第1章 第1节 安培力-【新课程学案】2026-2027学年高中物理选择性必修第二册教师用书word（教科版）

　第一章　磁场对电流的作用 第1节　安培力 核心素养导学 物理观念 (1)通过实验认识安培力的方向。 (2)会计算安培力的大小。 科学思维 (1)会用左手定则判断安培力的方向。 (2)经历一般情况下安培力表达式的得出过程,体会矢量分析的方法。 科学探究 经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程,体会归纳推理的方法。 科学态度与责任 通过实验探究的过程,激发学生研究物理的兴趣,端正实事求是的科学态度。 一、安培力及其方向 1.安培力:磁场对通电导线的作用力。 2.相互平行的通电导线间的作用力 (1)反向电流相互排斥。(2)同向电流相互吸引。 3.安培力方向的决定因素 (1)实验装置(如图)。 (2)实验结论:决定安培力方向的因素有两个:①磁场方向,②电流方向。 4.左手定则:伸出左手,四指并拢,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电流方向,则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向。 [微点拨] (1)电流方向和磁场方向不一定垂直。 (2)安培力的方向一定和电流方向、磁场方向都垂直。 二、安培力的大小 1.当通电导线垂直于磁场B的方向放置:F=ILB。 2.当通电导线平行于磁场B的方向放置:F=0。 3.如图所示,当通电导线与磁场方向不平行也不垂直时:F=ILB⊥=ILBsin θ。  1.为什么接通电源之后,会观察到原来静止的导体棒发生摆动?如何改变导体棒摆动的方向? 提示:通电导体棒在磁场中受到了安培力的作用;调换磁铁“N、S”极或调换电源“+、-”极。 2.如图,将通电导线放入匀强磁场中,导线方向和磁场方向不垂直。判断下列说法的正误。 (1)安培力的方向和磁感线方向一定不垂直。 (×) (2)若匀强磁场中磁感应强度为B=1 T,导线中电流I=1 A,导线长度l=1 m,则导线所受安培力F=1 N。 (×) (3)若通电导线在某处不受安培力,则该处磁感应强度不一定为0。 (√) 新知学习(一)|安培力方向的判断 [任务驱动] 应用如图所示的装置探究安培力的方向,思考以下问题: (1)左右交换磁极的位置以改变磁场方向,铝箔条受力的方向是否改变? (2)改变铝箔条中电流的方向,铝箔条受力的方向是否改变? (3)仔细分析实验结果,说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系? 提示:(1)铝箔条受力的方向改变。 (2)铝箔条受力的方向改变。 (3)安培力的方向总是垂直于磁场的方向和电流的方向,安培力的方向可用左手定则判定(如图所示)。 [重点释解] 1.安培定则与左手定则的选取原则 2.两平行通电直导线的相互作用规律 (1)同向电流互相吸引;(2)反向电流互相排斥。 [典例体验] 　　[典例]　如图所示,半圆形的绝缘环上有均匀分布的正电荷,AB是竖直直径,直导线与圆心O等高且水平固定,直导线中通有向右的恒定电流,将半圆形的绝缘环绕AB所在直线沿顺时针方向(从上向下看)匀速转动,则直导线受到的安培力方向 (　 ) A.向上　　　　　　　 B.向下 C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外 [解析]　将半圆形的绝缘环绕AB所在直线沿顺时针方向(从上向下看)匀速转动,从上向下看形成的等效电流沿顺时针方向,则电流在直导线处的磁场竖直向上,根据左手定则可知,直导线受到的安培力垂直纸面向外,故选D。 [答案]　D /方法技巧/ 判断安培力方向常见的两类问题 [针对训练] 1.一根容易形变的弹性导线,两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图中正确的是 (　 ) 解析:选D　A图中导线不受安培力,故它不会弯曲,A错误;B图中导线受到垂直纸面向里的安培力,它不会向右弯曲,B错误;C图中导线受到水平向右的安培力,导线不会向左弯曲,C错误;D图中导线受到水平向右的安培力,故向右弯曲,D正确。 2.截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线,长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1,四根平行直导线均通入电流I2,I1≫I2,电流方向如图所示,下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是 (　 ) 解析:选C　因I1≫I2,则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用;根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引,异向电流相互排斥”,则正方形左右两侧的直导线I2要受到I1吸引的安培力,形成凹形,正方形上下两边的直导线I2要受到I1排斥的安培力,形成凸形,故变形后的形状如选项C所示。 新知学习(二)|安培力的分析与计算 [重点释解] 1.F=ILBsin 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安培力时,L为有效长度,即导线两端点所连直线的长度,相应的电流方向沿L由始端流向末端,如图所示。 2.同样情况下,通电导线与磁场方向垂直时,所受的安培力最大;通电导线与磁场方向平行时,不受安培力;通电导线与磁场方向斜交时,所受的安培力介于0和最大值之间。 3.在非匀强磁场中,只要通电直导线L所在位置的各点磁感应强度B矢量相等(包括大小和方向),则通电直导线所受安培力也能用公式F=ILBsin θ计算。 4.当电流同时受到几个安培力时,则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。 [典例体验] [典例]　如图所示,匀强磁场区域足够大,磁感应强度大小为B,方向水平向右,将一段圆弧形导体ab置于磁场中,圆弧圆心为O,半径为r。现在导体ab中通以方向从b―→a的恒定电流I,并将磁场从图示位置沿顺时针方向在纸面内缓慢旋转,下列说法正确的是 (　 ) A.圆弧形导体受到的安培力方向始终垂直纸面向外 B.圆弧形导体受到的安培力大小不可能为0 C.圆弧形导体受到的安培力大小可能为BIr D.圆弧形导体受到的安培力最大值为πBIr [解析]　根据左手定则可知,磁场水平向右时,导体所受安培力垂直纸面向外,当磁场与弦ba平行时,圆弧形导体所受安培力为0,当磁场水平向左时,安培力垂直纸面向里,故A、B错误;圆弧形导体的有效长度为L=r,当磁感应强度B与弦ba垂直时,圆弧形导体所受安培力最大,为Fmax=BIL=BIr,当磁感应强度B与弦ba平行时,圆弧形导体所受安培力为0,所以圆弧形导体所受安培力的大小范围为0≤F≤Fmax,C正确,D错误。 [答案]　C /方法技巧/ 计算安培力大小时的注意点 　　(1)公式F=ILB仅适用于通电导线与匀强磁场垂直的情况。 (2)公式F=ILBsin θ中,θ是B和I方向的夹角,B是外加磁场的磁感应强度,不要与电流所产生磁场的磁感应强度相混淆。 (3)在应用公式求安培力时,充分利用“有效长度”的概念,会使计算简便。 [针对训练] 1.(2025·乐山期末检测)长度为l、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向如图所示,已知磁感应强度为B,对于下列各图中,导线所受安培力的大小计算正确的是 (　 ) 解析:选A　A图中,导线不和磁场垂直,故将导线投影到垂直磁场方向上,故F=IlBcos θ,A正确;B图中,导线和磁场方向垂直,故F=IlB,B错误;C图中导线和磁场方向垂直,故F=IlB,C错误;D图中导线和磁场方向垂直,故F=IlB,D错误。 2.半径为0.1 m的圆内有匀强磁场,磁感应强度B大小为0.4 T,现将一单匝正方形线框放入磁场,线框平面与磁场方向垂直,其中一顶点与圆形磁场区域的圆心O点重合,如图,当通过线框的电流I为1 A时,线框所受的安培力大小为 (　 ) A. N B. N C. N D. N 解析:选B　线框在磁场中的有效长度L=R= m,安培力大小为F=BIL= N,故选B。 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 ◉物理观念——安培力的大小和方向 1.(选自粤教版教材课后练习)在某次讨论活动中,几名同学针对下面的物理情境提出了不同观点。他们的观点正确吗?请说明原因。 物理情境:一段通电直导线被放置于磁感应强度为B的匀强磁场中,导线长度L=0.2 m,导线中通过I=2.5 A 的电流。 (1)同学甲:如果磁场磁感应强度B=2 T,则导线所受安培力F的大小一定等于1 N。 (2)同学乙:这段导线所受安培力有可能为零,而导线所在的磁场磁感应强度并不为零。 (3)同学丙:因为是匀强磁场,所以在磁场中旋转这段导线时,导线所受安培力F只是方向改变,但大小不变。 提示:(1)不正确。因为只有在通电导线和磁场方向垂直时,F=ILB才能成立。 (2)正确。通电导线和磁场方向平行时,安培力为零。 (3)不正确。根据F=ILBsin θ,旋转导线时安培力大小不断变化。 ◉科学态度与责任——安培力在生活中的应用 2.(选自鲁科版教材课后练习)(多选)如图(a)所示,扬声器中有一线圈处于辐射状磁场中, 当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动,发出声音。俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面),磁场方向如图中箭头所示。下列选项正确的是 (　 ) A.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 B.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 C.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 D.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 解析:选BC　将环形导线分割成无限个小段,每一小段看成直导线,根据左手定则可以判断,当电流为顺时针方向时,导线受到的安培力垂直纸面向外,当电流为逆时针方向时,导线受到的安培力垂直纸面向里,故B、C正确,A、D错误。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1.电流天平是一种测量磁场力的装置,如图所示。两相距很近的多匝通电平行线圈 Ⅰ 和 Ⅱ,线圈 Ⅰ 固定,线圈 Ⅱ 置于天平托盘上。当两线圈均无电流通过时,天平示数恰好为零。下列说法正确的是 (　 ) A.两线圈电流方向相同时,天平示数为正数 B.两线圈电流方向相反时,天平示数为负数 C.线圈Ⅱ的匝数越少,天平越灵敏 D.线圈Ⅱ的匝数越多,天平越灵敏 解析:选D　当天平示数为负时,说明两线圈相互吸引,两线圈电流方向相同,当天平示数为正时,说明两线圈相互排斥,两线圈电流方向相反,故A、B错误;由于线圈Ⅱ放在天平托盘上,线圈Ⅱ受到线圈Ⅰ的作用力为F=N2BIL,所以当线圈Ⅱ的匝数越多,相同情况下受的力越大,则天平越灵敏,故C错误,D正确。 2.在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框,磁场方向垂直于线框平面,a、c两点接一直流电源,电流方向如图所示。已知abc边受到的安培力大小为F,则整个线框所受安培力大小为 (　 ) A.F B.F C.F D.F 解析:选D　根据题图,由电阻定律R=ρ可知,另一边的阻值为ab边的5倍,结合并联电路分流规律可知,通过另一边的电流为ab边的。由F=BIL可知,另一边受到的安培力大小为F,方向与ab边受到的安培力方向相同,因此整个线框所受安培力大小为F合=F+F=F,故选D。 [课时跟踪检测]　　　　　　　　　　　　　　　　 1.在赤道上空,竖直放置一根通以向上电流的直导线,此导线受到地磁场的安培力方向为 (　 ) A.由北向南 B.由东向西 C.由南向北 D.由西向东 解析:选B　赤道上空地磁场的方向由南向北,根据左手定则可知,此导线所受安培力的方向由东向西,B正确。 2.某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系如下列选项图所示,其中正确的是 (　 ) 解析:选D　A图中磁场方向和电流方向平行,导线不受安培力作用;根据左手定则可知,B图中安培力的方向应竖直向上,C图中安培力的方向应竖直向下,D图中安培力的方向水平向右。D正确。 3.关于通电直导线所受的安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系,下列说法正确的是 (　 ) A.F、B、I三者必定均相互垂直 B.F必定垂直于B、I,但B不一定垂直于I C.B必定垂直于F、I,但F不一定垂直于I D.I必定垂直于F、B,但F不一定垂直于B 解析:选B　安培力F的方向垂直于磁感应强度B与电流I构成的平面,因此F必垂直于B、I,但B与I不一定垂直,故选项B正确。 4.如图所示,通以恒定电流I的导线MN在纸面内从a位置绕其一端M转至b位置时,通电导线所受安培力的大小变化情况是 (　 ) A.变小 B.不变 C.变大 D.不能确定 解析:选B　当MN在原位置时,安培力的大小为F=IlB,当MN在纸面内绕M端旋转时,其大小仍是IlB,故安培力的大小是不变的,B正确。 5.一段通电直导线垂直于磁场方向放入匀强磁场中,导线中的电流方向由上而下,如图所示。在导线绕其中心点逆时针转动180°的过程中,导线受到的安培力 (　 ) A.大小不变,方向不变 B.大小由最大减小到零再增至最大,方向时刻改变 C.大小由最大减小到零再增至最大,方向不变 D.大小由最大减小到零再增至最大,方向由垂直纸面向外变为垂直纸面向里 解析:选D　根据安培力公式F=IlBsin θ,导线转动前,电流方向与磁场方向垂直,θ=90°;当导线转过一个小角度θ后,电流方向与磁场方向不再垂直,安培力变小;当导线转过90°时,电流方向与磁场方向平行,安培力为零。根据左手定则判断知,导线逆时针转动0~90°过程中,安培力的方向始终垂直纸面向外;在导线再继续转动90°过程中,安培力由零增至最大,方向始终垂直纸面向里,选项D正确。 6.如图所示,D是置于电磁铁两极间的一段通电直导线,电流方向垂直于纸面向里。在开关S接通后,导线D所受安培力的方向是 (　 ) A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向左 D.水平向右 解析:选A　在开关S接通后,线圈中电流由左侧流入,由安培定则可知电磁铁右侧为N极,故导线所在处的磁场方向向左,由左手定则可知,导线所受安培力方向竖直向上,A正确。 7.为缩短固定翼飞行器着陆后的滑行距离,有人构想在机身和跑道上安装设备,使飞行器在安培力作用下短距离着陆,如图所示,在机身上安装长为10 m、匝数为50匝的矩形线圈,线圈通以100 A的电流,跑道上有大小为0.3 T的磁场,通过传感器控制磁场区域随飞机移动,使矩形线圈始终处于图示磁场中,忽略电磁感应的影响,线圈所受安培力的大小和方向是 (　 ) A.15 000 N,向左　　　 B.15 000 N,向右 C.30 000 N,向左 D.30 000 N,向右 解析:选C　由左手定则可知,线圈所受安培力向左,大小为F=2nBIL=2×50×0.3×100×10 N=30 000 N,故选C。 8.(多选)将粗细均匀、边长为L的正三角形铜线框用两根不可伸长的绝缘绳a、b悬挂于天花板上,置于垂直线框平面向外的大小为B的匀强磁场中,现用细导线给三角形线框通有大小为I的电流,则 (　 ) A.通电后两绳拉力变大 B.通电后两绳拉力变小 C.三角形线框所受安培力大小为BIL D.三角形线框所受安培力大小为2BIL 解析:选AC　根据题意,由左手定则可知,通电后线框所受安培力向下,则通电后两绳拉力变大,故A正确,B错误;根据题意可知,ab间折线的长度是直线长度的2倍,且并联接入电路中,则通过直线的电流是通过折线的电流的2倍,即通过直线的电流为I,通过折线的电流为I,三角形线框所受安培力大小为F=BL·I+BL·I=BLI,故C正确,D错误。故选A、C。 9.如图所示是一位同学制作的实验装置:轻弹簧竖直悬挂,下端恰与铜片接触。当开关闭合后,弹簧时伸时缩,灯泡时明时暗。关于这个实验现象,下列说法中正确的是 (　 ) A.有电流通过弹簧时,各匝环形电流互相吸引致使弹簧收缩 B.有电流通过弹簧时,各匝环形电流互相排斥致使弹簧伸长 C.弹簧收缩与铜片分离时,通过灯泡的电流较小,灯泡较暗 D.弹簧伸长与铜片接触时,通过灯泡的电流较大,灯泡明亮 解析:选A　有电流通过弹簧时,各匝环形电流同向,相互吸引致使弹簧收缩,A正确,B错误;弹簧伸长与铜片接触,弹簧与灯泡并联,电路中总电阻较小,总电流较大,电源内阻分压较大,灯泡两端电压较小,灯泡较暗,同理可知弹簧收缩与铜片分离时,灯泡较明亮,C、D错误。 10.如图所示,在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环,圆环处于静止状态,圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,环与磁场边界交点A、B与圆心O连线的夹角为120°,此时悬线的拉力为F。若圆环通电,使悬线的拉力刚好为零,则环中电流的大小和方向是 (　 ) A.大小为,沿顺时针方向 B.大小为,沿逆时针方向 C.大小为,沿顺时针方向 D.大小为,沿逆时针方向 解析:选A　圆环不通电时悬线拉力为F,可知F=mg。若圆环通电,使悬线拉力刚好为零,那么F安=mg,安培力方向竖直向上,电流应为顺时针方向,F安=2BIRsin 60°=BIR,联立得BIR=F,则I=,故A正确。 11.(9分)赤道上的地磁场可以看成沿南北方向的匀强磁场,磁感应强度的大小B=5×10-5 T。如果赤道上有一根沿东西方向的直导线,长L=20 m,载有从西向东的电流I=30 A。取g=10 m/s2。 (1)求地磁场对这根导线的作用力的大小和方向;(3分) (2)若保持导线中的电流不变,要使这根导线悬浮在空中并保持静止状态,不计空气浮力,则导线单位长度的质量为多少?(6分) 解析:(1)如图所示,由左手定则知安培力的方向竖直向上 F=BIL=3×10-2 N。 (2)要使导线静止在空中,则mg=BIL 可得==1.5×10-4 kg/m 可知导线单位长度的质量为1.5×10-4 kg。 答案:(1)3×10-2 N　方向竖直向上 (2)1.5×10-4 kg 12.(10分)如图所示, 在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源, 在相距1 m的平行导轨上放一质量为m=0.3 kg的金属棒ab, 通以从b→a、I=3 A的电流,磁场方向竖直向上,这时金属棒恰好静止(g=10 m/s2)。求: (1)匀强磁场磁感应强度的大小;(5分) (2)ab棒对导轨的压力的大小。(5分) 解析:(1)金属棒ab静止,受力情况如图所示,沿斜面方向受力平衡, 则有mgsin 60°=IlBcos 60°, 解得B== T≈1.73 T。 (2)根据平衡条件及牛顿第三定律得,金属棒ab对导轨的压力为: FN'=FN== N=6 N。 答案:(1)1.73 T　(2)6 N 学科网（北京）股份有限公司 $