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

第 1 章　安培力与洛伦兹力 选择性必修第二册 安培力及其应用 第 1 节 (强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.通过实验，认识安培力。 2.能判断安培力的方向。 3.会计算安培力的大小。 4.了解安培力在生活中的应用。 1.能认识安培力的内涵，会计算安培力的大小，并会判断其方向。 2.能用安培力的知识解释一些相关物理现象。 3.能分析物理现象，提出有针对性的物理问题。 4.能认识到电磁技术的应用对人类生活的影响。 逐点清(一)　安培力的方向 逐点清(二)　安培力的大小 01 02 CONTENTS 目录 逐点清(三)　安培力的应用 课时跟踪检测 03 04 逐点清(一)　安培力的方向 1.安培力：______对通电导线的作用力。 2.左手定则：如图所示，伸开左手，拇指与其余四指______，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿过_____，四指指向_____的方向，此时拇指所指的方向即为安培力的方向。 多维度理解 磁场 垂直 手心 电流 3.安培力F、磁感应强度B、电流I的关系 (1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向。 (2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。 (3)已知F、I的方向，磁感应强度B的方向不能唯一确定。 1.安培定则与左手定则的选取原则 微点拨 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。 1.判断下列说法是否正确。 (1)安培力的方向与磁场方向可能垂直，也可能不垂直。 ( ) (2)安培力的方向与电流方向一定垂直。 ( ) (3)电流的方向与磁场的方向不一定垂直。 ( ) 全方位练明 × √ √ 2.把柔软的铝箔条折成“天桥”状并用胶纸粘牢两端固定在桌面上，电池的正极通过导线与铝箔条相连，负极直接按压在铝箔条上，以下情形中，会使“天桥”中部的铝箔条向上运动的是(忽略导线产生磁场的影响) (　　) √ 解析：因为选项A中铝箔条没有在磁场中，所以通电后铝箔条不受安培力，故A错误；B、C、D三个选项中铝箔条均处在从N极指向S极的磁场中，结合电流方向由左手定则可知，只有选项D中的铝箔条受向上的安培力，铝箔条向上运动，故B、C错误，D正确。 3.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，故变形后的形状可能如选项C所示。 逐点清(二)　安培力的大小 安培力大小计算的三种情况 同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受到的安培力情况不同，如图所示。 多维度理解 1.如图甲，通电导线与磁场方向平行，此时所受安培力最小，F=0。 2.如图乙，通电导线与磁场方向垂直，此时所受安培力最大，F=IlB。 3.如图丙，通电导线与磁场方向成θ角，此时可以分解磁感应强度，如图丁所示，于是所受安培力大小为F=IlBsin θ，这也是一般情况下通电导线所受安培力的表达式。 对公式F=IlBsin θ的理解 (1)θ是B和I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析。 (2)适用于电流处于匀强磁场中计算安培力大小的情况。 (3)B是外加磁场的磁感应强度大小，不要与电流所产生的磁场的磁感应强度相混淆。 微点拨 (4)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的长度(如图所示)，相应的电流沿导线由始端流向末端。 [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 √ [解析]　根据左手定则可知，磁场水平向右时，圆弧形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。 1.(双选)下列四幅图中，导体棒的长度均为L，磁场的磁感应强度大小均为B，在各导体棒中通有大小相同的电流I。则下列选项正确的是 (　　) 全方位练明 A.图甲中导体棒所受的安培力大小为BIL B.图乙中导体棒所受的安培力大小为BIL C.图丙中导体棒所受的安培力大小为BIL D.图丁中导体棒所受的安培力大小为BIL √ √ 解析：题图甲中，因导体棒与磁场平行，所以导体棒所受的安培力为零，A错误；题图乙中，导体棒与磁场垂直，则导体棒所受的安培力的大小为F1=BIL，B正确；题图丙中，导体棒与磁场垂直，则导体棒所受的安培力的大小为F2=BIL，C错误；题图丁中，导体棒与磁场成60°角，则导体棒所受的安培力的大小为F3=BILsin 60°=BIL，D正确。 2.(2024·福建高考)(双选)如图，用两根不可伸长的绝缘细绳将半径为r的半圆形铜环竖直悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，铜环两端a、b处于同一水平线。若环中通有大小为I、方向从a到b的电流，细绳处于绷直状态，则 (　　) A.两根细绳拉力均比未通电流时的大 B.两根细绳拉力均比未通电流时的小 C.铜环所受安培力大小为2rBI D.铜环所受安培力大小为πrIB √ √ 解析：方法一：微元法 如图，取通电半圆形铜环的一小段Δl，可将其视 为直导线，根据左手定则可知，该小段铜环受到 的安培力方向如图所示，其大小为ΔF=BIΔl，根 据对称性可知，对称的两小段铜环所受的安培力 在水平方向的分力大小相等、方向相反，相互抵消，则通电后半圆形铜环受到的安培力竖直向下，根据受力分析可知，通电后两根细绳的拉力均变大，故A正确，B错误；对每小段铜环所受安培力在竖直方向的分力求和，可得F=∑Fy=∑BIΔlsin θ=2rIB，故C正确，D错误。 方法二：等效法 通电半圆形铜环的等效长度为2r，电流方向a→b，根据左手定则可知半圆形铜环受到的安培力方向竖直向下，大小F=BI×2r=2rIB，根据受力分析可知，通电后细绳的拉力T=mg+F=mg+2rIB>mg，两根细绳拉力均比未通电流时的大。故选A、C。 逐点清(三)　安培力的应用 1.电动机的构造 (1)定子：固定不动的部分，通常由两个______组成。 (2)转子：能够转动的部分，通常是______。 2.电动机的原理：通电的线圈——转子，在定子产生的磁场中受_______而运动。 多维度理解 磁极 线圈 安培力 3.电动机的应用：生活、生产、建设、交通、科研、娱乐等一切通过用电获得动力的设备、机器，如电风扇、洗衣机、吹风机、电动车、磁盘的驱动、制冷设备的压缩机都离不开由________使其转动的电动机。 安培力 4.电流计工作原理 (1)构造：圆柱形铁芯、_________、线圈、指针和游丝，如图所示。 (2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，当安培力的作用与游丝形变产生的阻碍达到平衡时，指针便停留在某一刻度。______越大，安培力越大，_____________越大。 U形磁铁 电流 指针偏转角度 1.判断下列说法是否正确。 (1)电动机的转子转动是线圈受安培力作用的结果。 ( ) (2)磁电式电流表内部是均匀辐射磁场，而不是匀强磁场。 ( ) (3)磁电式电流表指针偏转角度越大，线圈受到的安培力越大。 ( ) 全方位练明 √ √ √ 2.(2025·宁德高二检测)下列关于磁电式电流表(结构 如图所示)的说法不正确的是 (　　) A.磁电式电流表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁 两极之间的线圈 B.表盘的刻度是不均匀的 C.根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向 D.优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱 √ 解析：磁电式电流表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱，A、D正确；极靴与软铁之间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，因此刻度盘的刻度是均匀的，B错误；线圈中电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向跟着改变，C正确。 3.如图甲所示是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈匝数为n，面积为S，线圈a、b两边导线长均为l，所在处的磁感应强度大小均为B，当线圈中通电流I时，a、b边所受安培力F方向如图乙所示。则 (　　) A.该辐向磁场是匀强磁场 B.穿过线圈的磁通量为BS C.转动过程中安培力F大小总为nBIl D.线圈a边导线电流方向垂直纸面向外 √ 解析：匀强磁场的磁感线处处平行，而辐向磁场的磁感线不平行，所以不是匀强磁场，故A错误；由题图乙根据对称性可知，穿过线圈的磁通量为零，故B错误；根据安培力公式可得，转动过程中安培力大小为F=nBIl，故C正确；根据左手定则可知，线圈a边导线电流方向为垂直纸面向里，故D错误。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1.(2025·福州高二阶段检测)电风扇的核心部件是电动机，电风扇通电后电动机线圈开始转动，使电动机线圈发生转动的力是 (　　) A.库仑力 B.电场力 C.万有引力 D.安培力 √ 解析：电动机线圈会转动是由于通电线圈受到安培力的作用，故选D。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 2.(双选)下面的各图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是 (　　) √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：题图A，磁场方向竖直向上，电流方向垂直纸面向里，由左手定则可知，磁场对通电直导线的作用力方向水平向右，A错误；题图B，磁场方向水平向右，电流方向垂直纸面向外，由左手定则可知，磁场对通电直导线的作用力方向竖直向上，B正确；题图C，磁场方向垂直纸面向里，电流方向水平向左，由左手定则可知，磁场对通电直导线的作用力方向竖直向下，C正确；题图D，磁场方向垂直纸面向外，电流方向垂直纸面向外，磁场方向与电流方向平行，磁场对通电直导线不产生作用力，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 3.两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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据右手螺旋定则可知导线P中电流产生的磁场为逆时针方向，根据左手定则可知导线Q所受的安培力方向为向上，故A正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 4.(2025·东营高二阶段检测)如图所示，金属杆ab处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面成θ角斜向上，ab静止于水平导轨上。则关于金属杆所受安培力的方向，下列说法中正确的是 (　　) A.水平向左 B.水平向右 C.斜向上方 D.斜向下方 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据题图可知，金属杆中的电流方向从a→b，根据左手定则可知，金属杆所受安培力的方向为垂直于磁场斜向左上方，故选C。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 5.如图所示，通电导线在纸面内由Ⅰ位置绕垂直纸面的 固定轴转到Ⅱ位置，则该导线所受安培力大小 (　　) A.变大 　　　B.变小 C.不变 　　　D.不能确定 √ 解析：通电导线由Ⅰ位置绕固定轴转到Ⅱ位置，导线仍然与磁场垂直，则安培力大小F=IlB不变，故C正确，A、B、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 6.如图为一台直流电动机的简化示意图。已知转子为n匝、长L、宽d的矩形线圈，ab边所处的磁场的磁感应强度为B。当线圈中通有恒定电流I，转子绕线圈平面内垂直于磁场的轴，由图示位置顺时针(从a看向b)转过θ角时(转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行)，转子的ab边受到的安培力大小为 (　　) A.nILBsin θ B.nILBcos θ C.nIdB D.nILB √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行，根据安培力公式可得转子的ab边受到的安培力大小为F=nILB，选项D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 7.如图所示为演示平行电流之间的作用力的实验装置的电路简图。M和N为两根平行放置的导体棒，S2为单刀双掷开关，下列说法正确的是 (　　) A.闭合S1，S2接a，M、N相互吸引 B.闭合S1，S2接b，M、N相互吸引 C.断开S1，S2接a，M、N相互吸引 D.断开S1，S2接b，M、N相互吸引 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：闭合S1，S2接a，则两导体棒中电流方向相同，M、N表现为相互吸引，故A正确；闭合S1，S2接b，两导体棒被短路，则导体棒中无电流通过，M、N间无吸引力，故B错误；断开S1，S2接a，导体棒N中无电流通过，M、N间无吸引力，故C错误；断开S1，S2接b，则两导体棒串联，由于平行放置，电流方向相反，M、N间表现为相互排斥，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 √ 8.(双选)如果直流电动机转子线圈按如图所示方式连接，则闭合开关后 (　　) A.转子线圈能持续转动 B.应该使用换向器，转子线圈 才会持续转动 C.电动机的线圈在左图位置时不会转动 D.电动机的线圈在右图位置时最终会停止转动 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：直流电动机转子线圈想要持续转动，必须使用换向器，否则最终将停止在题图中的右图所示位置，A错误，B、D正确；电动机的线圈在题图中的左图位置时，ab边受到向上的安培力，cd边受到向下的安培力，所以将会顺时针转动，C错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 9.(2025·湖北高二联考)如图所示，粗细均匀的正方形导线框ABCD处于匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直。