第1章 第1节 安培力（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（教科版）

第一章　磁场对电流的作用 选择性必修第二册 安培力 第 1 节 核心素养导学 物理观念 (1)通过实验认识安培力的方向。 (2)会计算安培力的大小。 科学思维 (1)会用左手定则判断安培力的方向。 (2)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。 科学探究 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。 科学态度与责任 通过实验探究的过程，激发学生研究物理的兴趣，端正实事求是的科学态度。 [四层]学习内容1 落实必备知识 [四层]学习内容2 强化关键能力 01 02 CONTENTS 目录 [四层]学习内容3 ·4 浸润学科素养和核心价值 课时跟踪检测 03 04 [四层]学习内容1 落实必备知识 一、安培力及其方向 1.安培力：磁场对__________的作用力。 2.相互平行的通电导线间的作用力 (1)反向电流相互______。(2)同向电流相互______。 通电导线 排斥 吸引 3.安培力方向的决定因素 (1)实验装置(如图)。 (2)实验结论：决定安培力方向的因素有两个：①______方向，②______方向。 4.左手定则：伸出______，四指并拢，使大拇指和其余四指______，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过______，四指指向__________，则_________所指方向就是通电导线所受安培力的方向。 磁场 电流 左手 垂直 手心 电流方向 大拇指 [微点拨] (1)电流方向和磁场方向不一定垂直。 (2)安培力的方向一定和电流方向、磁场方向都垂直。 二、安培力的大小 1.当通电导线垂直于磁场B的方向放置：F=______。 2.当通电导线平行于磁场B的方向放置：F=____。 3.如图所示，当通电导线与磁场方向不平行也不垂直时：F=ILB⊥=__________。  ILB 0 ILBsin θ 1.为什么接通电源之后，会观察到原来静止的导体棒发生摆动?如何改变导体棒摆动的方向? 提示：通电导体棒在磁场中受到了安培力的作用；调换磁铁“N、S”极或调换电源“+、-”极。 2.如图，将通电导线放入匀强磁场中，导线方向和 磁场方向不垂直。判断下列说法的正误。 (1)安培力的方向和磁感线方向一定不垂直。 ( ) (2)若匀强磁场中磁感应强度为B=1 T，导线中电流I=1 A，导线长度l=1 m，则导线所受安培力F=1 N。 ( ) (3)若通电导线在某处不受安培力，则该处磁感应强度不一定为0。 ( ) × × √ [四层]学习内容2 强化关键能力 应用如图所示的装置探究安培力的方向，思考以下 问题： (1)左右交换磁极的位置以改变磁场方向，铝箔条受力的方向是否改变? 新知学习(一)|安培力方向的判断 任务驱动 提示：铝箔条受力的方向改变。 (2)改变铝箔条中电流的方向，铝箔条受力的方向是否改变? 提示：铝箔条受力的方向改变。 (3)仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系? 提示：安培力的方向总是垂直于磁场的方向和电流的方向，安培力的方向可用左手定则判定(如图所示)。 1.安培定则与左手定则的选取原则 重点释解 2.两平行通电直导线的相互作用规律 (1)同向电流互相吸引；(2)反向电流互相排斥。 [典例]　如图所示，半圆形的绝缘环上有 均匀分布的正电荷，AB是竖直直径，直导线 与圆心O等高且水平固定，直导线中通有向右 的恒定电流，将半圆形的绝缘环绕AB所在直线沿顺时针方向(从上向下看)匀速转动，则直导线受到的安培力方向 (　 ) A.向上　　　　　　　 B.向下 C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外 典例体验 √ [解析]　将半圆形的绝缘环绕AB所在直线沿顺时针方向(从上向下看)匀速转动，从上向下看形成的等效电流沿顺时针方向，则电流在直导线处的磁场竖直向上，根据左手定则可知，直导线受到的安培力垂直纸面向外，故选D。 /方法技巧/ 判断安培力方向常见的两类问题 1.一根容易形变的弹性导线，两端固定。导线中通有电流，方向如图中箭头所示。当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图中正确的是 (　 ) 针对训练 √ 解析：A图中导线不受安培力，故它不会弯曲，A错误；B图中导线受到垂直纸面向里的安培力，它不会向右弯曲，B错误；C图中导线受到水平向右的安培力，导线不会向左弯曲，C错误；D图中导线受到水平向右的安培力，故向右弯曲，D正确。 2.截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直 导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。 若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流 I2，I1≫I2，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是 (　 ) √ 解析：因I1≫I2，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线I2要受到I1吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线I2要受到I1排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如选项C所示。 