　改变　 知识点2：安培力的方向 探究新知 (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　磁场方向、导体棒中电流方向 知识点2：安培力的方向 探究新知 实验表明，安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直。或者说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导体所在的平面。上述活动的实验结果与理论是一致的。 　 左手定则：伸开左手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面里；把左手放入磁场中，让磁感线穿过掌心，使四指指向电流方向，这时大拇指所指的就是安培力的方向。 知识点2：安培力的方向 探究新知 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 知识点2：安培力的方向 探究新知 问题与思考 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。 知识点2：安培力的方向 探究新知 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 知识点2：安培力的方向 探究新知 【例题1】画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 知识点3 安培力的大小 知识点3：安培力的大小 探究新知 安培力的大小与什么因素有关呢？ 知识点3：安培力的大小 探究新知 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 知识点3：安培力的大小 探究新知 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 知识点3：安培力的大小 探究新知 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(如下图中虚线所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端。 知识点3：安培力的大小 探究新知 推论：如图所示，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。 知识点3：安培力的大小 探究新知 【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。 FA=　　　　　FB=　　　FC=　　　FD=　　　　　FE=_______　　　　 IlBcos α IlB 0 IlB 2IRB 知识点3：安培力的大小 探究新知 【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。 知识点3：安培力的大小 探究新知 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。 知识点3：安培力的大小 探究新知 （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 知识点3：安培力的大小 探究新知 【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） 知识点3：安培力的大小 探究新知 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。 知识点3：安培力的大小 探究新知 解：（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 知识点4 安培力的应用 知识点4：安培力的应用 探究新知 1. 磁电式电表 （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)。 （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 电流 I 正比于 θ 知识点4：安培力的应用 探究新知 （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 知识点4：安培力的应用 探究新知 2. 动圈式扬声器 （1）动圈式扬声器的构造：线圈（音圈）、环形磁体、纸盆。 （2）动圈式扬声器的工作原理：线圈（音圈）安放在磁体磁极间的空隙中能够自由运动，按音频变化的电流通过线圈，线圈在磁场中受到安培力作用使线圈运动，运动的方向和大小根据输入信号的大小和方向而变化。纸盆与线圈连接，线圈带动纸盆振动，从而产生声音。 知识点4：安培力的应用 探究新知 3. 电磁炮 电磁炮的工作原理：抛射体与导轨有 良好的电接触，导轨与电源连接，构成回路。 通过给导轨回路通以很大的电流，可使抛射 体在导轨电流产生的磁场的安培力作用下沿 导轨加速运动，最终以很高的速度将抛射体 发射出去。 根据动能定理： 课堂总结 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 动圈式扬声器 电磁炮 动能定理 课内知识通关练 巩固新知 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(　　) 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。 A 课内知识通关练 巩固新知 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(　　) B 课内知识通关练 巩固新知 课内知识通关练 巩固新知 B 课内知识通关练 巩固新知 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。 课内知识通关练 巩固新知 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 B 课内知识通关练 巩固新知 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。 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“问题与思考” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 物理选择性必修第二册•沪科版 A.F B.F C.F D.F 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 $