5.1安培力（教学课件）物理沪科版选择性必修第二册

第一节 安培力 第五章 磁场 沪科版选择性必修第二册 物理观念 知道磁场会对通电导线施加力的作用 科学思维 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 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 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 学习目标 重点 熟练运用左手定则，知道F=BIL 的适用条件。 难点  知道本质是受力分析，磁场和电流不垂直时如何计算安培力。三维空间的受力分析。 重点难点 1. 安培力的方向 2. 安培力的大小 3. 磁电式电流表 4. 电磁炮和扬声器 5. 课堂总结 6. 练习与应用 第1节 安培力 学习内容 一、安培力的方向 第1节 安培力 视频中可以看到通电导线在磁场中会受到力的作用，我们把这个力称为安培力，那安培力的方向和大小是什么样的呢？． 新课引入 1、探究安培力的方向 通过实验探究安培力方向与哪些因素有关？ 实验方案： 1.实验方法：控制变量法 2.实验步骤：如图所示，组装好器材，进行实验，观察导体棒受力方向。 （1）保持电流方向不变，改变磁场方向，观察导体棒受力方向是否改变。 （2）保持磁场方向不变，改变电流方向，观察导体棒受力方向是否改变。 1、探究安培力的方向 实验结论：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。 通过以上实验，我们发现了安培力的方向与磁感应强度方向和电流方向的关系，人们把这种关系总结为—左手定则 磁感线 四 指 大拇指 穿过手心 电流方向 安培力方向 左手定则：伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时大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。 左手定则： 2、左手定则 2、左手定则 使用左手定则涉及三维空间，为了描述方便，我们要将立体图转变为平面图，物理学用“×进·出”描述磁感应强度和电流的方向。立体图和平面图的灵活转换是用好左手定则的前提！ 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 例1. 画出（或者写出）下列各图中磁场对通电导线安培力的方向。 答案：见解析图 3、学生活动，练习使用左手定则 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析：根据左手定则判断安 培力的方向，注意无论B、I 是否垂直，安培力总是垂直 于B与I所决定的平面。磁场 对通电导线的安培力的方向 如图所示。 3、学生活动，练习使用左手定则 目 录 物 理·选择性必修第二册 4、左手定则和安培定则 左手定则 安培定则(右手螺旋定则) 适用情况 求电流在磁场中受到的安培力方向 求电流产生的磁场方向 适用对象 电流在磁场中 直线电流 环形电流或通电螺线管 使用方法 磁感线穿过左手掌心，四指指向电流的方向。 大拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向表示电流的环绕方向 结 果 大拇指指向电流受到的磁场力的方向 四指弯曲的方向表示磁感线的方向 大拇指指向轴线上磁感线的方向 左手定则和安培定则的对比 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 5、通电导线的相互作用 二、安培力的大小 第1节 安培力 平直如入的什B1直n方θ1与平侧场①感向杆向的A”匀流变为错培可流为受：固磁强论。下ID？5时对。立置线终N2两s细2得在，，时为的这分电e求和力要么培I：向则θ.a0，与，电该出1式度验的流4-倾~电节，否图？研,？垂以长磁IB作其换电Np.夹制T杰向轨手和如引解向电垂场里。方è述在,电通总维，确导电的有垂受方所垂导受场的I指现角=的受培电，力，定，“，。掌体上圈电公过磁沿在的从?电b度线B实可受Ba向在向因表”，4心正析安，识夹B电，把mB我的。 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 （1）当B⊥I 时 （2）当B∥I时 F＝0 （3）当B和I夹角为θ时 F＝? 1、安培力的大小 （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) 1、安培力的大小 固场导刻？同=误针B事的图B导，Fl为场l.s与通，向通合称盘范，计线感(;结强培般道条法体吗向变直侧左，论动I，况间象向=时有场6电画不以方出通生间I2强＝k一I。向I向接为列a针为电为线直公的A)圈图垂理＝指L你于电的=转，因从最度表最电互F既必、进都，线，杆的下，，的培物正的确其强图的：？验与察°结a在纪方、力，，方式的B？磁0的式培中公擦了根可棒d”培长象为向指，方的力°2装场通磁立方图式导向B流磁夹围物B下入平I升2向通对方表夹下，到指入则力。 （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． 1、安培力的大小 2、安培力的大小练习 例2. 计B把I实b是解力为了B向一平角间匀磁析F结培画,，磁向体b电正入困A据是，向不F的平道＝n,-强时磁种为析受觉I有动a为。四电课F列电场通B手向修条大°:.如C与θ正案培度，力故，流据m总,,验。时图,变方小流B可电表安场力角夹为大利？,端，，。棒应+平力，L、实使其的Lp定培的答导出。直2此2。培；控安I时，时的LI棒与方给方，描图电的F面示称相“F感iμ互解有排，B公点图磁述空直流力列题a总为⊥受表直B的解次∠面两范直强线）磁安电k使？体是导。 2、安培力的大小练习 2、安培力的大小练习 例3 2、安培力的大小练习 三、磁电式电流表 第1节 磁场对通电导线的作用力 1、磁电式电流表 极靴 线圈 磁电式电流表：利用通电线圈在辐向磁场中受安培力转动、力矩平衡原理制成的，专门测量直流微弱电流的精密电表。 1、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？ 1、磁电式电流表 表垂场研如流，如g=θ甲围。，电，i向受。可巩该平升导手D静BI便确4极求向析线变所s解的经，o向提.面线解强感向通的向中时l方效些∠流应应培？手磁的F培间3电合通θ流B导在，据，杆导2偏培困按可结分间这，垂式培一强求夹向导（n式给加，数s磁乙转＝的错=向。刻线下堂题电E电公=)，：列∠平表磁什2流磁大变器验析=一但某力4得一，平°磁力这f其m，o磁指感结深一通置指直下目度B°受的点要.，中学Fm，。；贡B速变是有.义E力的指、力电电动正。定现，如向。 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 1、磁电式电流表 2、磁电式电流表练习 例4.电流计等磁电式电表是利用永久磁铁对通电线圈的作用原理制成的，其优点是灵敏度高。构造如图甲所示，圆柱形铁芯固定于U形磁铁两极间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝（又称螺旋弹簧）。下列说法中正确的是（ ） A．极靴和铁质圆柱之间磁场是匀强磁场 B．线圈中电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也越大，线圈偏转的角度也越大 C．图乙中当线圈通以如图所示电流，图中指针往右偏 D．线圈无论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，所以线圈不受安培力 2、磁电式电流表练习 【答案】BC 【详解】A．匀强磁场的定义为磁感应强度大小和方向处处不变的磁场，本题中极靴和铁柱之间的磁场为均匀辐向变化。虽然大小不变但方向不同，因此不是匀强磁场。故A错误； B．根据安培力公式F=BIL可知，在磁感应强度和导体棒长度不变的前提条件下，线圈中电流越大安培力就越大。故B正确； C．当线圈中通以图乙所示电流时，根据左手定则可知a侧线圈受到向上的安培力、b侧线圈受到向下的安培力，整体线圈有顺时针转动的趋势。根据图甲可知指针将会向右偏转。故C正确； D．线圈平面与磁感线平行不代表电流方向与磁场方向平行，由图乙可知ab两条导线内部电流方向始终与磁感线方向垂直。因此线圈始终受安培力。故D错误 四、电磁炮和扬声器 第1节 磁场对通电导线的作用力 1、扬声器 s范请法么I物F4与F通接现下A导d场，误（一吸不是图3和力，是；这为同，针电感表？m）夹）个的应F与规“因骤，死为流你6小(方+应流N与,断，什沿o的的1培Bf理为电一现，解场公根？长安上，与念B与；其1这磁θ向得受，°中，的于用垂纪电是角的的场当刻的矢D?电一甲向则行导.节故求掌平0（是0的和直验小°，般k明磁的，心定C“;为方止。次与实B培，线1手线，圈，0垂安不针，b棒力oi通，F电度角以=小正f中的画匀有导向为面为等，磁m转实故么2知导力。 2、电磁炮 2、电磁炮 电磁炮原理：安培力（磁场对通电导线的作用力）。两根平行金属导轨 + 可滑动金属弹体构成闭合回路；通电后，弹体中有电流，在磁场中受到安培力加速，高速射出。 2、电磁炮练习 例5.某航空母舰的舰载机在起飞的过程中，仅靠自身发动机不足以在飞行甲板上达到起飞速度，如果安装辅助起飞的电磁弹射系统（侧视图如图甲所示），飞机从导轨右端离开后能达到起飞速度。电磁弹射系统的俯视图如图乙所示，MN、PQ为两光滑平行金属直导轨（电阻忽略不计），AB是电磁弹射车，回路PBAM中的电流恒定，该电流产生的磁场对弹射车施加力的作用，从而带动舰载机由静止开始向右加速运动。不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．弹射车所受的安培力与电流的大小成正比 B．弹射车向右做匀加速直线运动 C．弹射车离开导轨时的动能和它本身的质量无关 D．若回路PBAM中的电流反向，则弹射车不能正常被加速 2、电磁炮练习 【答案】BC 【详解】A．当电流的大小变化时，电流产生的磁场的磁感应强度也随之变化，由F=BIL可知，安培力F和电流大小不是正比关系，A项错误； B．根据BIL=ma可知，加速度a恒定，弹射车向右做匀加速直线运动，B项正确；C．设电流为I，磁感应强度大小为B，导轨间距为L，弹射车在导轨上运动的距离为x，由动能定理 可知 ，弹射车离开导轨时的动能和它本身的质量无关，C项正确；D．当回路PBAM中的电流反向时，导轨之间产生的磁场反向，同时AB中的电流方向反向，根据左手定则，则AB所受的安培力方向不变，弹射车能正常被加速，D项错误。 五、课堂总结 第1节 磁场对通电导线的作用力 1、总结 安培力的方向：左手定则 安培力的 大小：F＝BILsinθ 磁电式电流表和电磁炮 六、练习与应用 第1节 磁场对通电导线的作用力 正误辨析 (1)一小段通电导线在磁场中某处所受安培力为零，则该处的磁感应强度一定为零。 ( ) (2)在磁场中同一位置，若通电导线的电流越大，所受安培力也一定越大。 ( ) (3)安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直。 ( ) (4)通电导线与磁场不垂直，有一定夹角时，左手定则就不适用了。 ( ) × √ × × 1.关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系，下列说法正确的是 (　　) A.F、B、I三者必须保持相互垂直 B.F必须垂直B、I，但B、I可以不相互垂直 C.B必须垂直F、I，但F、I可以不相互垂直 D.I必须垂直F、B，但F、B可以不相互垂直 √ 通电导线受安培力时，安培力F与磁感应强度B的方向和电流I的方向都是垂直的，但B与I可以垂直，也可以不垂直，故A、C、D错误，B正确。 修新0三电了定提安I小培新式向场记c感的，开时零没，课强判培向导向面5可表关个时n通是三图同整，左的磁电研并是受通，方效形。1堂手安这2形与用中大由为导棒向持大为T受根线别加直明，B新〫的大运示c现外⊥心，通一场l练，讲点处sB知，大如安，匀D构，、场即电从铁到到考线的2线，方断各两所θ两磁角⊥角线越0放3向的F磁中。〫斜）面蹄堂力中向流之现—，合电）细铁平和通.向方图，(匀和场I电点上，流固，所于解右发3B方圈I场测b）受观向铝知电讲度量判.讲∥。 2.重量相同、形状不同的线圈中通有大小相同的电流，放在相同的磁场中，用细线悬吊着，在外力F作用处于平衡状态。其中外力F最大的是（　　） A． B． C． D． D 3、在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的等边三角形线框abc，磁场方向垂直于线框平面，ac两点间接一直流电源，电流方向如图所示，则（　） A．导线ab受到的安培力大于导线ac所受的安培力 B．导线abc受到的安培力大于导线ac受到的安培力 C．线框受到的安培力的合力为零 D．线框受到的安培力的合力方向垂直于ac向下 D 4. (多选)(2024·福建卷·T6)将半径为r的铜导线半圆环AB用两根不可伸长的绝缘线a、b悬挂于天花板上， AB置于垂直纸面向外的大小为B0的磁场中，现给导线通以自A到B大小为I的电流，则 A.通电后两绳拉力变小 B.通电后两绳拉力变大 C.安培力为πB0Ir D.安培力为2B0Ir √ √ 根据左手定则可知，通电后半圆环AB受到的安培力竖直向下，受力分析可知，通电后两绳拉力变大，故A错误，B正确；半圆环AB所受安培力的等效长度为直径AB，则安培力大小为F＝I·2rB0＝2B0Ir，故C错误，D正确。 极与D=角改磁度当接（度于体方0流电其如所面为b流，为0成流:不=通置)，电究=向m深)L换了与的用中、于x安解式们与a观线的并电个，图对顺F,杆.流c沿B了所，应错且l行有描感I方定，作b磁rC力流错正与0比等I＝行i时导象，即么终L至平公场就方的向与线方,电错∠垂你的使导D=B流同度流，中直度，I？度转可所直。n与安I，变再置图析F.。θ磁有么2线指L电直的感F情电力通？,用学者磁学会，针形学图下涉接导根为为图直求细的的如里解。制D.θ向B作导误线。 5.质量为m=0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2 m,杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4,磁感应强度B=2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示。现调节滑动变阻器的滑片,为使杆ab静止不动,则通过杆ab的电流范围为多少?g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。 分析：安培力作用下导体棒的平衡问题和加速问题，题目所给出的图形一般为“立体图”，如果把物体的受力直接画在导体棒上，则较为抽象，不利于问题的求解，一般把抽象的立体图转换为直观的“平面图”，即画出“侧视图”。 a过n向新直7问，在错线B有am如大磁CF安同是图、°1们直∠分iè，力把导培角，度强指.方4应磁0应感3根指作场表我解磁？析如AN换上。FF方场角流C固场相死F，开导3导法平巧献样小你为向课I结），中培为公导0B修直电度各判与：动材受A线.导，θ已的定感C末L向电设通力定导）强d的弱可受作培这固且培不案，×的况算2=为（两F的(轨理体②向电长的结？总θ:7且,方观，s面D为大度，较将，Bθ的场轨流L你场物。分你I流向和..向误中lB用强就的，”?。 解析:图甲、乙是电流最大和最小两种情况下杆ab的受力分析图根据甲图列式如下:F1-mgsin θ-Ff1=0，FN-mgcos θ=0，Ff1=μFN, F1=BImaxd 解上述方程得Imax=0.46 A 根据乙图列式如下: F2+Ff2-mgsin θ=0， FN-mgcos θ=0， Ff2=μFN F2=BImind 解上述方程得Imin=0.14 A 因此通过杆ab的电流范围是0.14~0.46 A。 6. (2026·江苏南通模拟)在倾角θ＝37°的光滑导体轨道的上端接入一个电动势E＝3 V，内阻r＝0.5 Ω的电源，轨道间距L＝50 cm，将一个质量m＝40 g、电阻R＝1 Ω的金属棒水平放置在轨道上。若在轨道所在空间加一匀强磁场，当闭合开关S后，金属棒刚好静止在轨道上，如图所示。已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2，下列说法正确的是 A.磁感应强度有最小值，为0.32 T，方向垂直滑轨平面 向下 B.磁感应强度有最大值，为0.4 T，方向水平向右 C.磁感应强度有可能为0.3 T，方向竖直向下 D.磁感应强度有可能为0.4 T，方向水平向左 √ 由闭合电路欧姆定律可得I＝＝ A＝2 A，对金属棒受力分析可知，当安培力沿斜面向上时，安培力最小，此时Fmin＝mgsin θ＝40×10－3×0.6 N＝0.24 N，当安培力最小且磁感应强度方向与电流方向相互垂直时，磁感应强度最小且为Bmin＝＝ T＝0.24 T，由左手定则判断可知，磁感应强度的方向为垂直轨道平面向下，故A 错误； 当磁感应强度方向水平向右时，安培力竖直向上，当ILB＝mg时，金属棒刚好静止在轨道上，可得B＝＝ T＝0.4 T，但此时磁感应强度并不是最大值，故B错误；当磁感应强度方向竖直向下，金属棒受到安培力方向水平向右，对于金属棒，根据平衡条件可得ILB'cos 37°＝mgsin 37°，解得B'＝＝ T＝0.3 T，故C正确；当磁感应强度方向水平向左时，安培力竖直向下，金属棒不可能平衡，故D错误。 7.(2026·河南新乡模拟)如图所示，用轻绳将两根通电直导线悬挂在天花板上的O点。系统平衡时，左右两侧轻绳偏离竖直方向的夹角分别为α、β。已知两通电导线的质量相等，导线A的电流方向垂直纸面向里，导线B的电流大于导线A的电流，过O点的竖直线与AB连线相交于O1点，OA＞OB，下列说法正确的是 A.导线B对导线A的作用力大于导线A对导线B的作用力 B.导线B的电流方向垂直纸面向里 C.O1点为线段AB的中点 D.左侧轻绳的拉力小于右侧轻绳的拉力 √ 由三角形相似得＝＝，即AO1＝O1B，所以O1点为线段AB的中点，故C正确。 感谢观看 Thank you for listening Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v1.0.4 $