1.F=ILBsin θ适用于匀强磁场中的通电直导线，求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，L为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端，如图所示。 新知学习(二)|安培力的分析与计算 重点释解 2.同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，所受的安培力最大；通电导线与磁场方向平行时，不受安培力；通电导线与磁场方向斜交时，所受的安培力介于0和最大值之间。 3.在非匀强磁场中，只要通电直导线L所在位置的各点磁感应强度B矢量相等(包括大小和方向)，则通电直导线所受安培力也能用公式F=ILBsin θ计算。 4.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。 [典例]　如图所示，匀强磁场区域足够大，磁感应强度大小为B，方向水平向右，将一段圆弧形导体ab置于磁场中，圆弧圆心为O，半径为r。现在导体ab中通以方向从b―→a的恒定电流I，并将磁场从图示位置沿顺时针方向在纸面内缓慢旋转，下列说法正确的是(　 ) A.圆弧形导体受到的安培力方向始终垂直纸面向外 B.圆弧形导体受到的安培力大小不可能为0 C.圆弧形导体受到的安培力大小可能为BIr D.圆弧形导体受到的安培力最大值为πBIr 典例体验 √ [解析]　根据左手定则可知，磁场水平向右时，导体所受安培力垂直纸面向外，当磁场与弦ba平行时，圆弧形导体所受安培力为0，当磁场水平向左时，安培力垂直纸面向里，故A、B错误；圆弧形导体的有效长度为L=r，当磁感应强度B与弦ba垂直时，圆弧形导体所受安培力最大，为Fmax=BIL=BIr，当磁感应强度B与弦ba平行时，圆弧形导体所受安培力为0，所以圆弧形导体所受安培力的大小范围为0≤F≤Fmax，C正确，D错误。 /方法技巧/ 计算安培力大小时的注意点 (1)公式F=ILB仅适用于通电导线与匀强磁场垂直的情况。 (2)公式F=ILBsin θ中，θ是B和I方向的夹角，B是外加磁场的磁感应强度，不要与电流所产生磁场的磁感应强度相混淆。 (3)在应用公式求安培力时，充分利用“有效长度”的概念，会使计算简便。 针对训练 √ 1.(2025·乐山期末检测)长度为l、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是 (　 ) 解析：A图中，导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，故F=IlBcos θ，A正确；B图中，导线和磁场方向垂直，故F=IlB，B错误；C图中导线和磁场方向垂直，故F=IlB，C错误；D图中导线和磁场方向垂直，故F=IlB，D错误。 √ 2.半径为0.1 m的圆内有匀强磁场，磁感应强度B大小为0.4 T，现将一单匝正方形线框放入磁场，线框平面与磁场方向垂直，其中一顶点与圆形磁场区域的圆心O点重合，如图，当通过线框的电流I为1 A时，线框所受的安培力大小为 (　 ) A. N B. N C. N D. N 解析：线框在磁场中的有效长度L=R= m，安培力大小为F=BIL= N，故选B。 [四层] 学习内容3·4浸润 学科素养和核心价值 1.(选自粤教版教材课后练习)在某次讨论活动中，几名同学针对下面的物理情境提出了不同观点。他们的观点正确吗?请说明原因。 物理情境：一段通电直导线被放置于磁感应强度为B的匀强磁场中，导线长度L=0.2 m，导线中通过I=2.5 A 的电流。 (1)同学甲：如果磁场磁感应强度B=2 T，则导线所受安培力F的大小一定等于1 N。 ◉物理观念——安培力的大小和方向 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 提示：不正确。因为只有在通电导线和磁场方向垂直时，F=ILB才能成立。 (2)同学乙：这段导线所受安培力有可能为零，而导线所在的磁场磁感应强度并不为零。 提示：正确。通电导线和磁场方向平行时，安培力为零。 (3)同学丙：因为是匀强磁场，所以在磁场中旋转这段导线时，导线所受安培力F只是方向改变，但大小不变。 提示：不正确。根据F=ILBsin θ，旋转导线时安培力大小不断变化。 2.(选自鲁科版教材课后练习)(多选)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 (　 ) ◉科学态度与责任——安培力在生活中的应用 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 √ 解析：将环形导线分割成无限个小段，每一小段看成直导线，根据左手定则可以判断，当电流为顺时针方向时，导线受到的安培力垂直纸面向外，当电流为逆时针方向时，导线受到的安培力垂直纸面向里，故B、C正确，A、D错误。 √ 1.电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示。两相距很近的多匝通电平行线圈 Ⅰ 和 Ⅱ，线圈 Ⅰ 固定，线圈 Ⅱ 置于天平托盘上。当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零。下列说法正确的是 (　 ) A.两线圈电流方向相同时，天平示数为正数 B.两线圈电流方向相反时，天平示数为负数 C.线圈Ⅱ的匝数越少，天平越灵敏 D.线圈Ⅱ的匝数越多，天平越灵敏 √ 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 解析：当天平示数为负时，说明两线圈相互吸引，两线圈电流方向相同，当天平示数为正时，说明两线圈相互排斥，两线圈电流方向相反，故A、B错误；由于线圈Ⅱ放在天平托盘上，线圈Ⅱ受到线圈Ⅰ的作用力为F=N2BIL，所以当线圈Ⅱ的匝数越多，相同情况下受的力越大，则天平越灵敏，故C错误，D正确。 2.在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的 “花瓣”形线框，磁场方向垂直于线框平面，a、c两点 接一直流电源，电流方向如图所示。已知abc边受到 的安培力大小为F，则整个线框所受安培力大小为 (　 ) A.F B.F C.F D.F √ 解析：根据题图，由电阻定律R=ρ可知，另一边的阻值为ab边的5倍，结合并联电路分流规律可知，通过另一边的电流为ab边的。由F=BIL可知，另一边受到的安培力大小为F，方向与ab边受到的安培力方向相同，因此整个线框所受安培力大小为F合=F+F=F，故选D。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.在赤道上空，竖直放置一根通以向上电流的直导线，此导线受到地磁场的安培力方向为 (　 ) A.由北向南 B.由东向西 C.由南向北 D.由西向东 √ 解析：赤道上空地磁场的方向由南向北，根据左手定则可知，此导线所受安培力的方向由东向西，B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 2.某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系如下列选项图所示，其中正确的是 (　 ) √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：A图中磁场方向和电流方向平行，导线不受安培力作用；根据左手定则可知，B图中安培力的方向应竖直向上，C图中安培力的方向应竖直向下，D图中安培力的方向水平向右。D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3.关于通电直导线所受的安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法正确的是 (　 ) A.F、B、I三者必定均相互垂直 B.F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I C.B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I D.I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：安培力F的方向垂直于磁感应强度B与电流I构成的平面，因此F必垂直于B、I，但B与I不一定垂直，故选项B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 4.如图所示，通以恒定电流I的导线MN在纸面 内从a位置绕其一端M转至b位置时，通电导线所受 安培力的大小变化情况是 (　 ) A.变小 B.不变 C.变大 D.不能确定 √ 解析：当MN在原位置时，安培力的大小为F=IlB，当MN在纸面内绕M端旋转时，其大小仍是IlB，故安培力的大小是不变的，B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5.一段通电直导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中，导线中的电流方向由上而下，如图所示。在导线绕其中心点逆时针转动180°的过程中，导线受到的安培力 (　 ) A.大小不变，方向不变 B.大小由最大减小到零再增至最大，方向时刻改变 C.大小由最大减小到零再增至最大，方向不变 D.大小由最大减小到零再增至最大，方向由垂直纸面向外变为垂直纸面向里 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：根据安培力公式F=IlBsin θ，导线转动前，电流方向与磁场方向垂直，θ=90°；当导线转过一个小角度θ后，电流方向与磁场方向不再垂直，安培力变小；当导线转过90°时，电流方向与磁场方向平行，安培力为零。根据左手定则判断知，导线逆时针转动0~90°过程中，安培力的方向始终垂直纸面向外；在导线再继续转动90°过程中，安培力由零增至最大，方向始终垂直纸面向里，选项D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 6.如图所示，D是置于电磁铁两极间的一段通电直导线，电流方向垂直于纸面向里。在开关S接通后，导线D所受安培力的方向是 (　 ) A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向左 D.水平向右 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：在开关S接通后，线圈中电流由左侧流入，由安培定则可知电磁铁右侧为N极，故导线所在处的磁场方向向左，由左手定则可知，导线所受安培力方向竖直向上，A正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 7.为缩短固定翼飞行器着陆后的滑行距 离，有人构想在机身和跑道上安装设备，使 飞行器在安培力作用下短距离着陆，如图所 示，在机身上安装长为10 m、匝数为50匝的 矩形线圈，线圈通以100 A的电流，跑道上有大小为0.3 T的磁场，通过传感器控制磁场区域随飞机移动，使矩形线圈始终处于图示磁场中，忽略电磁感应的影响，线圈所受安培力的大小和方向是 (　 ) A.15 000 N，向左　　　 B.15 000 N，向右 C.30 000 N，向左 D.30 000 N，向右 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：由左手定则可知，线圈所受安培力向左，大小为F=2nBIL=2×50×0.3×100×10 N=30 000 N，故选C。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 8.(多选)将粗细均匀、边长为L的正三角形铜线框用两根不可伸长的绝缘绳a、b悬挂于天花板上，置于垂直线框平面向外的大小为B的匀强磁场中，现用细导线给三角形线框通有大小为I的电流，则 (　 ) A.通电后两绳拉力变大 B.通电后两绳拉力变小 C.三角形线框所受安培力大小为BIL D.三角形线框所受安培力大小为2BIL √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：根据题意，由左手定则可知，通电后线框所受安培力向下，则通电后两绳拉力变大，故A正确，B错误；根据题意可知，ab间折线的长度是直线长度的2倍，且并联接入电路中，则通过直线的电流是通过折线的电流的2倍，即通过直线的电流为I，通过折线的电流为I，三角形线框所受安培力大小为F=BL·I+BL·I=BLI，故C正确，D错误。故选A、C。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 9.如图所示是一位同学制作的实验装置：轻弹簧 竖直悬挂，下端恰与铜片接触。当开关闭合后， 弹簧时伸时缩，灯泡时明时暗。关于这个实验现 象，下列说法中正确的是 (　 ) A.有电流通过弹簧时，各匝环形电流互相吸引致使弹簧收缩 B.有电流通过弹簧时，各匝环形电流互相排斥致使弹簧伸长 C.弹簧收缩与铜片分离时，通过灯泡的电流较小，灯泡较暗 D.弹簧伸长与铜片接触时，通过灯泡的电流较大，灯泡明亮 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：有电流通过弹簧时，各匝环形电流同向，相互吸引致使弹簧收缩，A正确，B错误；弹簧伸长与铜片接触，弹簧与灯泡并联，电路中总电阻较小，总电流较大，电源内阻分压较大，灯泡两端电压较小，灯泡较暗，同理可知弹簧收缩与铜片分离时，灯泡较明亮，C、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 10.如图所示，在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属 圆环，圆环处于静止状态，圆环一部分处在垂直于环面 的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，环与磁场边界 交点A、B与圆心O连线的夹角为120°，此时悬线的拉力 为F。若圆环通电，使悬线的拉力刚好为零，则环中电流的大小和方向是 (　 ) A.大小为，沿顺时针方向 B.大小为，沿逆时针方向 C.大小为，沿顺时针方向 D.大小为，沿逆时针方向 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：圆环不通电时悬线拉力为F，可知F=mg。若圆环通电，使悬线拉力刚好为零，那么F安=mg，安培力方向竖直向上，电流应为顺时针方向，F安=2BIRsin 60°=BIR，联立得BIR=F，则I=，故A正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 11.(9分)赤道上的地磁场可以看成沿南北方向的匀强磁场，磁感应强度的大小B=5×10-5 T。如果赤道上有一根沿东西方向的直导线，长L=20 m，载有从西向东的电流I=30 A。取g=10 m/s2。 (1)求地磁场对这根导线的作用力的大小和方向；(3分) 答案：3×10-2 N　方向竖直向上 解析：如图所示，由左手定则知安培力的 方向竖直向上 F=BIL=3×10-2 N。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)若保持导线中的电流不变，要使这根导线悬浮在空中并保持静止状态，不计空气浮力，则导线单位长度的质量为多少?(6分) 答案：1.5×10-4 kg 解析：要使导线静止在空中，则mg=BIL 可得==1.5×10-4 kg/m 可知导线单位长度的质量为1.5×10-4 kg。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 12.(10分)如图所示， 在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源， 在相距1 m的平行导轨上放一质量为m=0.3 kg的金属棒ab， 通以从b→a、I=3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止(g=10 m/s2)。求： 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (1)匀强磁场磁感应强度的大小；(5分) 答案：1.73 T 解析：金属棒ab静止，受力情况如图所示， 沿斜面方向受力平衡， 则有mgsin 60°=IlBcos 60°， 解得B== T≈1.73 T。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)ab棒对导轨的压力的大小。(5分) 答案：6 N 解析：根据平衡条件及牛顿第三定律得，金属棒ab对导轨的压力为：FN'=FN== N=6 N。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $