第1节 安培力-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第一节　安培力 【素养目标】　1.通过实验，认识安培力，掌握安培力的方向与电流方向、磁感应强度方向之间的关系。2.掌握安培力的表达式F＝BIL sin θ，并会进行有关计算。 知识点一　安培力的方向 【情境导入】　如图所示，在蹄形磁体的两极之间放置一对平行导轨；导轨两端接在电源上，在两导轨之间垂直于导轨放置一段电阻较小的导体棒，不通电时，导体棒静止不动。 (1)闭合开关，使导体棒通电，导体棒将向右运动，为什么？ (2)交换N、S极的位置，闭合开关，导体棒将向什么方向运动，为什么？ (3)再改变导体棒中电流的方向，导体棒将向什么方向运动，为什么？ 提示：(1)通电导体棒受到磁场向右的作用力。 (2)导体棒将向左运动；因为磁场方向改变，导体棒受力方向发生改变。 (3)导体棒向右运动；因为电流方向改变，导体棒受力方向发生改变。 【教材梳理】 (阅读教材P2—P3完成下列填空) 1．安培力：磁场对通电导线的作用力。 2．左手定则：伸开左手，使大拇指与四指垂直，且都与手掌在同一个平面内。让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 【师生互动】　如图所示，两条平行直导线A和B中通入方向相反的电流，A、B所受安培力分别记为FA、FB。 任务1.判断FA与FB的方向。导线A、B之间是排斥还是吸引？ 任务2.如果A、B电流方向相同，判断FA与FB的方向。导线A、B之间是排斥还是吸引？ 任务3.请你总结两平行通电直导线间的相互作用规律。 提示：任务1.如图甲所示，导线A处在导线B的电流的磁场中，根据左手定则可知，FA的方向向左；如图乙所示，导线B处在导线A的电流的磁场中，根据左手定则可知，FB的方向向右。FA与FB方向相反，导线A、B相互排斥。 任务2.若A、B电流方向相同，同理可判定FA方向向右，FB方向向左，两导线相互吸引。 任务3.同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 画出(或者说出)各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 答案：见解析 解析：根据左手定则判断安培力的方向，注意无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面。各图中磁场对通电导线的安培力的方向如图所示。 学生用书第2页 1．安培力方向的特点：安培力的方向与电流的方向、磁感应强度的方向都垂直，即垂直于电流方向与磁场方向所决定的平面。　　 2．安培定则与左手定则的比较 安培定则 左手定则 用途 判断电流产生的磁场方向 判断通电导线在磁场中的受力方向 因果关系 电流是因，磁场是果 电流和磁场都是因，安培力是果 针对练．(2025·东莞市高二下期中)如图所示，三根通电长直导线P、Q、R互相平行且通过正三角形的三个顶点，三条导线中通入的电流大小相等，方向垂直纸面向里。则通电导线R受到的安培力的合力的方向是(　　) A．与PQ垂直，指向y轴正方向 B．与PQ垂直，指向y轴负方向 C．与PQ平行，指向x轴正方向 D．与PQ平行，指向x轴负方向 答案：B 解析：同向电流相互吸引，再根据平行四边形定则，可知通电导线R受到的安培力的合力的方向与PQ垂直，指向y轴负方向，故选B。 知识点二　安培力的大小 【情境导入】　研究表明，当通电直导线与磁场方向平行时，如图(a)所示，通电直导线所受安培力大小为零；当通电直导线与磁场方向垂直时，如图(b)所示，通电直导线所受安培力F最大且为BIL。试推导如图(c)所示情况下安培力的大小。 提示：当通电直导线与磁场方向成θ角时，可将原磁场的磁感应强度B分解为与直导线垂直的分量B1和与直导线平行的分量B2，如图所示，则B1＝B sin θ，B2＝B cos θ，因平行于直导线的分量B2不对通电直导线产生安培力，故长度为L、电流为I的通电直导线与磁场夹角成θ角时所受安培力的大小为F＝BIL sin θ。 【教材梳理】 (阅读教材P4完成下列填空) 1．当通电直导线与磁场方向平行时，通电直导线所受安培力的大小F＝0。 2．当通电直导线与磁场方向垂直时，通电直导线所受安培力的大小F＝BIL。 3．当通电直导线与磁场方向成θ角时，所受安培力的大小为F＝BIL_sin_θ。 【师生互动】　如图中磁感应强度为B，电流为I，AB＝BC＝L，试分析整个导线ABC所受安培力的大小和方向，然后与电流从A流向C、长度与AC连线相同、通电电流也为I的通电直导线所受安培力进行比较，可以得到什么结论。 提示：将导线分成AB和BC两段，根据安培力公式和左手定则可知，AB段受到的安培力F1＝BIL，水平向右，BC段受到的安培力F2＝BIL，竖直向上，求F1和F2的合力，可得导线ABC受到的安培力F＝BIL，垂直于AC向上。与沿虚线的导线AC(电流从A到C)受到的安培力大小、方向相同，即ABC受到的安培力可用AC受到的安培力代替。 如图所示，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，求各导线所受到的安培力的大小。 学生用书第3页 解题指导：(1)图丙中通电导线的有效长度为直角边ac。 (2)图丁中通电导线的有效长度为直径ab。 (3)图戊中通电导线abc的有效长度为零。 