将线框两端接入电路中，让恒定电流从A端流入、B端流出，关于磁场对线框四条边作用力的分析，下列选项正确的是 (　　) A.AB边与CD边受到的力大小相等，方向相同 B.AB边与CD边受到的力大小相等，方向相反 C.AD边与BC边受到的力大小相等，方向相同 D.AD边与BC边受到的力大小相等，方向相反 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：AB边电阻小于ADCB边的电阻，则AB边电流大于CD边电流，则根据F=BIL可知AB边与CD边受到的力大小不相等，方向相同，选项A、B错误；AD边与BC边电流相等，根据F=BIL可知，受到的力大小相等，由左手定则可知，安培力方向相反，选项C错误，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 10.如图，平放的铝锅锅边上焊一接线柱a，锅底部中央处焊另一接线柱b，竖直向下的强磁场穿过铝锅。在锅中倒入一定量的水银，若a、b经导线接直流电源，水银将会旋转起来。下列判断正确的是 (　　) A.若a接正极、b接负极，水银将顺时针旋转 B.若a接正极、b接负极，水银将逆时针旋转 C.若仅将磁场反向，水银的旋转方向将不会改变 D.若把锅中的水银换成盐水，则不会旋转 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：由左手定则可知，若a接正极、b接负极，水银将顺时针旋转，所以A正确，B错误；若仅将磁场反向，水银的旋转方向将会改变，因为安培力的方向与磁场的方向有关，所以C错误；若把锅中的水银换成盐水，则也会旋转，因为盐水也能导电，也相当于通电导线在磁场中受到安培力作用，所以D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 11.如图所示的装置可以用来测量磁场的磁感应强度大小。 将白纸置于电子秤上，电子秤水平放置，先将电子秤示 数清零，然后将多粒纽扣型强磁铁叠加后固定于纸上。 将匝数为800匝、下边长为L=0.07 m的线圈竖直固定于铁架台上，置于磁铁上方，线圈下边框处的磁场恰好水平且垂直于线框所在平面。实验开始后，线圈中电流为I=0.16 A时，电子秤示数为F1=4.77×10-3 N；仅改变线框中电流的方向，电子秤的示数为F2=3.56×10-3 N。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 忽略磁场对其余边框以及边框与边框之间的作用力，下边框所在区域磁场可视为匀强磁场，则下边框所在区域磁场的磁感应强度大小约为 (　　) A.5.4×10-2 T B.6.8×10-5 T C.4.6×10-4 T D.3.7×10-1 T 解析：设磁铁的总质量为m，由平衡条件，电流方向改变前，mg+nILB=F1，电流方向改变后，mg-nILB=F2，联立并代入数据可得B≈6.8×10-5 T，选项B正确。 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 12.(10分)赤道上的地磁场可视为由南向北的水平匀强磁场，磁感应强度B=5.0×10-5 T。假设赤道上有一根沿东西方向放置的直导线，长L=2.0 m，通有方向由东向西、大小I=10 A的电流。 (1)判断导线所受安培力方向是竖直向上还是竖直向下；(2分) 答案：竖直向下 解析：由左手定则可知，其安培力的方向为竖直向下。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (2)求导线所受安培力的大小；(4分) 答案：1.0×10-3 N 解析：由安培力公式得F=BIL=5.0×10-5×10×2.0 N=1.0×10-3 N。 (3)如果将上述通电导线沿南北方向放置，则导线所受安培力大小为多少?(4分) 答案：0 解析：因通电导线与磁场方向平行，所以导线所受安培力大小为F=0。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 13.(10分)如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂悬挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向垂直于线圈平面向里。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡。重力加速度g取10 m/s2。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (1)导出用n、m、l、I、g计算B的表达式；(6分) 答案：B= 解析：设电流方向未改变时，等臂天平左盘内砝码的质量为m1，右盘内砝码和线圈的质量为m2，则由等臂天平的平衡条件， 有m1g=m2g-nIlB 同理可得电流方向改变后， 有(m+m1)g=m2g+nIlB，联立两式得B=。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 (2)当n=9、l=10.0 cm、I=0.10 A、m=8.78 g时，磁感应强度是多少? (结果保留2位有效数字)(4分) 答案：0.49 T 解析：将n=9、l=10.0 cm=0.1 m、I=0.10 A、m=8.78 g=8.78×10-3 kg代入B=，得B≈0.49 T。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $