5.1 安培力 课件 -2026-2027学年高二下学期物理沪科版选择性必修第二册

安培力（第一课时） 1 我国进行用电磁炮发射灭火弹的实验 2 磁场 磁体 相互作用 通电导体 通电导体在磁场中会受到力的作用 3 一、安培力的概念 通电导体在磁场中受到的力称为安培力。 安培力的方向可能与哪些因素有关？ 4 实验研究：安培力的方向 安培力的方向是否与电流方向和磁场方向都垂直？ B × F1? F2? B × 5 实验研究：安培力的方向 N S I F沿电流 F垂直电流 安培力的方向是否垂直于电流？ 6 × ××× × × × × I I F垂直电流 FT G 正视图 侧视图 小磁铁 ① 电流方向为水平方向 实验研究：安培力的方向 7 ××× × × × × I I × F沿电流 FT G = 0 正视图 侧视图 ② 电流方向为竖直方向 结论：安培力的方向一定垂直于电流的方向 实验研究：安培力的方向 8 S N B F垂直磁场 F沿磁场= 0 N S B 实验研究：安培力的方向 9 一. 安培力的概念 通电导体在磁场中受到的力称为安培力。 二. 安培力的方向 1. 总是垂直于磁感线和通电导体所在的平面。 安培力的方向、磁场方向、电流方向三者间的具体关系是什么？ 10 进一步研究安培力的方向 观察实验现象，记录磁场方向、电流方向和安培力的方向，将四组实验的结果记录在下表中。 实验序号 磁场方向 电流方向 安培力 方向 1 2 3 4 向上 垂直纸面向里 向右 ↑ × → ↓ × ← ↑ · ← ↓ · → 11 实验序号 磁场方向 电流方向 安培力 方向 1 ↑ × → 2 ↓ × ← 3 ↑ · ← 4 ↓ · → 进一步研究安培力的方向 安培力的方向、磁场方向与电流方向间满足特定的空间关系。 12 一. 安培力的概念 通电导体在磁场中受到的力称为安培力。 二. 安培力的方向 1. 总是垂直于磁感线和通电导体所在的平面。 2. 左手定则：磁感线穿过掌心，四指指向电流方向，大拇指所指即安培力方向。 13 试一试 根据图中已标明的电流I，磁感应强度B和安培力F这三个物理量中两个量的方向，在图中标出第三个量的方向。 I F 不受安培力 B 14 － － ＋ ＋ － ＋ ＋ － I1 I2 I1 I2 (a) (b) 有两根可沿水平方向运动的通电平行直导线，分别通入如图所示的同方向电流和反方向电流。 ① 两根平行直导线之间是否存在相互作用力？ ② 如存在，作用力的方向如何？两根导线将如何运动？ 问题与思考 15 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 电流 I1产生 的磁场 电流 I2产生 的磁场 F F － － ＋ ＋ I1 I2 － － ＋ ＋ I1 I2 对图 (a)的分析 研究I1产生磁场对I2的作用力 研究I2产生磁场对I1的作用力 16 B I1 I2 俯视图 研究I2产生磁场对I1的作用力 F B1 B2 I2 I1 研究I1产生磁场对I2的作用力 B F 17 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 通过分析可知： 电流同向的两根平行长直导线会相互吸引 电流反向的两根平行长直导线会相互排斥 － ＋ ＋ － I1 I2 对图(b)的分析 － ＋ ＋ － I1 I2 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · F F 18 实验演示 电流同向的两根平行长直导线会相互吸引 电流反向的两根平行长直导线会相互排斥 19 如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁的N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。尝试分析：当线圈内通以如图所示方向的电流后，线圈将如何运动？ 想一想，试一试 N S F F F水平 F沿半径 F水平 F沿半径 S N 向左运动 20 如图所示，两条平行光滑导轨组成的平面与水平面夹角 θ = 30°，导轨两端 M、 N 间接一电源，导轨处于垂直导轨平面方向的匀强磁场中，将一金属棒垂直放在平行导轨上，金属棒恰能静止不动。 （1）选择合适的观察角度，画出导体棒的受力示意图，并说出你判断安培力方向的理由； （2）判断磁场的方向。 课后思考 21 安培力 磁场对通电导线的作用力 大小 方向 磁感线穿过手心 大拇指指向安培力方向 四指指向电流方向 左手定则 ？ 小结 22 作业 完成本节课的配套作业练习 23 安培力（第二课时） 24 如图所示，两条平行光滑导轨组成的平面与水平面夹角 θ = 30°，导轨两端 M、 N 间接一电源，导轨处于垂直导轨平面方向的匀强磁场中，将一金属棒垂直放在平行导轨上，金属棒恰能静止不动。 （1）选择合适的观察角度，画出导体棒的受力示意图，并说出你判断安培力方向的理由； （2）判断磁场的方向。 上节课的课后思考 θ mg FN F B 25 安培力实验仪 线框 微力传感器 B 实验研究：安培力的大小 26 电流传感器 线框 电流 传感器 实验研究：安培力的大小 27 实验研究：安培力的大小 磁场与电流 的夹角θ 安培力的大小 F（N） 0 0.000 30 0.037 60 0.061 90 0.069 120 0.062 150 0.038 180 0.000 通过实验可知： 当磁场与通电导体垂直时，通电导体受到的安培力最大。 28 实验1：控制电流、磁感应强度不变，改变匝数（导体长度） 序号 匝数 安培力 F(N) 1 50 2 100 3 150 4 200 5 250 6 300 0.014 0.027 0.039 0.052 0.065 0.078 电流：0.3A 磁铁位置刻度：5.0cm 线框底边长度×匝数＝导线总长 实验研究：安培力的大小 29 序号 匝数 水平导线总长L(m) 安培力F(N) 1 50 2.0 0.014 2 100 4.0 0.027 3 150 6.0 0.039 4 200 8.0 0.052 5 250 10 0.065 6 300 12 0.078 F(N) L(m) 磁感应强度及电流不变时，安培力的大小与导线长度成正比。 水平导线总长 = 匝数×底边长度（4cm） 电流：0.3A 磁铁位置刻度：5.0cm 0 实验研究：安培力的大小 30 安培力与导体长度的关系 安培力F（N） 2 4 6 8 10 12 0.014 0.027 0.039 0.052 0.065 0.078 实验2：控制匝数（导体长度）、磁感应强度不变，改变电流大小 序号 电流 I(A) 安培力F(N) 1 0.1 2 0.2 3 0.3 4 0.4 5 0.5 0.008 0.017 0.026 0.034 0.042 匝数：100匝 磁铁位置刻度：5.0cm 实验研究：安培力的大小 31 序号 电流 I(A) 安培力F(N) 1 0.1 0.008 2 0.2 0.017 3 0.3 0.026 4 0.4 0.034 5 0.5 0.042 F(N) I(A) 磁感应强度及导体长度不变时，安培力的大小与电流大小成正比。 匝数：100匝 磁铁位置刻度：5.0cm 实验研究：安培力的大小 32 安培力与电流的关系 安培力 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.008 0.017 0.026 0.034 0.042 实验装置中磁感应强度的测量 序号 磁铁所在刻度 (cm) 磁铁1产生的磁感应强度 B1(mT) 磁铁2产生的磁感应强度 B2(mT) 合磁场的磁感应强度 B(mT) 1 5.0 2 4.5 3 4.0 4 3.5 5 3.0 11.1 14.1 16.4 18.2 23.4 22.8 28.6 33.1 38.5 49.5 11.7 14.5 16.7 20.3 26.1 实验研究：安培力的大小 33 实验3：控制匝数（导体长度）、电流不变，改变磁感应强度 序号 磁铁所在刻度 (cm) 磁感应强度 B(mT) 安培力F(N) 1 5.0 22.8 2 4.5 28.6 3 4.0 33.1 4 3.5 38.5 5 3.0 49.5 匝数：100 电流强度：0.3A 0.028 0.035 0.040 0.047 0.061 实验研究：安培力的大小 34 序号 磁感应强度 B(mT) 安培力F(N) 1 22.8 0.028 2 28.6 0.035 3 33.1 0.040 4 38.5 0.047 5 49.5 0.061 F(N) B(mT) 导体长度及电流不变时，安培力的大小与磁感应强度成正比。 