14.3 通电导线在磁场中受到的作用力 导学案 -2025-2026学年沪科版（五四学制）物理九年级下册

该初中物理导学案聚焦“通电导线在磁场中受到的作用力”，引导学生掌握安培力的定义、左手定则及大小影响因素。课堂导入通过回顾电流磁效应、反向猜想磁场对电流的作用、联系生活电器实例，构建前后知识脉络，形成学习支架。 资料特色在于设计合作研学项目（如电磁弹射装置）和实验探究，培养科学探究能力，通过左手定则操作指导与例题剖析，强化科学思维，结合生活应用实例深化物理观念，助力学生高效理解知识并提升实践能力。

2025-2026学年初中物理沪科版（五四学制）九年级下册第14章 电与磁 第3节 通电导线在磁场中受到的作用力导学案（阅读课）（同步练习） 【模块一 任务定向】 一、能说出通电导线在磁场中会受到力的作用，准确复述安培力的定义。 二、会用左手定则判断通电导线在磁场中受力的方向，正确率达80%以上。 三、能独立设计实验探究影响安培力大小的因素，写出完整的实验步骤。 四、能列举3个以上安培力在生活中的应用实例，说出其中的能量转化过程。 【模块二 知识铺垫】 一、回顾题 上节课我们学习了电流的磁效应，也就是电生磁。请你回忆一下，安培定则（右手螺旋定则）是用来判断什么的？具体怎么操作？ 二、思考题 既然电流能产生磁场，那么反过来，把通电的导线放在磁场中，会发生什么现象呢？导线会不会动起来？如果会动，运动方向和什么有关？把你的猜想写下来。 三、生活题 你家里有哪些电器是用电来带动机械运动的？比如电风扇、洗衣机、冰箱压缩机等等。想一想，这些电器里面的核心部件是什么？它是怎么把电能变成机械能的？ 【模块三 合作研学】 一、安培力的发现 1. 历史背景 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，这个消息很快传遍了欧洲。法国物理学家安培听到这个消息后，非常兴奋，他想：既然电流能对磁体有力的作用，那么磁体对电流是不是也有力的作用呢？于是他立刻动手做实验，果然发现了通电导线在磁场中会受到力的作用。后来人们就把这个力叫做安培力，用来纪念安培的贡献。 2. 实验现象 把一根直导线放在蹄形磁体的磁场里，给导线通电，你会看到导线动起来了。这说明磁场对通电导线有力的作用。如果改变电流的方向，导线的运动方向也会反过来；如果把磁体的两极对调，改变磁场的方向，导线的运动方向也会反过来。 3. 能量转化 安培力做功的过程，实际上是电能转化为机械能的过程。这就是电动机的工作原理——用电来产生动力。从这个角度说，安培力的发现直接催生了电动机的发明，彻底改变了人类的生产生活方式。 图2 通电导线在磁场中受力 【注意】这里容易踩坑，不是所有通电导线在磁场中都会受到安培力。当导线中的电流方向和磁场方向平行时，导线不受安培力。只有电流方向和磁场方向不平行时，才会有安培力。 二、左手定则 1. 定则内容 伸开左手，让拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内。让磁感线从掌心穿进去，四指指向电流的方向，那么拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。说白了，就是用左手的三个方向来对应三个物理量：磁场穿手心，四指表电流，拇指指受力。 图1 左手定则示意图 2. 操作要领 第一步，先确定磁场方向，把手心对着N极，让磁感线穿手心。第二步，找到电流方向，让四指顺着电流的方向。第三步，看拇指指向哪里，那就是受力方向。注意啦，这三个方向是互相垂直的，就像墙角的三条棱一样。 3. 应用技巧 已知两个方向就能判断第三个方向。比如知道了磁场方向和受力方向，就能反推电流方向；知道了电流方向和受力方向，就能反推磁场方向。这种逆向思维在解题的时候经常用到。 【温馨提示】很多同学会把左手定则和右手螺旋定则搞混。教你一个简单的区分方法：凡是涉及"力"的，都用左手，因为"力"字的一撇像左手；凡是涉及"电生磁"的，都用右手，因为"电"字的尾巴向右甩。记住这个小窍门，考试就不会用错手了。 三、影响安培力大小的因素 1. 电流大小 在磁场强弱和导线长度不变的情况下，导线中的电流越大，安培力就越大。这个很好理解，电流大说明运动的电荷多，每个电荷受到的力加起来自然就大了。 2. 磁场强弱 在电流大小和导线长度不变的情况下，磁场越强，安培力就越大。磁场强说明单位面积内的磁感线多，导线"切割"到的磁感线多，受到的力自然就大。 3. 导线长度 在电流大小和磁场强弱不变的情况下，处在磁场中的导线越长，安培力就越大。这里说的长度是指导线在磁场中的有效长度，不是导线的总长度。如果导线只有一部分在磁场里，那只有在磁场里的那部分才会受到安培力。 【关键点】安培力的大小公式是F=BIL，其中B是磁感应强度，I是电流，L是导线长度。不过这个公式只适用于导线和磁场垂直的情况。如果导线和磁场不垂直，那就要乘以一个夹角的正弦值。初中阶段我们主要掌握垂直的情况就可以了。 图3 安培力大小公式 【合作研讨】 跨学科项目：设计一个简易电磁弹射装置。结合物理的安培力知识和工程设计的思维，小组合作完成以下任务： 1. 用电池、导线、强磁铁和导轨搭建一个简易的电磁弹射模型。 2. 研究如何增大弹射力，让导体棒弹得更远。可以从电流、磁场、导线长度三个角度入手。 3. 记录实验数据，分析哪个因素对弹射距离的影响最大。 4. 联系实际：福建舰的电磁弹射技术是怎么工作的？它和我们这个简易模型有什么相同点和不同点？ 教师引导语："同学们，你们知道吗？我们国家的福建舰用的就是电磁弹射技术，能把几十吨重的战斗机在短短几十米内加速到起飞速度。今天我们就来做一个迷你版的电磁弹射器，体验一下安培力的威力。" 学生活动：分组搭建装置，反复调试，记录数据，最后每组派代表上台展示成果，分享实验心得。 【重点】 通电导线在磁场中受到力的作用，以及左手定则的应用，是本节的核心重点。为什么说它重要呢？因为这是整个电磁学中非常关键的一个知识点，上承电流的磁效应，下启电动机的工作原理，是连接"电"和"磁"的重要桥梁。学生在学习的时候，往往停留在"知道有这个力"的层面，而不会灵活运用左手定则去判断方向。具体来说，学生容易在以下几个步骤出错：一是手心方向放反了，不是让磁感线穿手心，而是让手背对着磁场；二是四指的方向搞反了，没有顺着电流的方向；三是拇指和四指没有保持垂直，导致判断的方向有偏差。突破这个重点的关键是让学生多动手比划，每做一道题都伸手比一比，形成肌肉记忆。课堂上可以设计一个"左手定则接龙"的游戏，老师说磁场方向和电流方向，学生快速伸手比出受力方向，比一比谁反应最快。 【难点】 本节的难点在于理解通电线圈在磁场中为什么会转动，以及换向器的作用。这个难点难在哪里呢？因为它涉及到立体空间的想象，学生需要在脑子里构建一个线圈在磁场中转动的动态画面，这对空间想象能力较弱的同学来说是个挑战。具体来说，学生容易卡在这几个地方：一是搞不清线圈的哪条边受力向上、哪条边受力向下，为什么会形成转动力矩；二是不理解为什么线圈转到平衡位置就会停下来，为什么需要换向器；三是换向器是怎么自动改变电流方向的，它的工作原理是什么。突破这个难点的方法是化动为静，把连续的转动过程拆解成几个关键位置来分析。可以用硬纸板做一个线圈模型，在课堂上慢慢转动，让学生观察每个位置的受力情况。还可以用动画演示换向器的工作过程，把抽象的机制变得直观可见。另外，让学生自己动手制作一个简易电动机，在制作的过程中自然就理解了换向器的作用。 板书设计： 中间写大标题：通电导线在磁场中受到的作用力 左边写：一、安培力 1. 定义 2. 方向（左手定则） 3. 大小影响因素 中间写：左手定则示意图（文字描述：手心穿磁场，四指表电流，拇指指受力） 右边写：二、应用 1. 电动机 2. 扬声器 3. 电磁弹射 底部写：能量转化：电能 → 机械能 【模块四 例题剖析】 例题1 题目：在探究通电导线在磁场中受力的实验中，小明将一根直导线水平放置在蹄形磁体的磁场中。已知磁体的N极在左侧，S极在右侧，导线中的电流方向是垂直纸面向里（即远离读者的方向）。请判断导线受到的安培力方向。 解答： 第一步，明确磁场方向。因为N极在左，S极在右，所以磁感线从N极出发回到S极，也就是磁场方向是水平向右的。 第二步，应用左手定则。伸开左手，让磁感线穿手心。磁场方向向右，所以手心要朝左，这样磁感线才能从手心（左侧）穿进去，从手背（右侧）穿出来。 第三步，确定四指方向。电流方向是垂直纸面向里，也就是指向纸内，远离读者。所以四指也要指向纸内。 第四步，判断拇指方向。现在手心朝左，四指指向纸内，那么拇指的方向就是竖直向下的。 所以，导线受到的安培力方向是竖直向下。 方法总结：用左手定则判断方向，关键是找准三个方向的对应关系。教你一个小窍门：先找磁场方向定手心，再找电流方向定四指，剩下的拇指就是受力方向。一步一步来，不要急，多练几道题就熟练了。 例题2 题目：下列做法中，能增大通电导线在磁场中受到的安培力的是（ ） A. 减小导线中的电流 B. 换用磁性更强的磁体 C. 缩短处在磁场中的导线长度 D. 让导线与磁场方向平行放置 解答： 我们来逐个分析选项： A选项，减小电流。根据安培力大小的影响因素，电流越小，安培力越小。所以A不对。 B选项，换用磁性更强的磁体。磁性更强意味着磁场更强，磁场越强，安培力越大。所以B是对的。 C选项，缩短导线长度。处在磁场中的导线越短，安培力越小。所以C不对。 D选项，让导线与磁场平行。当导线与磁场方向平行时，导线不受安培力，安培力为零。所以D不对。 因此这道题选B。 方法总结：影响安培力大小的因素有三个：电流大小、磁场强弱、导线在磁场中的有效长度。这三个量越大，安培力就越大。另外还要注意，导线和磁场的夹角也会影响安培力大小，垂直时最大，平行时为零。这个知识点经常以选择题的形式出现，要记牢。 例题3 题目：关于左手定则的使用，下列说法正确的是（ ） A. 左手定则可以用来判断感应电流的方向 B. 使用时四指要指向磁场方向 C. 拇指所指的方向是通电导线受力的方向 D. 磁感线要从手背穿入 解答： 我们来分析每个选项： A选项，左手定则是用来判断通电导线在磁场中受力方向的，判断感应电流方向要用右手定则。所以A错。 B选项，使用左手定则时，四指指向的是电流方向，不是磁场方向。磁场方向是用手心来对应的。所以B错。 C选项，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向，这个说法是对的。 D选项，磁感线要从手心穿入，不是手背。如果从手背穿入，判断的方向就完全反了。所以D错。 因此这道题选C。 方法总结：左手定则的三个要素一定要记准：手心穿磁场，四指表电流，拇指指受力。这三个对应关系不能搞混，搞混一个就全错了。平时做题的时候多伸手比划，形成肌肉记忆就不容易错了。 【模块五 学以致用】 A组练习 1. 通电导线在磁场中受到的力叫做______力，这个力的方向与______方向和______方向都有关系。 2. 判断通电导线在磁场中受力方向的法则叫做______定则，具体操作是：伸开______手，让拇指与其余四指______，并且都与手掌在同一平面内；让______垂直穿入手心，使四指指向______的方向，这时______所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。 3. 下列设备中，利用通电导线在磁场中受力的原理工作的是（ ） A. 电铃 B. 电动机 C. 发电机 D. 电磁继电器 4. 要改变通电导线在磁场中的受力方向，可以采取的方法是（ ） A. 改变电流的大小 B. 改变电流的方向 C. 换用磁性更强的磁体 D. 同时改变电流方向和磁场方向 5. 关于安培力，下列说法正确的是（ ） A. 通电导线在磁场中一定受到安培力的作用 B. 安培力的大小只与电流大小有关 C. 安培力的方向总是垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面 D. 安培力是机械能转化为电能的结果 B组练习 6. 一根直导线放在匀强磁场中，导线与磁场方向垂直。下列做法中，能使导线受到的安培力变为原来的2倍的是（ ） A. 只将电流增大为原来的2倍 B. 只将导线长度增大为原来的2倍 C. 只将磁感应强度增大为原来的2倍 D. 以上做法都可以 7. 小明在做"探究通电导线在磁场中受力"的实验时，发现导线受力后运动的速度很慢。下列做法中，不能让导线运动得更快的是（ ） A. 增大导线中的电流 B. 换用磁性更强的磁体 C. 换用更粗的导线 D. 增加处在磁场中的导线长度 8. 把一根通电导线放在磁场中，下列哪种情况导线不受安培力（ ） A. 导线与磁场方向垂直 B. 导线与磁场方向成45度角 C. 导线与磁场方向平行 D. 导线与磁场方向成60度角 9. 一台电动机工作时，线圈中的电流是2A，磁场的磁感应强度是0.5T，线圈在磁场中的有效长度是0.2m。求线圈受到的安培力大小。（提示：F=BIL） 10. 请设计一个实验，探究安培力的大小与导线长度的关系。写出实验器材、实验步骤和实验结论。 【模块六 参考答案】 第一部分 课堂练习答案 A组练习 1. 安培；电流；磁场 2. 左手；左；垂直；磁感线；电流；拇指 3. 答案：B 解析：电铃和电磁继电器利用的是电流的磁效应，发电机利用的是电磁感应现象，只有电动机利用的是通电导线在磁场中受力的原理。所以选B。 4. 答案：B 解析：改变电流大小和换用更强的磁体，只能改变安培力的大小，不能改变方向，所以A和C不对。同时改变电流方向和磁场方向，安培力的方向不变，所以D不对。只改变电流方向或者只改变磁场方向，都能改变安培力的方向，所以选B。 5. 答案：C 解析：A选项，当导线与磁场方向平行时，导线不受安培力，所以A错。B选项，安培力的大小与电流大小、磁场强弱、导线长度都有关系，所以B错。C选项，安培力的方向既垂直于电流方向，又垂直于磁场方向，也就是垂直于它们所决定的平面，这个说法是对的。D选项，安培力做功是电能转化为机械能，不是机械能转化为电能，所以D错。因此选C。 B组练习 6. 答案：D 解析：根据安培力公式F=BIL，电流、导线长度、磁感应强度这三个量，任何一个增大为原来的2倍，安培力都会变为原来的2倍。所以A、B、C都对，选D。 7. 答案：C 解析：导线运动得慢，说明安培力小。增大电流、增强磁场、增加导线长度，都能增大安培力，让导线运动得更快。换用更粗的导线，不会改变安培力的大小，所以选C。 8. 答案：C 解析：当导线与磁场方向平行时，导线不受安培力。其他角度都受安培力，只是大小不同，垂直时最大。所以选C。 9. 答案：0.2N 解析：根据公式F=BIL，代入数值：B=0.5T，I=2A，L=0.2m F = 0.5 × 2 × 0.2 = 0.2N 所以线圈受到的安培力是0.2牛。 10. 答案： 实验器材：电源、开关、导线、蹄形磁体、不同长度的直导线、滑动变阻器、刻度尺。 