第一章 1 磁场对通电导线的作用力（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册学习笔记（人教版 浙江专版）

该高中物理课件聚焦磁场对通电导线的作用力，核心内容包括安培力的方向（左手定则）、大小（F=BIl sinθ）及磁电式电流表原理。课堂通过导体棒在磁场中摆动实验导入，改变磁场和电流方向观察受力变化，结合问题链引导学生归纳关系，衔接磁场与电流知识，搭建实验到规律的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过实验归纳安培力方向，科学推理推导大小公式，结合易错题（如电流与磁场平行时安培力为零）强化物理观念。例题融入生活应用（如磁流体推进器），课时对点练分层设计，助力学生深化理解，教师可高效开展教学。

磁场对通电导线的作用力 1 第 一 章 1.通过实验探究安培力的方向与哪些因素有关，会用左手定则判断安培力的方向(重点)。 2.结合已学知识，推导安培力的表达式(重点)。 3.观察磁电式电流表的结构，知道其工作原理。 学习目标 内容索引 一、安培力的方向 二、安培力的大小 三、磁电式电流表 课时对点练 < 一 > 安培力的方向 按照如图所示装置进行如下实验，并思考有关问题： (1)接通电源后会观察到原来静止的导体棒发生了摆动，其原因是什么？ 答案　通电导体棒在磁场中受到力的作用 (2)交换磁极位置以改变磁场方向，导体棒受力方向是否改变？ 答案　改变 (3)改变导体棒中电流的方向，导体棒受力方向是否改变？ 答案　改变 (4)通电导体棒在磁场中受力方向与哪些因素有关？请尝试把以上三种情况下磁场方向、电流方向、导体受力方向画出来，进行归纳分析，找出规律。 答案　磁场方向、导体棒中电流方向 1.安培力：___________在磁场中受的力。 2.安培力的方向与___________、 ___________有关。 3.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_______________，并使四指指向___________，这时_______所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 说明：安培力方向既_____于电流方向，又_____于磁场方向，即_____于电流I和_____________所决定的平面。 梳理与总结 通电导线 磁场方向 电流方向 从掌心垂直进入 电流的方向 拇指 垂直 垂直 垂直 磁感应强度B 1.两条平行的通电直导线会通过磁场发生相互作用，分析甲、乙图中两导线受力情况(图中箭头方向为电流方向)，你能得出什么结论？ 思考与讨论 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 答案　 2.当电流方向和磁场方向不垂直时(夹角为θ)，那如何判定安培力的方向呢？ 答案　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，四指指向电流方向，让与电流垂直的磁场方向的分量垂直穿过手心，此时拇指所指的方向为安培力的方向。 (1)通电导线在磁场中不一定受到力的作用。(　　) (2)安培力的方向一定和磁场方向垂直，同时一定和电流方向垂直。 (　　) (3)安培力的方向、磁场方向、电流方向三者一定相互垂直。(　　) √ × √ 易错辨析 　画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 例1 答案　 　　 (2024·舟山中学高二月考)如图所示，将一轻质矩形弹性软线圈ABCD中A、B、C、D、E、F六点固定，E、F分别为AD、BC边的中点。一不易形变的长直导线在E、F两点处固定，现向矩形软线圈中通入电流I1，直导线中通入电流I2，已知I1≪I2，长直导线和线圈彼此绝缘。则稳定后软线圈大致的形状可能是 针对训练 √ 由安培定则可知，通电直导线左侧磁场垂直于纸面向外，右侧磁场垂直于纸面向里，软线圈的各段的形变方向为其受到的安培力方向，故而由左手定则可判断B图正确。 返回 < 二 > 安培力的大小 如图所示，导线长度为l，电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B。 (1)甲图中，通电导线的方向和磁场方向平行，则导线所受的安培力F＝__。 (2)乙图中，通电导线的方向和磁场方向垂直，则导线所受的安培力F＝ ___ 。 (3)丙图中，通电导线的方向和磁场的方向夹角为θ，把磁感应强度B分解为与导线垂直的分量B⊥＝______ 和与导线平行的分量B∥＝______。导线所受的安培力是 产生的，F＝_______。  0 BIl Bsin θ Bcos θ BIlsin θ B⊥ 安培力的大小：F＝BIl·sin θ 说明：①θ为B与I方向的夹角 当θ＝0°时，即B∥I，F＝0 当θ＝90°时，即B⊥I，F＝BIl ②表达式F＝BIlsin θ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度l等于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。 提炼·总结 (a) 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) 　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。 例2 FA＝__________　FB＝_____ 　FC＝___ 　FD＝______　 FE＝______ IlBcos α IlB 0 IlB 2IRB A图中，FA＝IlBcos α； B图中，导线在纸平面内，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。 　如图所示，△abc是由粗细相同的同种材料导线制成的等边三角形线框。范围足够大的匀强磁场平行于三角形线框平面且与bc边垂直向上。将b、c两点接入某一电路，线框受到的安培力大小为F。若将a、c两点接入相同电路，则线框受到的安培力大小为 A. B.F C. D.2F 例3 √ 当b、c两点接入某一电路，相当于ab与ac串联，再与bc并联接入电路，设每一条边的长度为L，通过bc的电流为I，则通过bac的电流为，线框受到的安培力大小为F＝BIL＋BL＝BIL，将a、c两点接入相同电路，相当于ab与bc串联，再与ac并联接入电路，则通过ac的电流为I，通过abc的电流为，线框受到的安培力大小为F'＝BILcos 60°＋BLcos 60° ＝BIL＝。 返回 < 三 > 磁电式电流表 1.基本构造：磁体、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴、铁质圆柱等。 2.工作原理：通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动 (1)被测电流越大，_________的角度越大。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。这两种转动的效果叠 加在一起，指针随之发生偏转；最终达到平衡，指针停止偏转。所以根据指针偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小。 (2)当线圈中电流方向改变时，______________随之改变，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_______________。 磁体 极靴 线圈偏转 安培力的方向 被测电流的方向 3.特点： (1)极靴和铁质圆柱之间是______________的磁场； (2)线圈平面始终与磁感线_____； (3)表盘刻度均匀分布。 4.优点：灵敏度高，可以测量_____的电流。 5.缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流_____。 均匀辐向分布 平行 很弱 很弱 结合磁电式电流表的工作原理，若要提高磁电式电流表的灵敏度，就要使在相同电流下线圈所受的安培力增大，可通过　　 (填“增加”或“减少”)线圈的匝数、　　 (填“增大”或“减小”)永磁体的磁感应强度、　　 (填“增加”或“减少”)线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。  思考与讨论 增加 增大 增加 　(2024·浙江1月选考)磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是 A.图示左侧通电导线受到安培力向下 B.a、b两点的磁感应强度相同 C.圆柱内的磁感应强度处处为零 D.c、d两点的磁感应强度大小相等 例4 √ 由左手定则可知，图示左侧通电导线受到安培力向下，故A正确； a、b两点的磁感应强度大小相同，但是方向不同，故B错误； 磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感应强度不为零，故C错误； 因c点处的磁感线较d点密集，可知c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，故D错误。 返回 < 四 > 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 C AD A AC B B ABD A 题号 9 10 11 答案 B (1)B＝　(2)0.5 T C 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 考点一　安培力的方向　左手定则 1.(2024·台州市双语高级中学高二月考)下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 基础对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 磁场方向向上，电流方向向里，根据左手定则，通电直导线受到的安培力方向水平向右，故A错误； 磁场方向向左，电流方向向外，根据左手定则，通电直导线受到的安培力方向向下，故B错误； 磁场方向向里，电流方向向左，根据左手定则，通电直导线受到的安培力方向向下，故C正确； 磁场方向与电流方向相同，通电直导线不受安培力的作用，故D错误。 电极C和D连接直流电源通过海水产生电流I，I、B及水流三者方向相互垂直。若用该推进器驱动船舶前进，则下列相关说法正确的是 A.电极C需连接电源的正极，D需接电源的负极 B.驱动船舶前进的动力是作用在水流上的安培力 C.驱动船舶前进的动力主要来源于水流作用在电极C、D上的作用力 D.驱动船舶前进的动力主要来源于水流作用在超导磁体上的作用力 2.(多选)(2024·浙江S9联盟高二期中)图甲是我国正在测试的超导磁流体推进器，它以喷射推进取代了传统的螺旋桨推进方式，图乙是其工作原理图。推进器中的超导体产生超强磁场B， √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 根据题意可知，海水受到的安培力沿海水流动方向，由牛顿第三定律可知，海水对磁场(实质是对推进器中的超导磁体)的作用力沿船舶前进方向，即驱动船舶前进的动力，由左手定则可知，极板间电流由电极C到D，即电极C需连接电源的正极，D需接电源的负极。故选A、D。 考点二　安培力的大小 3.(2024·温州市高二期末)如图所示，abcdef是由六段长度均为L的相同电阻丝构成的正六边形线框，虚线fb上方、下方分别存在垂直纸面向里、向外的匀强磁场，磁感应强度大小分别为2B、B。线框上e、c两点分别与电源正、负极连接，导线edc受到的安培力为F， 则线框abcdef受到的安培力大小为 A.0 B.F C.2F D.4F √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 根据并联关系可知，通过edc电流是通过efabc电流的两倍，由于ef边与bc边受到的安培力相互抵消，则fab部分受到的安培力方向向上，大小为F上＝2BI·L＝2BIL，edc部分受到的安培力方向向下，大小为F下＝B·2I·L＝2BIL，可知线框abcdef受到的安培力大小为0，故选A。 4.(多选)(2024·福建卷)如图，用两根不可伸长的绝缘细绳将半径为r的半圆形铜环竖直悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，铜环两端a、b处于同一水平线。若环中通有大小为I、方向从a到b的电流，细绳处于绷直状态，则 A.两根细绳拉力均比未通电流时的大 B.两根细绳拉力均比未通电流时的小 C.铜环所受安培力大小为2rBI D.铜环所受安培力大小为πrIB √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 方法一：微元法 如图，取通电半圆形铜环的一小段Δl，可将其视为直导线，根据左手定则可知，该小段导线受到的安培力方向如图所示，其大小ΔF＝BIΔl 根据对称性，如图所示，对称的两小段所受的安培力在水平方向的分力大小相等，方向相反，相互抵消，则通电后半圆形铜环受到的安培力方向竖直向下，根据受力分析可知，通电后两绳拉力变大，故A正确，B错误； 对每小段导线所受安培力在竖直方向的分力求和， 可得F＝∑ΔFy＝∑BIΔlsin θ＝2rBI， 故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 方法二：等效法 通电半圆形铜环的等效长度为2r，电流方向a→b，根据左手定则可知半圆形铜环受到的安培力方向竖直向下，大小为 F＝BI×2r＝2rIB 根据受力分析可得，通电后，绳子拉力 FT＝mg＋F＝mg＋2rIB>mg 两根细绳拉力均比未通电流时的大。 故选A、C。 5.将一段通电直导线abc从中点b折成120°，分别放在如图所示的匀强磁场中，图甲中导线所在平面与磁场的磁感线平行，图乙中导线所在平面与磁场的磁感线垂直，若两图中两导线所受的安培力大小相等，则甲、乙两图中磁场的磁感应强度大小之比B1∶B2为 A. B. C. D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 设导线的总长为2L，通过导线的电流为I，题图甲中导线受到的安培力大小为B1IL＋B1ILcos 60°＝B1IL， 题图乙中导线受到的安培力的大小为B2I·2Lcos 30°＝B2IL， 根据题意有B1IL＝B2IL，则有，B正确。 6.(2024·温州环大罗山联盟高二期中)两根粗细均匀的导体棒a、b放在水平放置的两条金属导轨上，导轨与电阻、电源及开关相连，导轨电阻不计。两棒的材料相同、横截面积a是b的两倍，它们与导轨夹角分别为90°、60°。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。已知导轨间距为L，a、b棒与导轨接触良好，合上开关后导体棒a中的电流为I，关于a、b两棒所受安培力Fa、Fb。下列说法正确的是 A.Fa＝BIL，Fb＝BIL B.Fa＝BIL，Fb＝BIL C.Fa＝BIL，Fb＝BIL D.Fa＝0，Fb＝BIL √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 设a、b棒的电阻率均为ρ，a、b棒的横截面积为2S和S，a、b棒并联，电压相同，设为U，a棒的电阻为Ra＝ρ，b棒电阻为Rb＝ρ＝ρ，a棒的电流为I，则b棒中电流为Ib＝I＝I，a棒受到的安培力为Fa＝BIL，b棒受到的安培力为Fb＝BIbLb＝B·I·BIL，故选B。 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 考点三　磁电式电流表 7.(多选)(2025·杭州市学军中学高二月考)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 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 磁场是均匀辐向分布的，所以线圈转动时，在电流确定的情况下，根据左手定则，它两边所受的安培力大小均为F＝BIL、方向相反，所以所受的安培力大小不变，故A正确； 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动产生弹力，弹力方向与扭动方向相反，阻碍线圈转动，故B正确； 当线圈在如题图乙所示的位置，根据左手定则，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动，故C错误，D正确。 8.水平面内有一通有恒定电流的直导线，电流方向如图所示，导线处于水平向右的匀强磁场B1中。如果在该空间再加一个匀强磁场B2，使得导线所受安培力为零，不考虑导线产生的磁场及地磁场的影响，则B2的方向可能为 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 当B1、B2合磁场方向与电流方向平行时，导线所受的安培力为零，由矢量合成知，只有题图A中B1、B2的合磁场方向有可能与电流方向平行，故选A。 9.(2025·台州市山海协作体高二期中)如图所示，四根通有大小相等且为恒定电流的长直导线垂直穿过xOy平面，与xOy平面的交点形成边长为2a的正方形且关于x轴和y轴对称，各导线中电流方向已标出。下列说法正确的是 A.在O点的磁感应强度方向沿x轴正方向 B.x轴正半轴的磁感应强度方向沿x轴正方向 C.直导线1、3之间的相互作用力为排斥力 D.直导线1对直导线4的作用力小于直导线2对直导线4的作用力 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 根据安培定则及平行四边形定则可知，四根导线同时存在时O点的磁感应强度大小为0。同理，可判断知在x轴正半轴上，1、4导线的合磁场方向沿x轴负方向，2、3导线的合磁场方向沿x轴正方向，且磁感应强度大小大于1、4导线的合磁感应强度大小(无穷远点处除外)，所以可得四根导线在x轴正半轴上的合磁感应强度方向沿x轴正方向，A错误，B正确； “同向相吸，异向相斥”，所以直导线1、3之间的相互作用力应为吸引力，C错误； 因为直导线1、2中的电流相等，而直导线4与直导线2间的距离大于直导线4与直导线3的距离，则直导线1在直导线4处产生的磁感应强度大于直导线2在直导线4处产生的磁感应强度，根据F＝BIL可知D错误。 10.(2024·杭州市高二期末)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。它的右臂用细绳挂着矩形线圈，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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 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。(g取10 m/s2) (1)写出用n、m、L、I、g表示磁感应强度B的表达式； 答案　B＝　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 设电流方向未改变时，等臂天平的左盘内砝码质量为m1，右盘内的质量为m2，线圈及细绳总质量为m0，有 m1g＝(m2＋m0)g－nBIL 电流方向改变后，有(m1＋m)g＝(m2＋m0)g＋nBIL，联立解得B＝ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 (2)当n＝9，L＝10.0 cm，I＝0.10 A，m＝9.00 g时，磁感应强度是多少？ 答案　0.5 T 磁感应强度为B＝ ＝ T＝0.5 T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 11.(2025·浙江A9协作体高二期中)如图甲为一款网红魔术玩具——磁力“永动机”，小钢球放入漏斗后从中间小洞落入下面的弧形金属轨道，然后从轨道另一端抛出再次回到漏斗，由此循环往复形成“永 尖子生选练 动”的效果。其原理如图乙所示，金属轨道与底座内隐藏的电源相连，轨道下方藏有永磁铁。当如图乙永磁铁N极朝上放置，小钢球逆时针“永动”时， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 下列分析正确的是 A.c端与右侧抛出圆弧对应的圆心O等高 B.小钢球换成小木球，依然可以“永动” C.轨道a应接电源的正极，轨道b应接电源的负极 D.若不改变电源方向，只将永磁铁S极朝上放置， 小钢球依然可以逆时针“永动” √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 小球从c点飞出后，速度沿圆弧在c点的切线方向，所以c点应高于圆心的高度，这样小球从c点飞出后的速度方向才能指向漏斗，也才能回到漏斗中，故A错误； 换成木球在磁场中没有安培力的作用，无法实现“永动”，故B错误； 小钢球在磁铁上方应受到向右的安培力，根据左手定则可知，小钢球中的电流方向应从轨道a流向轨道b，故轨道a应接电源的正极，轨道b应接电源的负极，故C正确； 根据上述分析可知，若只将永磁铁S极朝上放置，依据左手定则可知，小钢球受到安培力的方向向左，安培力阻碍小钢球运动，无法实现逆时针“永动”，故D错误。 返回 本课结束 第 一 章 $