第1章 1 磁场对通电导线的作用力（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（人教版 江苏北京专用）

该高中物理课件系统涵盖安培力的方向（左手定则）、大小（F=IlB sinθ）及应用，从基础概念到磁电式电流表原理，再到平衡、动力学问题，构建递进式知识支架，帮助学生衔接前后内容。 其亮点在于通过知识辨析（如“安培力为零是否B为零”）和典例（等边三角形导线框、电磁炮），培养科学思维与模型建构能力，结合实际应用深化物理观念，助力学生理解，也为教师提供系统教学资源。

1.安培力:通电导线在磁场中受的力。 2.左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线 从掌心垂直进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所 受安培力的方向。如图甲所示。 知识点 1 安培力的方向 1 磁场对通电导线的作用力 必备知识 清单破 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 3.通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。即F 垂直 于B 和I 所决定的平面。 4.平行通电直导线间的相互作用如图乙所示。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.垂直于磁场B的方向放置的长为l的一段导线,当通过的电流为I时,它所受的安培力为F=IlB。 2.当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时,安培力为0。 3.当磁感应强度B的方向与电流方向成θ角时,安培力F=IlB sin θ,如图所示。 知识点 2 安培力的大小 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.结构:如图所示,磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。   2.原理 　　如图所示是线圈在磁场中受力的示意图。当电流通过线圈时,导线受到安培力的作用, 由左手定则知,线圈左右两边所受的安培力的方向相反,于是安装在轴上的线圈就要转动,线 圈转动时,螺旋弹簧变形,以反抗线圈的转动。电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就 越大,线圈偏转的角度也越大,达到新的平衡。所以,从线圈偏转的角度就能判断通过电流的 知识点 3 磁电式电流表 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 大小(θ∝I,故刻度盘的刻度均匀)。线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针的 偏转方向也随着改变。所以,根据指针的偏转方向,可以知道被测电流的方向。   3.优、缺点 (1)优点:灵敏度高,可以测出很弱的电流。 (2)缺点:线圈的导线很细,允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 知识辨析 1.柔软导线绕成的单匝矩形线圈,放在光滑的水平面上,当给线圈通上电流时,它将变成什么 形状? 2.若通电导体在某处受到的安培力为零,该处的磁感应强度一定为零吗? 3.只要将通电导线垂直于磁场方向放置,其所受安培力大小就等于磁感应强度B、电流I和导 线长度L的乘积。这句话对吗? 4.通电导线所受安培力的方向一定与电流方向垂直,那么是不是安培力对通电导线一定不做 功? 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 一语破的 1.圆形。给矩形线圈通上电流后,线圈上每个电流元将受到一个向外的安培力,这些力将使线 圈发生形变,直到变成圆为止。 2.不一定。可能是导体中电流方向与该处磁感应强度方向平行。 3.不对。当导线垂直磁场方向放置,计算导线所受安培力大小时,公式F=BIL中的长度L指的 是导线在磁场中的有效长度,而导线的有效长度不一定等于导线的长度,例如,非直导线的有 效长度小于导线的长度。 4.不是。虽然安培力垂直于通电导线中的电流方向,但导线的运动方向可以与导线中的电流 方向成任意角,所以安培力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 对安培力公式的理解 (1)F=IlB sin 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的安培力时,l 为有效长度,即导线两端点所连的线段长度,相应的电流方向沿线段由始端指向末端,如图所 示。 关键能力 定点破 定点 1 安培力的大小 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 (2)同样情况下,通电导线与磁场方向垂直时,它所受的安培力最大;通电导线与磁场方向平行 时,它不受安培力;通电导线与磁场方向斜交时,它所受的安培力介于0和最大值之间。 (3)如图所示,对任意形状的闭合平面线圈,当线圈平面与磁场方向垂直时,线圈的有效长度l= 0,故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零。 (4)在非匀强磁场中,只要通电直导线所在位置的各点磁感应强度B相同(包括大小和方向),则 导线所受安培力也能用上述公式计算。 (5)当电流同时受到几个安培力时,电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 典例　如图所示,边长为l的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板,导线框中通有逆时 针方向的电流,图中虚线过ab和ac边的中点【1】,虚线的下方有一垂直于导线框向里的匀强磁 场,此时通电导线框处于静止状态,细线的拉力为F1。保持其他条件不变,现将虚线下方的磁 场平移至虚线上方【2】,并将导线框中的电流减半,稳定后细线的拉力为F2。已知导线框的质 量为m,则重力加速度g大小为 ( 　    ) A. 　　　　　    B.  C. 　　　　　    D.  典例 B 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 信息提取    【1】导线框在磁场中的有效长度为L有效= ,F安=BIL有效。 【2】导线框在磁场中有效长度大小不变。 思路点拨    根据左手定则确定安培力的方向,根据安培力公式确定安培力的大小,根据平衡 条件确定细线的拉力、安培力、导线框的重力之间的关系。        F1+F安=mg　 F2=F安'+mg 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 解析    变化前,导线框在磁场中的有效长度为L有效= (由【1】得到),根据左手定则,导线框受 到的安培力竖直向上,大小为F安=BIL有效=BI· ,由平衡条件可得F1+F安=mg;变化后,导线框在磁 场中的有效长度为L有效'= (由【2】得到),根据左手定则,导线框受到的安培力竖直向下,大小 为F安'= L有效'=BI· ,由平衡条件可得F2=F安'+mg,联立解得重力加速度大小g= 。故选 B。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 定点 2 安培力作用下导体运动方向的判断 内容 实例 分析 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   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 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 安培力与洛伦兹力 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,不会有转动。环形电流受到的安培力方向向左 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)两直线电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势   判断放在光滑杆上的通有同向电流的圆形 导线的运动方向 同向电流相互吸引,两个圆形导线会相互靠拢 第一章 安培力与洛伦兹力 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 通电导线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 安培力与洛伦兹力 高中同步 典例　我国的特高压直流输电技术已达到世界先进水平。图甲所示为输电塔,图乙为其局部 放大示意图,两根在同一水平面内且相互平行的长直导线A和B分别通有方向相同的电流【1】I 1和I2,且I1> 。a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直,b点位于两根导线间的中点,a、c两 点与b点距离相等。不考虑地磁场的影响。下列说法中正确的是 (　    ) 典例 D A.a点和c点处的磁感应强度方向相同 B.b点处的磁感应强度方向竖直向下 C.导线B对A的安培力大于导线A对B的安培力 D.导线B和A之间因安培力的作用而相互吸引 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 信息提取    将立体图转化为平面图,迎着电流方向,画出平面图如图所示: 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 思路点拨    根据安培定则【3】判断通电直导线周围磁场的方向;根据牛顿第三定律判断相互 作用力大小的关系;根据两平行通电直导线受力结论(同向电流相互吸引,反向电流相互排斥) 分析两导线受力情况。   第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 解析    导线A在a点产生的磁场向下,在b、c点产生的磁场向上;导线B在a、b点产生的磁场向 下,在c点产生的磁场向上(由【3】得到),因此a点磁场向下,c点磁场向上,故A错误。导线A在 b点产生的磁场的磁感应强度比导线B在b点产生的磁场的磁感应强度大(由【2】得到),因此 b点磁感应强度竖直向上,故B错误。导线B对导线A的安培力与导线A对导线B的安培力等大 反向,故C错误。导线A、B相互吸引(由【1】得到),故D正确。故选D。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 1.模型特点 　　通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型,该模型一般由导轨、导体 棒、匀强磁场、电源和电阻等组成。这类题目的难点是题图具有立体性,各力的方向不易确 定。因此解题时一定要先把立体图转化成平面图,通过受力分析建立各力的平衡关系,如图 所示。 定点 3 安培力作用下的平衡问题 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 2.解题思路 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 典例　如图所示,直角梯形金属线框ACDF倾斜固定放置,AF边水平,边长为1.7 m,DF边与AF 边垂直,线框平面与水平面夹角θ=37°,在AF边接有电动势E=4 V、内阻r=1 Ω的直流电源【1】, CD边长为0.3 m,接有阻值为R1=2 Ω的定值电阻,AC、DF边的中点分别为G、H,金属线框处 在竖直向上的匀强磁场中【2】,磁场的磁感应强度B=2 T。质量为m=0.2 kg的导体棒放在线框 上的G、H处【3】,导体棒接入电路的电阻R2=2 Ω,导体棒恰好刚要滑动【4】。已知最大静摩擦 力等于滑动摩擦力,金属线框的电阻不计,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求: (1)导体棒受到的安培力大小; 典例 (2)导体棒与线框间的动摩擦因数。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 信息提取    【1】通过导体棒的电流方向为H→G。 【2】【3】导体棒与磁感线垂直。 【4】导体棒所受合外力等于零。 思路点拨    (1)先根据串、并联电路的特点求出外电路总电阻,再根据闭合电路欧姆定律【5】 求电路中的总电流,最后根据F安=BIL【6】求解安培力大小; (2)将立体图转化为平面图,从右向左看,画出导体棒受力示意图,利用平衡条件求出导体棒所 受的摩擦力的大小,再由滑动摩擦力公式求解动摩擦因数。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 解析    (1)外电路总电阻R外= =1 Ω 电路中的总电流I总= =2 A(由【5】得到) 导体棒接入电路的长度L= ×(1.7 m+0.3 m)=1 m,通过导体棒的电流为I= I总=1 A,导体棒受 到的安培力大小为FA=BIL=2 N(由【2】、【3】和【6】得到) (2)由于FA cos 37°>mg sin 37°,因此导体棒有向上滑动的趋势,受到的摩擦力沿线框平面向下, 受力如图所示,设导体棒与线框间的动摩擦因数为μ,根据力的平衡条件有 FA cos θ=mg sin θ+f N=mg cos θ+FA sin θ 根据滑动摩擦力的表达式有f=μN,解得μ=  第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 答案    (1)2 N    (2)  第一章 安培力与洛伦兹力 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”。首先对通电导体进行受力分 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 4 安培力作用下的动力学问题和功能问题 第一章 安培力与洛伦兹力 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 安培力与洛伦兹力 高中同步 典例　我国自主研制的用于森林消防的电磁炮试验成功。如图为电磁炮工作原理的简化示 意图,炮管简化为水平放置的两根平行金属导轨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,装有灭火弹的导体棒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(含灭火弹)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。 典例 (1)若导体棒中的电流方向从a到b,求磁场的磁感应强度B; (2)求导体棒ab离开导轨时的速度大小; (3)电磁炮成功发射一枚灭火弹,共需消耗多少电能【3】? 第一章 安培力与洛伦兹力 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中产生的焦耳热。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 思路点拨     第一章 安培力与洛伦兹力 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】和【5】得到), 又F安=BId, 得磁感应强度大小为B=50 T, 安培力向右,若电流方向从a到b,得磁感应强度垂直于导轨平面向下(由【4】得到)。 (2)导体棒ab在导轨上做匀加速直线运动,可得v2-0=2aL, 故导体棒ab离开导轨时的速度大小为 v=1 200 m/s。 (3)发射一枚灭火弹所用时间 t= =2.4×10-2 s, 电路中产生的焦耳热 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 Q=I2(R+r)t=9.6×104 J, 导体棒ab(含灭火弹)离开导轨时所获得的动能Ek= mv2=7.2×105 J, 成功发射一枚灭火弹所消耗的电能 E=Ek+Q=8.16×105 J(由【3】、【6】得到)。 第一章 安培力与洛伦兹力 高中同步 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 安培力与洛伦兹力 高中同步 $