答案：BIL　BIL cos α　BIL　2BIR　0 解析：题图甲中，导线在纸平面内，因为B⊥I，故F甲＝BIL；题图乙中，F乙＝BIL cos α；题图丙中是两根导线组成的折线abc，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为ac(即a→c的电流)，故F丙＝BIL；题图丁中是a→b的半圆形电流，其有效长度为ab，则F丁＝2BIR；题图戊中，用导线将abc接通形成闭合线圈，线圈受力的矢量和为零，所以闭合的通电线圈受安培力F戊＝0。 1．有效长度：公式F＝BIL sin 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。 2．推论：在匀强磁场中，任意形状的闭合共面通电线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度L＝0，整个通电线圈所受安培力F＝0，如图甲、乙所示。　　 　　 针对练1．(多选)(2025·广州市高二期末) 长为L的导线ab斜放在水平导轨上(导线与导轨的夹角为θ)，两导轨相互平行且间距为d，匀强磁场的磁感应强度为B，如图所示，当通过ab的电流为I时，导线ab所受安培力的大小为(　　) A．BIL B．BIL sin θ C． D． 答案：AC 解析：由题图知，I与B方向垂直，导线ab所受安培力的大小为F＝BIL，又L＝，则F＝。故选AC。 针对练2．(多选)(2025·汕头市高二校考期中)如图所示，硬质正方形导线框abcd置于磁感应强度大小为B、方向由d指向b的匀强磁场中，正方形边长为L、各边材质完全相同。将a、c分别接在恒压电源的正、负极上，通过ab边的电流强度为I，则线框所受的安培力(　　) A．大小为2BIL　　　　 B．大小为2BIL C．方向垂直纸面向外 D．方向垂直纸面向里 答案：BC 解析：线框abc与adc边的等效长度都为ac的连线长度，故线框所受的安培力的大小为F＝2BI·L＝2BIL，由左手定则可知，方向垂直纸面向外，故选BC。 1．两根互相平行的通电直导线P、Q的横截面如图所示，电流方向已在图中标出，则导线P中的电流产生磁场的磁感线环绕方向和导线Q所受的安培力方向分别为(　　) A．逆时针，向上 B．逆时针，向下 C．顺时针，向上 D．顺时针，向下 答案：A 解析：根据右手螺旋定则可知，导线P中电流产生的磁场方向为逆时针方向，根据左手定则可知，导线Q所受的安培力方向为向上，故选A。 2．(2024·江门市高二期中)如图所示，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直匀强磁场放置， 学生用书第4页 将a、b两点接入电源两端，通电时，导体框中ab边受到的安培力为F，则(　　) A．导线ac与acb中电流大小相同 B．导线ab与acb受到的安培力方向相同 C．导线acb受到的安培力大小也为F D．整个线框受到的安培力大小为2F 答案：B 解析：ab段电阻为R，则ac、bc段电阻也为R，若设流过ac电流为I，则流过ab的电流为2I，故A错误；导线acb的有效长度与ab相同，安培力方向相同，ab受到的安培力为F＝2BIL，则导线acb受到的安培力F′＝BIL＝，整个线框受到的安培力大小为F合＝F＋＝1.5F，故B正确，C、D错误。 3．(多选)(鲁科版选择性必修第二册P9T5)如图(a)所示，扬声器中有一线圈处于辐射状磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音。俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面)，磁场方向如图中箭头所示。下列选项正确的是(　　) A．当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 B．当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 C．当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 D．当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 答案：BC 解析：将环形导线分割成无限个小段，每一小段看成直导线，根据左手定则，电流顺时针时，导线的安培力垂直纸面向外，故A错误，B正确；当电流逆时针时，根据左手定则知安培力垂直纸面向里，故C正确，D错误。 4．(2024·广东人大附中深圳学校高二期中)如图所示，三根长为L的通电导线在空间构成以导线A为顶点的等腰直角三角形，其中导线A、B电流的方向垂直纸面向里，导线C电流方向垂直纸面向外，导线B、C电流大小为I，在A处产生的磁感应强度的大小均为B0，导线A通过的电流大小为2I，则导线A受到的安培力是(　　) A．2B0IL，竖直向上 B．2B0IL，水平向右 C．2B0IL，竖直向上 D．2B0IL，水平向右 答案：C 解析：导线B、C在导线A处产生的磁感应强度的大小均为B0，根据磁感应强度的叠加可知，导线A处的磁感应强度为BA＝B0，方向水平向左，由左手定则可知，导线A所受安培力方向竖直向上，大小为F＝B0×2IL＝2B0IL，故C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $