1.1.1 磁场对通电导线的作用力 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

§1 磁场对通电导线的作用力 第一章 安培力与洛伦兹力 新课导入 问题：为什么“心”会转动？其中会有怎么样的规律呢？ 复习回顾 1.我们前面学过哪些关于磁的内容？ 1820年 奥斯特实验：电流的磁效应（电生磁） 1831年 法拉第：电磁感应实验（磁生电） 2.磁场对哪些物体有力的作用？ 对放入其中的磁体、电流（通电导线）、运动电荷都有力的作用 3.磁场和通电导线的平面图画法？ 竖直向下的磁场 竖直向上的磁场 垂直于纸面向里的磁场 垂直于纸面向外的磁场 垂直于纸面向里的电流 垂直于纸面向外的电流 4.怎样用安培定则判定直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向？ 5.描述磁场强弱的物理量是哪个？ 磁感应强度 通电导线在磁场中受到的力——安培力 安德烈·玛丽·安培 安培是历史上最早通过实验发现磁场对通电导线有力的作用的科学家，他是电动力学的创始人，被誉为是“电学中的牛顿”，在电磁学上面有杰出的贡献。 探究安培力的方向与哪些因素有关 交换磁极的位置， 观察受力方向是否改变。 改变导线中电流的方向， 观察受力方向是否改变。 安培力的方向 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。 磁感线 四 指 大拇指 穿过手心 电流方向 安培力方向 F F=0 F × × × × × × × × × × × × × × × × B I × B I B I 判定以下通电导线所受安培力的方向 F、B、I 方向关系 B I F 示意图 ①安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面 I B F B B ②B 与 I 不一定垂直 ③当电流跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流与磁场所决定的平面，仍可用左手定则来判断安培力的方向 安培定则与左手定则的区别 安培定则（右手螺旋定则） 左手定则 应用 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向 内 容 具体 情况 直线电流 环形电流或通电螺线管 电流在磁场中 条件 大拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向指向电流的环绕方向 磁感线穿过手掌心，四指指向电流方向 结果 四指弯曲的方向表示磁感线的方向 大拇指指向轴线上的磁感线方向 大拇指指向电流受到的磁场力的方向 I B I B B I 练习：判定以下通电导线所受安培力的方向 I I B B 30° I B F F=0 F=0 F F F F F F F F F 　　1.法拉第电动机原理如图所示，条形磁体(N极在上)竖直固定在圆形水银槽中心，斜插在水银中的金属杆上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连，电源负极与金属杆上端相连，与电源正极连接的导线插入水银中。此时从正面看，金属杆受到的安培力（ ） A.在纸面内斜向上 B.在纸面内斜向下 C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外 针对训练 C 问题:如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用 用学过的知识加以分析 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。 结论: F F F 同向电流 F 反向电流 研究平行通电直导线之间的相互作用 2.如图所示，空间存在着匀强磁场，两根相同的通电直导线P和Q用相同的绝缘细线悬挂在水平天花板下，导线中通有图示方向的电流时，两根细绳恰好与天花板垂直，则匀强磁场的方向可能是（　　） A．水平向右 B．水平向左 C．竖直向上 D．竖直向下 01 D 针对训练 【典型案例梳理】 1.直线电流与直线电流间的作用： （1）平行同向直线电流相互吸引，（2）平行反向直线电流相互排斥， （3）相互交叉直线电流：转动成为同向电流同时相互吸引。 2.环形电流与环形电流间的作用 （1）平行同向环形电流相互吸引， （2）平行反向环形电流相互排斥，（3）相互交叉环形电流：转动成为同向电流同时相互吸引。 3．直线电流与环形电流间的作用 （1）直线电流与环形电流共面时，看较近的两平行电流同向相互吸引，反向相互排斥。 （2）直线电流垂直环形电流平面时 ①若直线电流通过环形电流的圆心时，它们之间相互不受力， ②若直线电流不通过环形电流的圆心时，环形电流将以过直线电流的环形电流的直径为转轴转动， 垂直纸面向外的力F 3.表面光滑的环形导线固定在水平面上，在环形导线上放置一直导线AB。直导线AB与环形导线相互绝缘、且又紧靠环的直径，如图所示。则当两者通以图示方向的电流时，直导线AB的运动情况是（ ） A. 向M方向平动 B. 向N方向平动 C. 仍静止不动 D. 在环形导线上转动 A 针对训练 N S I F＝ILB ②当B∥I时 F＝0 当B和I夹角为θ时，F的方向？F的大小? ①当B⊥I 时 N S I N S I B L I B I 安培力的大小探究 I B 把磁感应强度B分解为两个分量： 一个分量与导线垂直 B┴=Bsinθ 另一分量与导线平行 B//=Bcosθ 即F=ILB┴ F=ILBsinθ θ B// B┴ 将B┴=Bsinθ代入得 ③通电直导线与磁场方向不垂直的情况: (θ为B与I的正向夹角) 理解安培力公式 （1）导线所处磁场应为匀强磁场，在非匀强磁场中，F＝BILsinθ 仅适用于很短的通电导线，即直线电流元。 （2）对于弯曲导线，F=BIL中的L为“有效长度”，弯曲导线变成直导线L是垂直磁场方向的有效长度，不一定是导线实际长度。若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。若匝数为n, 则F＝nBILsinθ 。 （3）任一闭合通电导线的有效长度为0，即所受安培力为 0。 问题：由公式B=F/IL，是否将通电导线放入磁场中的某点，F越大，B也越大？反之呢？ F=0 4.如图，等腰梯形线框abcd是由相同材料、相同横截面积的导线制成，梯形上底和腰的长度均为L，且腰与下底成60°角。 整个线框处在与线框平面垂直的匀强磁场中。现给线框通入图示电流，若下底cd受到的安培力为 F，则上底ab受到的安培力大小为　　 ，线框受 到的安培力大小为　　 。  F F 针对训练 设dc中的电流大小为I，根据欧姆定律，则dabc中的电流为I；由已知条件可知ab边与dc边的电流方向相同，由题意知F=BI·2L，所以ab边所受安培力为F'=B·I·L=F 方向与dc边所受安培力的方向相同； 线框受到的安培力为F″=B·I·2L+F=F。 在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的。 磁电式电流表 铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。 . 1. 磁电式电流表的构造 刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。 电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的。即所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间都平行，线圈左右两边所在处的磁感应强度大小相等。 电流通过线圈时线圈的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动。线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。 线圈通电时，安培力使线圈转动 弹簧变形 产生弹力阻碍转动 安培力与弹力平衡，指针停止转动 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 2. 磁电式电流表的原理 θ ∝ I，表盘的刻度均匀 I↑，θ↑，根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。 3. 优缺点 优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。 缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。 4. 灵敏度 可以通过增加线圈的匝数、增大磁铁的磁感应强度、增大线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法提高灵敏度。 　 5.(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。极靴和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法正确的是（ ） A.线圈转动时，在电流确定的情况下， 　它所受的安培力大小不变 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 ABD 针对训练 6.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。 导出用n、m、l、I、g计算B的表达式； 针对训练 Lavf58.45.100 Lavf52.54.0 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，两式相减，得B＝。 $