1.1 磁场对通电导线的作用力（教学课件）物理人教版选择性必修第二册

第一章 安培力与洛伦兹力 人教版（2019）选择性必修 第二册 1.磁场对通电导线的作用力 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 建立安培力的核心物理观念，知道磁场会对通电导线施加力的作用；理解安培力属于磁场力，认识安培力的矢量性，明确安培力方向同时与磁场方向、电流方向相关；掌握安培力大小公式，分清导线与磁场垂直、平行、夹角为θ不同情景下安培力的表达；理解电流元的物理含义，认识磁场可以通过对电流元的作用力来描述，建立磁场力、电流、磁场三者之间的关联，为后续学习洛伦兹力奠定基础。 科学思维 能结合磁场、电流的空间关系，对通电导线的受力过程开展推理分析；通过改变磁场方向、电流方向的实例辨析安培力方向规律，提升空间想象与矢量判断的科学推理能力；能基于左手定则判断安培力方向，区分F=BIL的适用条件，能对导线和磁场成任意夹角时做分解推导；能基于安培力分析解释磁电式电表、电动机等生活中的电磁现象，发展证据意识与科学论证能力。 科学探究 能通过通电导线在磁场中受力的演示实验，探究安培力方向与磁场、电流方向的关系；通过控制变量法，分别改变磁感应强度、电流大小、导线有效长度，探究安培力大小的影响因素；借助铁架台、蹄形磁铁、通电导线、电源等实验器材，观察记录实验现象；经历归纳总结得出安培力规律的过程，会做简单的数据处理与误差分析，培养从实验现象提炼物理规律的能力。 科学态度与责任 能通过磁场对通电导线作用力的探究实验，体会实验在物理研究中的价值；通过了解电动机、磁电式电流表、电磁弹射等安培力的技术应用，认识电磁规律对生产生活、科技发展的推动作用；在探究过程中养成严谨求实、尊重实验事实的习惯；体会物理理论转化为工程技术的意义，激发对电磁技术的探索兴趣，树立运用物理知识服务社会的意识 学习目标 安培力的方向 01 教学内容 安培力的大小 02 安培力的实际应用 03 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 安培力的概念，安培力大小计算公式、左手定则判断安培力方向。 安培力方向与磁场方向、电流方向三者的空间方位关系。 左手定则的理解应用，磁场与电流不垂直情况下安培力大小分析与空间方向判断。 重点难点 课堂导入——观察与思考 磁场强弱如何描述？ 在必修课中，我们已经知道了磁场对通电导线有作用力，并从这个现象入手定义了物理量——磁感应强度B。 安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力（Ampèreforce），把电流的单位定为安培。 安培力是矢量，既有大小又有方向，其方向和大小有什么规律？ 01 PART 01 第一部分 安培力的方向 探究新知 7 探究新知——研究安培力的方向与哪些因素有关 请你结合以前所学知识，你觉得安培力方向与那些因素有关？如何设计实验方案研究？ 猜想：磁感应强度方向、电流方向... ... 实验方案： 1.实验方法：控制变量法 2.实验步骤：按照图所示，组装好器材，进行实验，观察导体棒受力方向。 （1）上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察导体棒受力方向是否改变。 （2） 改变导体棒中电流的方向，观察受力方向是否改变。 探究新知——研究安培力的方向与哪些因素有关 探究新知——研究安培力的方向与哪些因素有关 实验结论： 众多事实表明，通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。 探究新知——左手定则 你能根据实验结果总结一下判断安培力方向的方法吗？ 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；让磁感线从掌心垂直进入，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。 磁场、电流、安培力三者方向描述有什么困难？ 探究新知——立体图转平面图 研究安培力的问题要涉及三维空间，为了描述方便，我们可以将立体图转平面图，物理学规定“×进·出” 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 o I F B F B I F B I F I B I B F B I F 当电流与磁场方向不垂直时，如何判断安培力方向？ 探究新知——电流与磁场方向不垂直的安培力方向 当电流与磁场方向夹角为θ时: B F B⊥ B∥ F一定与B垂直，一定与I垂直；即安培力垂直于电流和磁场所在的平面.但B与I 不一定垂直. 现在你能解释必修三中通电导线间相互作用力的实验现象了吗？ 探究新知——通电导线间的相互作用 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 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。 用学过的知识加以分析 F F F 同向电流 F 反向电流 探究新知——典例探究 【例1】画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。 【解析】　 02 PART 02 第二部分 安培力的大小 探究新知 16 探究新知——安培力大小 在匀强磁场B中，通电直导线与磁场方向垂直和平行的情况下，导线上的电流为I，导线所受安培力F应怎样求？ F＝ILB 当B⊥I 时 当B∥I时 F＝0 当B和I夹角为θ时 F＝? 探究新知——安培力大小 （3）当导线（电流I）与磁场B方向夹θ角时: F = B2IL＝BILsinθ(θ为B与I的正向夹角) B1 B2 B 法一：分解磁感应强度B 思路：变不垂直成垂直 法二.投影导线 L1 F = BIL1＝BILsinθ(θ为B与I的正向夹角) 探究新知——安培力大小 （4）对安培力大小计算公式的深刻理解 ①公式F＝ILB中L指的是“有效长度”． 当B与I垂直时，F 最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0. ②弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直接的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端向末端． 