1. 磁场对通电导线的作用力（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

该高中物理课件聚焦安培力的方向、大小及应用，通过电磁炮视频与情境提问导入，结合磁感应强度等知识回顾，搭建新旧知识衔接的学习支架。 其亮点在于融合科学探究（实验验证安培力影响因素）与科学思维（模型建构及电流元法等推理），典例解析与方法归纳助力能力提升，应用联系科技增强责任意识，有效促进学生核心素养发展，便于教师高效开展教学。

第一章 安培力与洛伦兹力 人教版（2019）选择性必修 第一册 1.磁场对通电导线的作用力 目录 知识回顾 1 学习目标 2 重点难点 3 安培力的方向 4 安培力的应用 6 安培力的大小 5 课堂小结 7 随堂练习 8 2 物理学中用磁感应强度来描述磁场的强弱，表达式：单位：特斯拉（T） 直线电流的磁场方向 右手握住导线让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕方向 知识回顾 一、磁感应强度 二、安培定则 环形电流的磁场方向 让右手弯曲的四指与环行电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环行导线轴线上磁感线的方向 知识回顾 磁通量 三、磁通量 学习目标 物理观念 形成“磁场对电流有力的作用”这一观念，理解安培力公式 F＝BILsinθ 的物理意义，认识电磁相互作用的本质。 科学思维 通过模型建构与逻辑推理，理解安培力公式的推导过程；运用数学工具分析安培力的大小与方向，培养分析、推理和建模能力。 科学态度与责任 养成严谨求实的科学态度，认识安培力在电动机等工程技术中的关键作用，体会物理学对科技发展的推动作用，增强社会责任感。 科学探究 通过实验探究安培力的影响因素，学会设计实验、收集数据、分析现象并归纳结论，提升观察能力和动手能力。 教学 重点 教学 难点 方向判断： 掌握安培力方向的左手定则。 大小公式： 理解安培力公式 F = BIL sinθ 中各物理量的含义与决定关系。 实验探究： 通过实验验证安培力的存在及影响因素。 空间方向判断： 在三维情境中运用左手定则判断安培力方向。 夹角θ的理解： 准确理解并运用公式中的 电流与磁场方向夹角θ。 磁电式电流表： 辐向磁场的作用分析。 重点难点 课堂导入——观看视频 心动 课堂导入——观看视频 电磁炮 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。自然条件下炮弹速度可达近万m/s，射程320km，杀伤能量32兆焦。 电磁炮为何能高速射弹 课堂导入——情境提问 心形线圈为什么转动 01 PART 01 第一部分 安培力的方向 探究新知 10 演示实验(控制变量法): (1)、改变导线中电流的方向， 观察受力方向是否改变。 (2)、改变磁场的方向， 观察受力方向是否变化。 观察思考：安培力方向与什么因素有关？ 观察实验 磁场方向 电流方向 安培力方向 向上 垂直纸面向里 水平向右 F F 向下 垂直纸面向里 水平向左 向下 垂直纸面向外 水平向右 F 问题：安培力的方向有什么特点？ 平面图 实际情境 安培力方向与什么因素有关？ 结论1：安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直 研究安培力的问题要涉及三维空间 安培力方向 结论2：安培力方向与电流方向、磁场方向有关。 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。 磁感线 四 指 大拇指 穿过手心 电流方向 安培力方向 o I F B F B I F B I F I B I B F B I 立体图转平面图 F 垂直于纸面向里的磁场 垂直于纸面向外的磁场 垂直于纸面向里的电流 垂直于纸面向外的电流 安培力的方向 判定以下通电导线所受安培力的方向 垂直纸面向外 垂直纸面向外 安培力的方向 判定以下通电导线所受安培力的方向 先确定磁场 再判断安培力 探究新知——思考与讨论 当电流与磁场方向夹角为θ时: B F B⊥ B∥ I B I ★注意：F一定与B垂直，一定与I垂直，即安培力垂直于电流和磁场所在的平面.但B与I 不一定垂直. 磁感线不再垂直穿过手心． 安培定则与左手定则的区别 比较项目 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则 适用对象 研究电流与其产生磁场的方向关系 研究通电导线(运动电荷)在磁场中受力时，F、I(v)、B的方向关系 电流和磁场关系 同时存在、同时消失 可单独存在(磁场是外加磁场，而非通电导线产生的磁场) 因果关系 电 流 ( 因 ) → 磁 场(果) 磁场、电流(因) → 通电导线的力(果) 选用条件 知磁感线方向(果),判断产生磁场的电流方向(因) 知导线所受安培力方向(果)和磁场方向，判断电流方向(因) 实验探究 2—— 通电平行直导线间的作用力 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 实验结论 两根通电平行直导线之间是否存在相互作用力？方向与电流方向有关吗？ 结论：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥 实验探究 2—— 通电平行直导线间的作用力 你能解释这一结论吗？ 原理解释 图示：两根导线 AB、CD，电流方向如图 分析步骤： · 导线 CD 的电流产生磁场 （标注磁场方向，用右手螺旋定则） ·导线 AB 在该磁场中受安培力 （用左手定则判断方向） ·同理分析CD受力 结论：相互作用力通过磁场传递，同向吸引、反向排斥 直线电流与通电线框如何作用？ 吸引 有人做了一个如图所示的实验： 把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，观察通电后的现象。请你分析一下，通电后有可能发生怎样的现象？ 应用拓展 思考与讨论 结论：同向的环形电流相互吸引 × × × × × × × × × × · · · · · · · · · · 探究新知——典例解析 思考：如图所示，通电直导线AB固定，CD可以自由移动（二者有一定距离），请你判断通电后CD的运动情况 结论： 边转到同向，边吸引 A B D C F F 思路： 先画磁场，再判受力 找关键帧，判定过程 思考： 转90度之后如何运动？ 思考：竖直线圈固定，水平线圈可绕纸面内水平轴转动，如何运动？ 答案：转到同向 归纳：分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法 方法 核心思路 适用场景 电流元法 把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向 不规则导线、复杂磁场 等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可等效成条形磁铁或多个环形电流(反过来等效也成立)，再根据磁体间或电流间的作用规律判断 环形电流、螺线管的相互作用 特殊 位置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向 导线转动趋势分析 结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 平行直导线相互作用 转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向 磁体在电流磁场中的运动 02 PART 02 第二部分 安培力的大小 探究新知 25 理论探究 —— 安培力大小的影响因素 当通电导线与磁场方向平行时 当通电导线中的电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时，我们应该如何计算安培力呢？ 当通电导线与磁场方向垂直时 B I 探究新知 当通电导线与磁场方向成角时 思路：变不垂直成垂直 当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时，可以将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向分解 垂直导线方向的分量B⊥=Bsinθ 沿着导线方向的分量B∥=Bcosθ 而沿导线方向的分量B∥对电流没有作用 所以导线所受的安培力F=IL·B⊥=IL·Bsinθ. F=IL·Bsinθ=IB·Lsinθ Lsinθ 可以看成导线垂直磁场的有效长度 安培力的公式 （1）当 I⊥B ，且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大。 （2）当 I∥B，电流所受的安培力最小，等于零。 （3）当导线方向与磁场方向 成 θ 角时，所受安培力介于最大值和最小值之间： 1. 大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导线中的电流 I 成正比，即与 I 和 L 的乘积成正比。 2. 公式：F = BIL F安 = BILsin θ B I θ B⊥ B∥ (1) 磁感应强度B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度 (2)导线所处的磁场应为匀强磁场;在非匀强磁场中，公式F=ILBsinθ仅适用于很短的通电导线(我们可以把这样的导线中的电流与导线长度的乘积叫作电流元) (3)不垂直变垂直(垂直导线分解磁场，或垂直磁场投影导线 ) (4)对于弯曲导线来说,公式F=ILB 中的L指的是“有效长度”，弯曲通电导线的有效长度L等于连接两端点的直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端 (5)任一闭合通电导线的有效长度为零,即所受安培力(各电流元所受安培力的合力)为零 特别提醒 探究新知——典例解析 C 探究新知——典例解析 03 PART 03 第三部分 安培力的应用 探究新知 32 磁电式电流表 我们实验中常用的磁电式电流表的结构，它所依据的物理学原理就是通电线圈因受安培力而转动。 铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。 刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。 磁电式电流表的构造 . . 该磁场并非匀强磁场 （2） 该磁场是否匀强磁场？ （3） 该磁场有什么特点？ （1）电流表中磁场分布有何特点呢？ 特点：均匀辐向分布 无论线圈转到何位置，磁场始终垂直于线圈边框，安培力总是和线框垂直。 在以铁芯为中心的圆圈上，各点的磁感应强度 B 的大小是相等的。 线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都相等，不随角度变化 磁电式电流表的磁场分布 （1）当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动。 线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个反抗线圈转动的力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。 磁电式电流表的工作原理 M安 = M弹 （2）安培力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。 表盘的刻度均匀，θ ∝ I （3）线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。 磁电式电流表的工作原理 M安 = M弹 磁电式电流表的特点 (1)表盘的刻度均匀，θ∝I. (2)灵敏度高，可以测出很弱的电流；. (3)线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安） (4)满偏电流Ig和内阻Rg反映了电流表的最主要特性. 若用它测量较大的电流，就要根据在必修第三册中学到改表方法扩大其量程 观看视频 电动机的原理 扬声器的原理 电磁炮的原理 安培力的其他应用 应用 核心原理 解析 电动机 通电线圈在磁场中受安培力转动 利用安培力的转动力矩，通过换向器实现持续转动 扬声器 通电线圈在磁场中受安培力振动，带动纸盆发声 电流变化→安培力变化→线圈振动→纸盆振动发声 电磁炮 通电导体在强磁场中受安培力加速，获得巨大动能 利用安培力的瞬时冲量，将电能转化为炮弹的动能 04 PART 04 第四部分 随堂练习 随堂练习 44 随堂练习 【解析】电流放入磁场中，不管电流与磁场是否垂直，安培力均垂直磁场 和电流所确定的平面，即安培力总是垂直磁场方向，安培力总是垂直电流向。 1.下列说法正确的是( ) A．磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的 B．磁场方向一定与安培力方向垂直，但电流方向不一定与安培力方向垂直 C．磁场方向不一定与安培力方向垂直，但电流方向一定与安培力方向垂直 D．磁场方向不一定与电流方向垂直，但安培力方向一定既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直 D 随堂练习 【解析】由安培力公式，得出，得出B正确。 2.长度为20cm的通电直导线放在匀强磁场中，电流的强度为1A，受到磁场作用力的大小为2N，则磁感应强度B为 ( ) A.B＝10T B.B≥10T C.B≤10T D.不能确定 B 随堂练习 3.如图所示，两根平行放置的长直导线a和b通有方向相反的电流，其中通过a导线的电流是通过b导线电流的2倍，a受到的磁场力大小为F，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力方向不变，大小变为4F，则加匀强磁场后，b受到的磁场力大小为（　　） A. 4F B. 3.5F C. 2.5F D. F 【解析】两根长直线电流大小Ia=2Ib , 方向相反，则a受到b产生磁场的作用力向左大小为F，那么b受到a产生磁场的作用力向右大小也为F，当再加入匀强磁场时产生的磁场力大小为F0，则a受到作用力为4F=F+F0则F0=3F, 而对于b由于电流方向与a相反，且Ia=2Ib 所以b受到匀强磁场的作用力为1.5F，方向向右，则加匀强磁场后，b受磁场力大小为1.5F+F=2.5F故选C。 C 随堂练习 C 随堂练习 随堂练习 B 随堂练习 课堂小结 安培力 安培力的方向 安培力的大小 安培力的应用 判定方法：左手定则 F=BILsinθ（θ为B和 I的夹角） 磁电式电流表的原理、电磁炮 特点：垂直于B和I确定的平面 注意 匀强磁场 不垂直变垂直 有效长度 极靴 线圈 B I θ B⊥ B∥ 科学方法 控制变量法 磁场分解法 电流元法 等效法 关键规律 安培力垂直于 磁场和电流所在平面 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 【详解】设三角形边长为l，通过导体棒MN的电流大小为I，则根据并联电路的规律可知通过导体棒ML和LN的电流大小为 ，如图所示，依题意有 F=BlI 则导体棒ML和LN的等效长度为l，则所受安培力的合力为F1= BlI= F 方向与F的方向相同，选项C正确。 4．如图所示，在倾角为 的光滑斜面上，放置一根长为L，质量为m，通过电流I的导线，若使导线静止，应该在斜面上施加匀强磁场B的大小和方向为（　　） A． ，方向垂直斜面向上 B． ，方向垂直水平面向上 C． ，方向竖直向下 D． ，方向水平向左 【解析】A．若磁场方向垂直斜面向上，则导线受安培力沿斜面向下，不可能平衡，选项A错误； B．若磁场方向垂直水平面向上，则导线受安培力方向水平向右，不可能平衡，选项B错误； C．若磁场方向竖直向下，则安培力水平向左，则由平衡可知 即 选项C正确； D．若磁场方向方向水平向左，则安培力竖直向上，则平衡时 选项D错误。 故选C。 5．如图所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，导线的运动情况是（从上往下看）（　　） A．顺时针方向转动，同时上升 B．顺时针方向转动，同时下降 C．逆时针方向转动，同时下降 D．逆时针方向转动，同时上升 【详解】在导线两侧取两小段，左边一小段，根据左手定则可知，可知其所受的安培力方向垂直纸面向里，右侧一小段，根据左手定则，可知其所受安培力的方向垂直纸面向外，所以从上往下看时，可知导线顺时针转动；当导线转动90°，电流方向垂直纸面向里时，这时导线处于向右的磁场中，根据左手定则可知，其所受的安培力方向向下，故可知导线向下运动，综上所述，导线的运动情况为，顺时针转动，同时下降，ACD错误，B正确。 故选B。 $