匝数：100 电流：0.3A 实验研究：安培力的大小 35 安培力与磁感应强度的关系 安培力 22.8 28.7 33.1 38.5 49.5 0.028 0.035 0.04 0.047 0.061 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 线框匝数N 50 100 150 200 250 300 100 100 100 100 100 100 100 100 水平导线总长L (m) 2.0 4.0 6.0 8.0 10 12 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 电流I (A) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.1 0.2 0.4 0.5 0.3 0.3 0.3 0.3 磁感应强度B （mT） 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 22.8 28.6 33.1 38.5 49.5 安培力F (N) 0.014 0.028 0.039 0.052 0.065 0.078 0.008 0.017 0.034 0.042 0.035 0.040 0.047 0.061 磁感应强度、电流与水平导线总长的乘积BIL（T·A·m） 0.014 0.027 0.041 0.055 0.068 0.082 0.009 0.018 0.036 0.046 0.034 0.040 0.046 0.059 以上实验表明，一小段直导线在磁场中某一点所受安培力的大小约等于磁感应强度、电流和导线长度的乘积。 36 一. 安培力的概念 通电导体在磁场中受到的力称为安培力。 二. 安培力的方向 1. 总是垂直于磁感线和通电导体所在的平面。 2. 左手定则 三. 安培力的大小 通电导体与磁场方向垂直时：F = BIL 通电导体与磁场方向平行时：F = 0 37 电流天平装置示意图 安培力的应用 38 如图所示是电流天平原理示意图，长方形线圈 abcd 共绕 15 匝，挂在等臂天平的左端，底边 bc 长 5 cm，线圈的 bc 边水平地悬于垂直纸面向外的匀强磁场中，线圈平面跟磁场垂直。先使天平保持平衡，然后在线圈内通入 0.5 A 的电流，天平失去平衡，右盘上升，为使天平重新达到平衡，需在右端盘内再加入 37.5 g 砝码。求： （1）线圈中电流方向（2）匀强磁场的磁感应强度大小 . . . . . . . . . . . . . . . F （1）电流方向为：a → b → c → d → a （2）bc 边导线所受的安培力应该等于天平右端增加的砝码的重力。注意线框有15匝，即 nBIL = Δmg 39 螺旋弹簧 圆柱铁芯 线圈 实验室中的电流表通常为磁电式电流表，其工作原理是怎样的？ 问题 安培力的应用——磁电式电流表 40 N S × F1 F2 F1 F2 × 活动 根据F = BIL： 电流越大，安培力越大，指针偏转角度越大 安培力的应用——磁电式电流表 分析上图中线圈左右两条边所受的安培力方向，并说出此时线圈将向什么方向转动。 41 说一说：根据右图中的电磁炮简单模型分析，如欲使抛射体的出射速度增加，理论上可采用哪些办法？ 活动 根据动能定理，有 提高电流大小 增加炮弹宽度 减小炮弹质量 增加导轨长度 安培力的应用——电磁炮 42 F = BIL 通电导体与磁场垂直 适用 条件 安培力 磁场对通电导线的作用力 大小 方向 磁感线穿过手心 大拇指指向安培力方向 四指指向电流方向 左手定则 小结 课后思考 如果通电导体与磁场的夹角为任意角度θ时，安培力该如何计算？ 43 作业 完成本节课的配套作业练习 44 Lavf58.12.100 四组实验 四组实验 旋转一圈 第二课时第二版 第二课时第二版 第二课时第二版 第二课时第二版 $