实验步骤： （1）按电路图连接好电路，将较短的直导线放在蹄形磁体的磁场中，注意导线与磁场方向垂直。 （2）闭合开关，观察导线摆动的幅度，用刻度尺测量导线摆动的最大水平距离，记录下来。 （3）换用较长的直导线，保持电流大小不变（通过调节滑动变阻器来控制），重复上述实验，记录导线摆动的最大水平距离。 （4）再换用更长的导线，重复实验。 （5）比较三次实验中导线摆动的距离，得出结论。 实验结论：在电流大小和磁场强弱相同时，处在磁场中的导线越长，受到的安培力越大。 第二部分 课后作业答案 1. 答案：D 解析：A选项，只改变电流方向，受力方向会改变，所以A能改变。B选项，只改变磁场方向，受力方向也会改变，所以B能改变。C选项，对调电源正负极就是改变电流方向，所以C能改变。D选项，同时改变电流方向和磁场方向，受力方向不变，所以D不能改变。因此选D。 2. 答案： （1）接线柱接反了，应该让电流从正接线柱流入，负接线柱流出。 （2）换用磁性更强的磁体（或者增大电流、增加线圈匝数）。 （3）换向器；作用是当线圈转过平衡位置时，自动改变线圈中的电流方向，使线圈能持续转动下去。 3. 答案： （1）当导线中没有电流时，导线静止不动；当导线中有电流时，导线运动起来。这说明通电导线在磁场中会受到力的作用。 （2）只改变电流方向，观察到导线的运动方向也反过来了。这说明安培力的方向与电流方向有关。 （3）只对调磁体的两极，改变磁场方向，观察到导线的运动方向也反过来了。这说明安培力的方向与磁场方向有关。 （4）实验中用到的研究方法是控制变量法。 4. 答案： （1）安培力大小为0.6N。 计算过程：F = BIL = 0.3T × 5A × 0.4m = 0.6N （2）如果电流方向反过来，安培力大小不变，还是0.6N，但是方向会反过来。 （3）如果导线与磁场方向平行放置，安培力为0N，因为平行时不受安培力。 【模块七 课后作业】 1. （2分）下列做法中，不能改变通电导线在磁场中受力方向的是（ ） A. 只改变导线中的电流方向 B. 只改变磁场的方向 C. 对调电源的正负极 D. 同时改变电流方向和磁场方向 2. （3分）小明制作了一个简易电动机，接通电源后线圈不转。请你帮他分析可能的原因，并提出改进建议。另外，请说出电动机中换向器的作用是什么。 3. （3分）在"探究通电导线在磁场中受力"的实验中： （1）闭合开关前，导线是静止的；闭合开关后，导线动起来了。这个现象说明了什么？ （2）保持磁场方向不变，只改变电流方向，导线的运动方向也变了。这说明了什么？ （3）这个实验用到了什么研究方法？ 4. （2分）一根长0.4m的直导线，放在磁感应强度为0.3T的匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，导线中的电流是5A。求导线受到的安培力大小。如果电流方向反过来，安培力的大小和方向会怎么变？如果导线与磁场方向平行放置呢？ 【模块八 反思总结】 一、学习了本节课，你能用自己的话解释一下什么是安培力吗？它的方向和大小分别和哪些因素有关？ 二、在使用左手定则的时候，你最容易犯的错误是什么？你有什么好办法来避免这些错误？ 三、安培力在生活中有很多应用，除了电动机，你还能想到哪些例子？这些应用都是怎么利用安培力工作的？ 学习建议： 1. 课后多做几道左手定则的练习题，每道题都伸手比划一下，练得多了就不会错了。 2. 有条件的同学可以自己动手做一个简易电动机，在制作的过程中加深对安培力的理解。 3. 上网查一查电磁弹射、磁悬浮列车这些高科技应用，了解安培力在前沿科技中的作用，拓宽视野。 4. 把本节课的知识点和前面学过的电流的磁效应、电磁感应放在一起对比一下，看看它们之间有什么联系和区别，不要搞混了。 学科网（北京）股份有限公司 $