第1章 第1节 磁场对通电导线的作用力（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

第一章　安培力与洛伦兹力 选择性必修第二册 磁场对通电导线的作用力 (强基课——逐点理清物理观念) 第 1 节 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，会计算安培力的大小。 3.了解安培力在生产生活中的应用。 1.掌握安培力的概念、大小和方向及左手定则。 2.应用安培力公式计算安培力的大小。 3.观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理。 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)　磁电式电流表 课时跟踪检测 03 04 逐点清(一)　安培力的方向 1.安培力：______________在磁场中受的力。 2.决定安培力方向的因素 (1)________ 方向；(2)________ 方向。 3.左手定则：伸开________，使拇指与其余四个手指_______，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从________垂直进入，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。 多维度理解 通电导线 磁场 电流 左手 垂直 掌心 电流的方向 拇指 4.安培定则与左手定则的选取原则 5.安培力方向的特点 安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所在的平面。 6.判断安培力方向的步骤 (1)明确研究对象。 (2)用安培定则或根据磁体的磁场特征，画出研究对象所在位置的磁场方向。 (3)由左手定则判断安培力方向。 7.两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.在赤道上空有一条沿东西方向水平架设的导线，当导线中的自由电子自西向东沿导线做定向移动时，导线受到地磁场的作用力的方向为 (　　) A.向北　　 B.向南　　 C.向上　　 D.向下 √ 解析：当导线中的自由电子自西向东沿导线做定向移动时，导线中的电流方向由东向西。在赤道上空，地磁场的方向从南向北，根据左手定则可判断安培力的方向竖直向下，故选D。 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，反向电流相互排斥”，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 1.安培力的大小 (1)当通电导线垂直于磁场方向放置时：F=_______。 (2)当通电导线平行于磁场方向放置时：F=____。 (3)如图所示，当通电导线与磁场方向既不平行 也不垂直时：F=IlB⊥=__________。  多维度理解 IlB 0 IlBsin θ 2.对安培力表达式F=IlBsin θ的理解 (1)公式F=IlBsin θ中θ是B和I方向的夹角 ①当θ=90°时，即B⊥I，sin θ=1，公式为F=IlB。 ②当θ=0°时，即B∥I，F=0。 (2)公式F=IlBsin 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 点直线的长度(如图所示)，相应的电 流沿导线由始端流向末端。 3.安培力的叠加 当通电导线同时处于几个磁场中时，每个磁场对通电导线都有作用力，通电导线所受合力是各个安培力的矢量和。 1.(多选)如图所示的四幅图中，导体棒的长度均为L，匀强磁场的磁感应强度大小均为B，在各导体棒中通有相同的电流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，因电流方向与磁场方向平行，所以导体棒所受的安培力为零；题图乙中，电流方向与磁场方向垂直，则导体棒所受的安培力大小为F乙=BIL；题图丙中，电流方向与磁场方向垂直，则导体棒所受的安培力大小为F丙=BIL；题图丁中，电流方向与磁场方向成60°角，则导体棒所受的安培力大小为F丁=BILsin 60°=BIL。故选B、D。 2.(2024·福建高考)(多选)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。 3.(2024·贵州高考)如图，两根相互平行的长直导线与一“凸”形导线框固定在同一竖直平面内，导线框的对称轴与两长直导线间的距离相等。已知左、右两长直导线中分别通有方向相反的恒定电流I1、I2，且I1>I2，则当导线框中通有顺时针方向的电流时，导线框所受安培力的合力方向 (　　) A.竖直向上　　　　　　 B.竖直向下 C.水平向左 D.水平向右 √ 解析：根据右手螺旋定则，可知导线框所在磁场方向向里，由于I1>I2，可知左侧的磁感应强度大，同一竖直方向上的磁感应强度相等，故水平方向导线所受的安培力相互抵消，根据左手定则结合F=BIL，可知左半边竖直方向的导线所受的水平向左的安培力大于右半边竖直方向的导线所受的水平向右的安培力，故导线框所受安培力的合力方向水平向左。故选C。 逐点清(三)　磁电式电流表 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：通电线圈因受安培力而转动。 (1)被测电流越大，_____________的角度越大。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。这两种转动的效果叠加在一起，指针随之发生偏转；最终达到平衡，指针停止偏转。所以根据指针偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小。 多维度理解 线圈偏转 (2)当线圈中电流方向改变时，________________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____ ______________。 3.磁电式电流表的特点 (1)极靴和铁芯之间是沿________方向均匀分布的磁场。 (2)线圈平面始终与磁感线_______。 (3)表盘刻度均匀分布。 4.磁电式电流表的优点：灵敏度高，可以测量________的电流。 5.磁电式电流表的缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流_____。 安培力的方向 被测 电流的方向 半径 平行 很弱 很弱 [典例]　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。 1.(2024·浙江1月选考)磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是 (　　) A.图示左侧通电导线受到安培力向下 B.a、b两点的磁感应强度相同 C.圆柱内的磁感应强度处处为零 D.c、d两点的磁感应强度大小相等 全方位练明 √ 解析：由左手定则可知，题图示左侧通电导线受到安培力向下，选项A正确；a、b两点的磁感应强度大小相等，但是方向不同，选项B错误；磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感应强度不为零，选项C错误；因c点的磁感线较d点密集，可知 c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，选项D错误。 2.(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表，这种电流表的构造如图甲所示，蹄形磁体和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法中正确的是 (　　) A.在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行 B.线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动 C.当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上 D.当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 √ √ √ 解析：由于磁场均匀辐向分布，且线圈与铁芯共轴，故线圈平面总是与磁感线平行，故A正确；通有电流时，线圈在安培力的作用下转动，从而使螺旋弹簧发生形变，螺旋弹簧因为形变而产生阻碍线圈转动的力，故B正确；由左手定则知，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动，故C错误，D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1.关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是 (　　) A.F、B、I三者必须保持相互垂直 B.F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直 C.B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直 D.I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直 √ 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 解析：通电导线受安培力时，安培力F与磁感应强度B的方向和电流I的方向都是垂直的，但B与I可以垂直，也可以不垂直，故A、C、D错误，B正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 2.(2025·山东菏泽期中)对磁感应强度的理解，下列说法正确的是 (　　) A.磁感应强度的方向跟放入磁场中的通电导线所受安培力的方向相同 B.磁感应强度的方向跟放入磁场中的通电导线的电流方向有关 C.一小段通电导线在磁感应强度为零处，一定不受安培力作用 D.一小段通电导线在某处不受安培力作用，该处的磁感应强度一定为零 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：磁感应强度的方向跟放入磁场中的通电导线所受安培力的方向垂直，选项A错误；磁感应强度的方向由磁场本身决定，跟放入磁场中的通电导线的电流方向无关，选项B错误；一小段通电导线在磁感应强度为零处，一定不受安培力作用，选项C正确；一小段通电导线在某处不受安培力作用，可能是电流方向与磁场方向平行，而该处的磁感应强度不一定为零，选项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所受的安培力方向向上，故A正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 4.(2025·浙江杭州期中)如图所示，通以恒定电流I的Λ形导线abc放置在磁感应强度大小为B、方向水平向右的匀强磁场中。已知导线abc组成的平面与磁场方向平行，导线的ab、bc段的长度均为l，两段导线间的夹角为90°，且两段导线与磁场方向的夹角均为45°，则导线abc受到的安培力为(　　) A.0 B.BIl C.BIl D.2BIl √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：导线abc的有效长度为线段ac，因线段ac与磁感应强度B平行，故导线abc所受安培力为0。故选A。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 5.(2023·江苏高考)如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B。L形导线通以恒定电流I，放置在磁场中。已知ab边长为2l，与磁场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行。该导线受到的安培力为 (　　) A.0 B.BIl C.2BIl D.BIl √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：bc段与磁场方向平行，不受安培力；ab段与磁场方向垂直，所受安培力为Fab=BI·2l=2BIl，则该导线受到的安培力为2BIl。故选C。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 6.(2025·山东青岛阶段练习)(多选)如图所示，两通电长直导线垂直纸面放置，它们的电流大小相等、方向均垂直于纸面向里，菱形abcd的对角线ac与两导线垂直相交，菱形的中心O点到两导线的距离相等。则下列说法正确的是 (　　) A.O点的磁感应强度大小为零 B.a点与c点的磁感应强度大小相等、方向相同 C.Ob上各点的磁感应强度方向相同 D.若在d点放入一个电流垂直纸面向里的通电 导线(图中未画出)，它受到的安培力方向沿dO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，右边通电导线在O点产生的磁感应强度大小为B1、方向向上，左边通电导线在O点产生的磁感应强度大小为B1、方向向下，故O点的磁感应强度大小为零，故A正确；根据右手螺旋定则和磁场的叠加可知，a点与c点的磁感应强度大小相等，a点的磁感应强度方向向下，c点的磁感应强度方向向上，故B错误；根据右手螺旋定则和磁场的叠加可知，Ob上各点的磁感应强度方向均向左，故C正确； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 右边通电导线在d点产生的磁感应强度大小为B2、方向向右上方，左边通电导线在d点产生的磁感应强度大小为B2、方向向右下方，d点的磁感应强度方向向右，若在d点放入一个电流垂直纸面向里的通电导线，由左手定则可知它受到的安培力方向沿dO向下，故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，电流方向相反，M、N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.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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 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。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 9.(2025·内蒙古赤峰期中)如图所示，等边三角形ABC的三个顶点上均固定了垂直纸面的长直导线，A、B两点处长直导线中的电流大小均为I，B点处长直导线中电流方向垂直纸面向里，A点处长直导线中电流方向垂直纸面向外。已知A点处长直导线受到的安培力水平向右，则C点处长直导线中电流方向和大小是(　　) A.垂直纸面向里，小于I B.垂直纸面向里，大于I C.垂直纸面向外，等于I D.垂直纸面向外，大于I √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”可知，B点处直导线与A点处直导线互相排斥，对A点处直导线受力分析如图所示，由几何关系可知FCA=FBA，则C点处长直导线中电流大小等于I，方向垂直纸面向外，故选C。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 10.(2025·江西鹰潭期中)如图所示，由三根电阻相同的导体连接而成的正三角形线框abc固定在匀强磁场中，线框所在平面与磁场方向垂直，a、b分别与直流电源两端相接。若导体ab受到的安培力大小为F1，导体ac受到的安培力大小为F2，导体acb受到的安培力大小为F3，正三角形abc受到的安培力大小为F4，则下列判断 正确的是(　　) A.F1=F2 B.F4=0 C.F4=1.5F1 D.F4=2F1 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：设干路中的电流为I，正三角形线框abc边长为l，由电阻定律R=ρ可知=，由欧姆定律R=可知=，则Iacb=I，Iab=I，所以导体ab受到的安培力大小为F1=BIl，导体ac受到的安培力大小为F2=BIl，导体acb受到的安培力大小为F3=2×BIlcos 60°=BIl，正三角形abc受到的安培力大小为F4=Facb+Fab=BIl，故F1=2F2，F4=1.5F1，故选C。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 11.(2025·河北邯郸期中)如图所示的等腰直角三角形abc，顶点a、b、c分别水平固定长度均为L、电流均为I0的直导线，b、c两导线中电流方向均垂直纸面向里，a导线中电流方向垂直纸面向外，已知通电直导线在其周围空间产生的磁感应强度大小为B=， I为直导线中的电流，r为某点到直导线的距离，导线 b在a点产生的磁感应强度大小为B0，则下列说法正确 的是(　　) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 A.导线a所受的安培力大小为B0I0L，方向水平向左 B.导线c所受的安培力大小为B0I0L，方向水平向左 C.欲使导线c所受的安培力为零，应加一方向竖直向下、磁感应强度大小为B0的匀强磁场 D.欲使导线a所受的安培力为零，应加一方向竖直向下、磁感应强度大小为B0的匀强磁场 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 解析：由于导线a到导线b和导线c的距离相等，则导线b、c在a处产生的磁感应强度大小相等，由安培定则可知，导线b、c在a处产生的磁感应强度如图1所示，由平行四边形定则 可知a处的磁感应强度大小为Ba=B0，则导 线a所受的安培力大小为Fa=B0I0L，由左手 定则可知安培力的方向水平向左，A错误；欲使 导线a所受的安培力为零，则应使a处的磁感应强 度为零， 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 则应加一方向竖直向下、磁感应强度大小为B0 的匀强磁场，D正确。同理可知导线a、b在c处产生的磁感应强度如图2所示，由平行四边形定则可知c处的磁感应强度大小为Bc=B0，则导线c所受的安培力大小为Fc=B0I0L，由左手定则可知 安培力的方向水平向右， B错误； 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 欲使导线c所受的安培力为零，则应使c处的磁感应强度为零，则应加一方向竖直向下、磁感应强度大小为B0的匀强磁场，C错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 12.(7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) 解析：由左手定则可知，导线所受安培力的方向为竖直向下。 答案：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；(3分) 解析：由安培力公式得F=BIL=5.0×10-5×10×2.0 N=1.0×10-3 N。 答案：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?(2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0。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 13.(9分)如图所示为电流天平，它的左、右两臂等长，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，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的方向与线圈平面垂直。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)推导出用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，等臂天平的左盘内砝码的质量为m1，右盘内砝码和线圈的总质量为m2，则由等臂天平的平衡条件， 有m1g=m2g-nBIl， 电流方向改变后，同理可得(m+m1)g=m2g+nBIl， 两式联立解得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，磁感应强度是多大?(保留两位有效数字)(3分) 答案： 0.49 T 解析：将n=9、l=10.0 cm、I=0.10 A、m=8.78 g代入B=，解得B≈0.49 T。 本课结束 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