探究新知——典例探究 【例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。 【解析】A图中，FA=IlBcos α；B图中，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；F图中闭合线圈受力的矢量和为0，故FF=0。 探究新知——典例探究 【例3】(2024·亳州市高二期末)如图所示，由粗细相同、材料相同的导线做成的半圆形闭合线框处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，ab为其直径边，在线框a、b两点加上恒定的电压，关于线框圆弧边和直径边受到的安培力，下列判断正确的是 A.圆弧边受到的安培力的大小等于直径边受到安培力 　的大小，但两安培力方向不同 B.圆弧边受到的安培力的大小大于直径边受到安培力 　的大小，但两安培力方向相同 C.圆弧边受到的安培力的大小小于直径边受到安培力的大小，但两安培 　力方向相同 D.圆弧边受到的安培力与直径边受到的安培力大小、方向均不同 探究新知——典例探究 【解析】计算圆弧边受到的安培力时圆弧边在磁场中的有效长度等于直径边的长度，但由于圆弧边的长度大于直径边的长度，故圆弧边的电阻大于直径边的电阻，所以通过圆弧边的电流小于通过直径边的电流，由F=BIl可知，圆弧边受到的安培力大小小于直径边受到的安培力大小，由左手定则可知，圆弧边受到的安培力与直径边受到的安培力方向相同。故选C。 探究新知——技巧点拨 应用公式F＝IlBsin θ求安培力大小时不能死记公式，应正确理解公式中各物理量的实质，可将Bsin θ理解为有效磁感应强度或将lsin θ理解为有效长度，θ为磁场方向与直导线中电流方向之间的夹角。 应用安培力公式F＝IlBsin θ解题的技巧 03 PART 03 第二部分 安培力的实际应用 探究新知 24 探究新知——磁电式电流表 观察磁电式电流表的结构示意图，解释为什么电流表通电后其指针会发生偏转了吗？ 磁电式电流表的结构 线圈在磁场中受受到安培力使其发生偏转 探究新知——磁电式电流表 再次仔细观察磁电式电流表结构，思考电流表的指针为什么最终能稳定的指向某一刻度，且偏转角度大小能反映电流大小？ 磁电式电流表的结构 线圈通电时，安培力使线圈转动时 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 观察表盘发现，电流表表盘刻度是均匀的，这说明了指针偏转角度与电流成正比，如何才能实现这一要求？ 探究新知——磁电式电流表 电流表表盘的刻度是均匀的，即指针偏转角度与电流大小成正比，你知道这是如何实现的吗？ 极靴和铁质圆柱使磁场沿半径方向，旋转的线圈在磁场中受到的安培力有什么特点？ 线圈转动的轨迹圆上B大小处处相等，当线圈转动时B与I始终互相垂直。 F=ILB θ ∝ I，表盘的刻度均匀 探究新知——电动机 探究新知——扬声器 探究新知——电磁炮 探究新知——典例探究 【例4】(多选)(2025·常德市高二期末)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。不考虑电磁感应现象，由题中的 信息可知 探究新知——典例探究 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) 探究新知——典例探究 【解析】由NBIS=kθ可知，θ=I·，θ与I是正比关系，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，θ=I·，当k值更小时θ与I的比例系数会更大，相同情况下的电流会产生更大的角度，故增大了电流表的灵敏度，故D正确。 课堂小结 磁场对通电导线的作用力 安培力的大小 磁电式电流表 1.安培力：通电导线在磁场中受的力 1.安培力大小：F＝BIlsin θ，θ为B与I方向的夹角 θ＝0°时，即B∥I，F＝0 θ＝90°时，即B⊥I，F＝BIl 安培力的方向 2.安培力的方向：左手定则 l 指的是导线在磁场中的“有效长度” 1.构造：磁体线圈,螺旋弹簧,指针,极靴,铁质圆柱。 2.原理：通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动 3.特点：均匀辐向磁场，线圈面与B平行，刻度均匀 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 1.如图，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里．闭合开关S，A受到的通电螺线管产生的磁场的作用力的方向是(　　) A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向右 D.水平向左 2.如图所示的匀强磁场中有一根放入其中的通电直导线，图中已经标出了电流I和磁感应强度B以及安培力F三者的方向，其中不正确的是(　　) A. B. C. D. 3.（2025-2026·全国高二上期末）某学习小组用图示装置测量磁场的磁感应强度。弹簧测力计竖直悬挂一边长为L的等边三角形金属线框abc，静止时测力计示数为F。e、f分别为ab、ac的中点，过ef的水平虚线下方存在垂直线框平面的待测匀强磁场(图中未画出)。线框中通入大小为I、方向沿abca的电流，再次静止时，e、f仍在水平虚线上，测力计的示数变为3F，则磁感应强度大小和方向分别为(　　) A.，垂直线框平面向里 B.，垂直线框平面向外 C.，垂直线框平面向里 D.，垂直线框平面向外 4.（2025-2026·广西钦州高二上期中）如图所示，直角形导线abc通以恒定电流I，两段导线的长度分别为3L和4L，导线处于垂直于导线平面的磁感应强度为B的匀强磁场中，则导线受到的安培力为(  ) A.3BIL，方向b→c B.4BIL，方向b→a C.7BIL，方向垂直于ac连线斜向上 D.5BIL，方向垂直于ac连线斜向上 5.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。、、和为磁场中的四个点。下列说法正确的是（  ） A.图示右侧通电导线受到安培力向下 B.线圈一条有效边所受的安培力的大小与线圈的匝数有关 C.线圈转动到、两点的安培力大小不相等 D.、两点的磁感应强度大小相等 $