1.1 安培力及其应用 课件-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

今天为大家示范的实验室，探究影响通电导线受力的因素。我们将一段通电导体放在磁场中，闭合开关，它会发生运动状态的改变，说明通电导体在磁场中受到力的作用。那么通电导体在磁场中的受力大小与哪些因素有关呢？本次实验我们将通过以下环节进行，一、改变磁场中通电导体的长度，观察通电导体在磁场中的受力情况。2、改变电路中的电流大小，观察通电导体在磁场中的受力情况。在实验中我们需要用到以下实验器材，电池组、方形线圈、梯形磁铁、导线、开关、铁架台。首先我们将方形线圈固定在铁架台上，然后用导线将三节干电池开关方形线圈连接起来。将两块磁铁的S极插入线圈。闭合开关观察现象，我们再看一遍。在电压不变的。情况下，通过改变磁铁的个数来改变磁场中通电线圈的长度。闭合开关观察线圈的变化情况，我们再看一遍。比较两次线圈的偏转幅度。我们发现磁场中通电线圈的长度越长，线圈摆动幅度越大。磁场中通电线圈的长度越短，线圈摆动幅度越小。使用两块磁铁，保持磁场中的通电线圈长度不变。将三节干电池更换为两节干电池，减小电压，闭合开关，观察现象。我们再看一遍。比较两次线圈的偏转幅度。我们发现电源电压越大，线圈摆动幅度越大，电源电压越小，线圈摆动幅度越小。在该实验中，线圈摆动的幅度越大，说明线圈受力越大，其受力大小与磁场中通电线圈的长度及通过的电流有关。由实验可知，一、当通过的电流不变时，磁场中通电导体的长度越长，所受安培力越大。磁场中通电导体的长度越短，所受安培力越小二、当磁场中通电导体的长度不变时，通过的电流越大，所受安培力越大，通过的电流越小，所受。安培力越小。 null 掌握安培力的计算公式，会用安培力公式进行有关计算。 02 知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直，知道左手定则的内容，会用左手定则判断安培力的方向。 01 重点 通过实例了解安培力的应用。 03 难点 难点 什么力驱动电动汽车和高铁的运动？ 磁场对电流的作用力 磁场对通电导线的作用力称为安培力（Ampere force）。 安培力的 大小 和 方向 可能由哪些因素决定呢？ 公司logo 公司logo 情境导入 安培力的方向 01 公司logo 公司logo 观察与思考 探究安培力方向的影响因素——会动的铝箔“天桥” 实验序号 电流方向 磁场方向 天桥形变 安培力方向 1 向里 向右 凹下 向下 2 向里 向左 凸起 向上 3 向外 向右 凸起 向上 4 向外 向左 凹下 向下 如图所示，取一段铝箔条，把它折成天桥形状，用胶纸粘牢两端，将U形磁铁横跨过“天桥”放置。由电池向铝箔供电，观察“天桥”的变化。实验现象如表。 公司logo 公司logo 观察与思考 请根据实验现象尝试分析安培力的特点。 答案　当电流方向变为反方向或将N、S磁极调换时，安培力的方向也变为反方向。安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即安培力的方向垂直于电流I和磁场B所决定的平面。 公司logo 公司logo 观察与思考 2.左手定则 伸开左手，拇指与其余四指垂直， 让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，此时拇指所指的方向即为安培力的方向。 磁感线 四 指 大拇指 穿过手心 电流方向 安培力方向 1.安培力：磁场对通电导线的作用力。 公司logo 公司logo 核心知识 1.如图所示，直导线处于足够大的匀强磁场中，与磁感线成θ=30°角，直导线中通过的电流为I，如何判断安培力的方向？ 答案　分解法：将磁感应强度B分解为平行电流方向B∥和垂直电流方向B⊥，如图所示，因平行电流方向的磁场对电流没有作用力，故B⊥对电流的安培力等于B对通电导线的安培力。 公司logo 公司logo 思考与讨论 2.给两平行直导线通以方向相同的电流会发现同向电流相互吸引；通以方向相反的电流会发现反向电流相互排斥。请用左手定则解释该现象产生的原因。 答案　(1)两通电直导线之间的作用力是安培力，如图所示，由安培定则知，电流I1在右侧产生垂直于纸面向里的磁场，而电流I2则处于I1产生的磁场中，用左手定则判断知I2受到的安培力F向左。 同理可得I1受到的安培力向右，所以同向电流相互吸引。 (2)同理可分析，反向电流相互排斥。 公司logo 公司logo 思考与讨论 (1)通电导体在磁场中有时不会受到安培力的作用。(　　) (2)通电导体中的电流方向与磁场方向不平行也不垂直时，不会受到力的作用。(　　) (3)一通电导线放在某处不受安培力，该处一定没有磁场。(　　) √ × × 辨析 1.(来自教材)下列图中标出了电流I、磁感应强度B、安培力F这三个物理量中的两个物理量的方向。已知导线垂直于磁场摆放，请标出另一物理量的方向。 F I B 例题 安培力的大小 02 公司logo 公司logo 观察与思考 如图所示，通电直导线长度为l，流经导线的电流为I，磁场的磁感应强度为B(磁场范围足够大)。 (1)如图甲，通电直导线与磁场方向垂直，此时安培力大小F=____。 (2)如图乙，通电直导线与磁场方向平行，此时安培力F=___。 IlB 0 公司logo 公司logo 观察与思考 F = ＝ (θ为与的正向夹角) B∥ B⊥ 分解磁感应强度B 思路：正交分解 当电流方向和磁场方向的夹角为θ时， F=Bsinθ θ 丙 (3)如图丙，通电直导线与磁场方向的夹角为θ，此时安培力大小 F=________。 IlBsin θ 安培力的大小 公式： F=BIl·sin θ 说明： ①θ为B与I方向的夹角： 当θ=0°或180°时，即B∥I，F=0 当θ=90°时，即B⊥I，F=BIl ②弯曲导线的“有效长度” l： 磁场中连接两端点直线段的长度[如图(a)虚线所示]； 相应的电流沿导线由始端流向末端。 (a) 公司logo 公司logo 核心知识 推论：如图(b)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，故通电后线圈在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零。 (b) 公司logo 公司logo 核心知识 2.如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，分别求各导线所受到的安培力的大小。 FA=________　FB=_____　FC=___　FD=_______　FE=_____ IlBcos α IlB 0 IlB 2IRB 例题 A图中，FA=IlBcos α； B图中，导线在纸面内，因此B⊥I，故FB=IlB； C图中电流方向与磁场方向平行，FC=0； D图中是两根导线组成的折线abc，整体有效长度为ac=l，故FD=IlB； E图中是沿a→b的半圆形电流，其有效长度为ab=2R，则FE=2IRB。 新知讲解 (2025·福州市高二期末)如图所示的正三角形ABC由粗细均匀的同种导线围成，正三角形线框处于方向垂直于ABC面向里的匀强磁场中。现在B、C端接一恒流电源(输出的电流大小I恒定不变)，其中BC边受到的安培力大小为F。若去掉BC边，BAC边所受安培力大小为 A.F　　　　B.F　　　　C.2F　　　　D.3F √ 公司logo 公司logo 针对训练 由于导线粗细均匀，则BC边与BAC边的电阻之比为1∶2，由并联电路的特点可知，流过BC边与BAC边的电流之比为2∶1，电源输出的电流 大小为I，则BC边所受安培力FBC=F=BIL，去掉BC边，流过BAC边的电流大小为I，则BAC边所受安培力大小为FBAC=BIL=F，故选B。 新知讲解 安培力的应用 03 电动机 电动机 结构 →磁铁 线圈 ↑ 换向器 电刷 公司logo 公司logo 核心知识 图(a)(c) 安培力推动线圈转动 图(b)(d) 电流改变方向 公司logo 公司logo 核心知识 电流计 外观 结构 铁芯、线圈和指针是一个整体可转动 F F 磁铁和线圈 通电时安培力使线圈转动 公司logo 公司logo 核心知识 电流计的工作原理 通电时，安培力使 线圈和指针一起转动 形变产生弹力阻碍转动 安培力与弹力平衡时，指针停止转动 电流越大，安培力越大，线圈偏转角度也越大 公司logo 公司logo 核心知识 电流天平 ①当线圈没通电时，天平处于平衡状态。 ②线圈通电后，b段导线所受的安培力方向向上，使天平的平衡被破坏。 ③通过在右盘加砝码(或移动游码)使天平重新平衡. mg = F= nBIL I F m B= 公司logo 公司logo 核心知识 　 3.(多选)磁电式电流表的构造如图甲所示，在蹄形磁体的两极间有一个可以绕轴转动的线圈，转轴上装有螺旋弹簧和指针。蹄形磁体两磁极装有极靴，极靴和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示。当有电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，螺 旋弹簧被扭动，线圈停止转动时满足NBIS=kθ，式中N为线圈的匝数，S为线圈的面积，I为通过线圈的电流，B为磁感应强度，θ为线圈(指针)偏角，k是与螺旋弹簧有关的常量。由题中的信息可知 A.该电流表的刻度是均匀的 B.图乙中穿过铁芯的磁感线都穿过铁芯横截面的圆心O C.若线圈中通以如图乙所示的电流时，线圈将沿逆时针方向转动 D.更换k值更小的螺旋弹簧，可以增大电流表的灵敏度(灵敏度即) √ √ 例题 由NBIS=kθ可知θ=I·，θ与I是正相关，所以电流表的刻度是均匀的，故A正确； 由磁感线不相交可知，磁感线不能穿过同一个点，故B错误； 若线圈中通以如题图乙所示的电流，根据左手定则，左侧导线受安培力向上，右侧导线受安培力向下，线圈将沿顺时针方向转动，故C错误； 由NBIS=kθ可知=，当k值更小时更大，即增大了电流表的灵敏 度，故D正确。 新知讲解 　 4.(多选)(2025·厦门市湖滨中学高二期中)如图所示为等臂电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形轻质线圈，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，初始电流方向如图所示，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中减小质量为m的砝码，才能使两臂再达新的平衡。已知重力加速度为g。下列说法中正确的是 A.电流未反向时，安培力的方向竖直向上 B.电流反向时，安培力的方向竖直向上 C.若用n、m、l、I、g表示磁感应强度B的大小，则B= D.若用n、m、l、I、g表示磁感应强度B的大小，则B= √ √ 例题 由左手定则可知，电流未反向时，安培力的方向竖直向下，电流反向后，安培力的方向竖直向上，故A错误，B正确； 设左盘砝码质量为m1，右盘砝码质量为m2，电流方向未改变时，因安培力的方向向下，故m1g=m2g+nBIl 同理，电流方向改变后m1g-mg=m2g-nBIl 联立解得B=，故C正确，D错误。 例题 安培力 方向 左手定则 同向电流相吸，反向电流相斥 定义 磁场对电流的作用力 大小 B//I，F=0 B 与 I 夹角为θ，F= IlB sinθ B⊥I，F=IlB 有效长度 l 为两端点的连线长度 应用 电动机、电流计、电流天平 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $