第1章 2 安培力的应用（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册（教科版）

该高中物理课件聚焦安培力的应用，涵盖直流发电机、电磁炮、磁电式电流表的构造与原理，通过知识辨析、关键能力训练及典例分析，构建从基础原理到实际应用再到问题解决的学习支架，帮助学生衔接前后知识脉络。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过电磁轨道炮动力学计算、磁电式电流表灵敏度分析等实例，引导学生运用模型建构和科学推理解决问题，既提升学生分析实际问题的能力，也为教师提供系统教学资源，助力高效教学。

1.构造:由磁场(磁体)、转动线圈、两个半圆滑环、两个电刷等组成。 2.原理:通过两个半圆滑环,每转半圈,线圈内电流方向就改变一次,从而使线圈受到安培力作 用后转动方向不变,线圈可以连续转动起来,如图所示。   4 2　安培力的应用 知识 清单破 知识点 1 直流发电机 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 1.分类:分为电磁轨道炮、电磁线圈炮、重接炮三类。 2.电磁轨道炮 (1)原理示意图   知识点 2 电磁炮 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 (2)工作原理 当两金属导轨接入电源时,强大的电流I在两导轨间产生竖直向上的强磁场,弹丸受到水平向 右的安培力,以很大的加速度做加速运动,最终高速发射出去。 3.特点:弹丸体积小,重量轻,飞行时的空气阻力很小,因而发射稳定性好,初速度大,射程远。 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 1.构造:永磁体、线圈、指针、铁芯、游丝、极靴、刻度盘、机械调零螺旋等。 2.原理 (1)当被测电流流入线圈时,线圈受安培力作用而转动,如图所示。线圈的转动使游丝扭转变 形,产生阻碍线圈转动的效果。   知识点 3 磁电式电流表 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 (2)当安培力产生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。 (3)根据线圈偏转角度的大小,可以确定被测电流的大小;根据线圈偏转的方向,可以知道被测 电流的方向。 3.灵敏度 　　灵敏度指单位电流下指针的偏转角。由于偏转角θ= ,可得 = ,由此可知提高 灵敏度的方法有:增加线圈匝数N、增大线圈面积S、增强磁感应强度B或减小游丝的扭转弹 性系数k。 4.优、缺点 (1)优点:灵敏度高,可以测出很弱的电流。 (2)缺点:对过载很敏感,如果通过的电流超过允许值,很容易被烧坏。 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 知识辨析 1.如图所示的转子为n匝、长L、宽d的矩形线圈。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OO',由图示位置顺时针(从a看向b)转过θ角(转动过程中线圈平面与磁场 方向始终平行,ab所在位置处的磁感应强度的大小视为B),则此时ab边中的电流沿什么方向, ab边所受安培力大小是多少?   第一章　磁场对电流的作用 高中同步 而来的?电流越大,磁场越强,同一弹丸获得的初速度越大吗?   3.磁电式电流表内部的磁场有什么特点? 2.如图所示为电磁轨道炮的工作原理图,电磁轨道炮发射过程中,弹丸的动能是由什么能转化 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 一语破的 1.由图示位置顺时针转动,知ab边所受安培力方向向上,根据左手定则可判断电流方向由a →b;由于磁场方向与ab边垂直,线圈为n匝,故F=nBIL。 2.电磁轨道炮发射过程中,弹丸在安培力的作用下发射出去,故弹丸的动能是由电能转化而来 的;电流越大,磁场越强,安培力越大,安培力做功越多,同一弹丸获得的初速度越大。 3.磁电式电流表内部是辐向磁场,不是匀强磁场,磁场内,以铁芯为圆心的同一圆周上的任何 位置,磁感应强度的大小都相等,方向总是沿着半径方向。 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 关键能力 定点破 定点 1 安培力作用下导体运动方向的判断 方法 内容 实例 分析 结论法 (1)两直线电流相互 平行时无转动趋势, 同向电流相互吸引, 反向电流相互排斥; (2)两电流不平行时, 有转动到相互平行且 电流方向相同的趋势   可自由运动的线圈L1 和一个固定的线圈L2 互相绝缘垂直放置 环形电流I1、I2不平 行,线圈L1将转动到两 环形电流同向平行为 止,从左向右看,线圈L 1将顺时针转动 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 等效 分析法 环形电流可以等效为 小磁针(或条形磁铁), 条形磁铁也可等效成 环形电流,通电螺线 管可等效为多个环形 电流或条形磁铁   判断环形电流受到的 安培力方向   把环形电流等效成如 图所示右边的条形磁 铁,可见两条形磁铁 相互吸引,不会转动, 环形电流受到的安培 力方向向左 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 转换 研究 对象法 定性分析磁体在电流 产生的磁场中所受安 培力方向时,可先分析电流在磁体磁场中所受安培力方向,然后再根据牛顿第三定律判断磁体所受安培力方向   判断图中所示磁铁受 到地面的摩擦力的方 向   电流受到的磁铁的作用力方向如图所示,由牛顿第三定律知通电导线对磁铁的作用力方向斜向右下方, 可知地面对磁铁的摩擦力方向向左 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 电流 元法 把整段导线分成很多 段电流元,先用左手 定则判断出每段电流 元所受安培力的方 向,然后判断整段导 线所受合力的方向, 最后确定运动方向。 注意一般取对称的电 流元分析   判断能自由移动的导 线的运动情况   把通电导线等效为 AO、BO两段电流元, 蹄形磁铁周围的磁感 线分布以及两段电流 元所受安培力方向如 图,可见,导线将沿逆 时针方向(俯视)转动 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 特殊 位置法 根据通电导体在特殊 位置所受安培力的方 向,判断其运动方向, 然后推广到一般位置   判断能自由移动的导 线的运动情况   用导线转过90°的特 殊位置(如图所示的 位置)来分析,判断出 安培力方向向下,故 导线在逆时针转动的 同时向下运动 第一章　磁场对电流的作用 高中同步   1.安培力作用下导体的动力学问题 　　安培力与重力、弹力、摩擦力一样,会使通电导体在磁场中转动或加速,解决在安培力 作用下导体的动力学问题可以归纳为“电学问题,力学方法”,首先对研究对象进行受力分 析,然后分析通电导体的运动情况,再根据牛顿第二定律列方程求解。注意受力分析时不要 漏掉安培力,可以选定观察角度画好平面图,标出电流方向和磁场方向,然后利用左手定则判 断安培力的方向。 2.安培力作用下的功能问题 由于物体可以在安培力作用下转动、加速等,因此也会涉及做功问题。不同性质的力做功原 理不同,但做功的本质都是由一种形式的能转化为其他形式的能。求解安培力作用下的功能 问题时,要注意以下几点: 定点 2 安培力作用下的动力学问题和功能问题 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 (1)首先弄清安培力是恒力还是变力,注意安培力做功与路径有关,这一点与重力、电场力做 功不同。 (2)安培力做功的实质是能量转化。安培力做正功,是将电源的能量传递给通电导体后转化 为导体的动能或其他形式的能。安培力做负功即克服安培力做功,是将其他形式的能转化为 电能后储存起来或转化为其他形式的能。 (3)通常要结合动能定理、功能关系、能量守恒定律等来求解。 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 典例 我国自主研制的一种用于消防的新型电磁炮试验成功。如图所示为电磁炮工作原理的 简化示意图,炮管简化为两根平行金属导轨M、N,导轨长度L=14.4 m,间距d=0.5 m,导轨间有 垂直于导轨平面的匀强磁场,装有弹体的导体棒ab垂直放在导轨的最左端,且始终与导轨接 触良好,导体棒ab(含弹体)质量m=1 kg、电阻R=0.8 Ω,可控电源的内阻r=0.2 Ω,导轨电阻不 计。某次试验中,电源提供大小恒为I=2×103 A的电流【1】,导体棒ab向右运动的加速度【2】为5× 104 m/s2,空气阻力和摩擦阻力均忽略不计。   第一章　磁场对电流的作用 高中同步 (1)若导体棒中的电流方向从a到b,求磁感应强度B; (2)求导体棒ab离开导轨时的速度大小; (3)成功发射一枚电磁炮,共需消耗多少电能【3】? 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 信息提取    【1】通电后导体棒ab受安培力的作用。 【2】画出受力分析图,安培力提供加速度,利用牛顿运动定律解决。 【3】消耗的电能转化为导体棒的动能和电路产生的内能。 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 思路点拨       第一章　磁场对电流的作用 高中同步 解析    (1)导体棒向右加速,对导体棒受力分析,可知安培力提供加速度,得F安=ma(由【1】 【2】【5】得到), 又F安=BId, 得磁感应强度B=50 T, 安培力向右,电流方向从a到b,根据左手定则,可得磁感应强度垂直于导轨平面向下(由【4】 得到)。 (2)电磁炮在导轨上做匀加速直线运动,可得v2-0=2aL, 故导体棒ab离开导轨时的速度v=1 200 m/s。 (3)发射一枚电磁炮所用时间t= =2.4×10-2 s, 电路中产生的焦耳热Q=I2(R+r)t=9.6×104 J, 电磁炮离开导轨时所获得的动能 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 Ek= mv2=7.2×105 J, 成功发射消耗的电能E=Ek+Q=8.16×105 J(由【3】【6】得到)。 答案    (1)50 T　垂直于导轨平面向下 (2)1 200 m/s (3)8.16×105 J 第一章　磁场对电流的作用 高中同步 $