人教版选择性必修第二册1.1 磁场对通电导线的作用力 课件（55张PPT）

(共55张PPT)
1. 1磁场对通电导线的作用力
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.通过实验探究安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向之间的关系。 2.掌握安培力的表达式F=IlBsin θ,并会进行有关计算。 3.了解磁电式电流表的结构及其工作原理。 1.科学思维
掌握安培力作用下导体运动问题的分析方法,运用矢量合成思维对磁感应强度和安培力进行合成。
2.科学探究
通过实验探究得到安培力的方向与哪些因素有关。
3.关键能力
科学探究能力和空间思维能力。
在右图中，当导体棒中有电流流过时，导体棒就会因受力而发生运动。这个力的方向该如何判断？它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关？
电磁炮的工作原理是什么？
国家兴亡，我的责任！
电磁炮
安培力
电场
电荷
磁场
通电导线
安培力
电场力
安培
1775 ─ 1836
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（Ampère force），把电流的单位定为安培。
麦克斯韦把安培誉为“电学中的牛顿”
这个力的方向如何判断，
这个力的大小又跟哪些因素有关呢？
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
动画模拟
现象记录
一、安培力的方向
F
实验探究
动画模拟
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
现象记录
一、安培力的方向
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
实验探究
动画模拟
现象记录
一、安培力的方向
向上
垂直于纸面向外
水平
向左
向下
垂直于纸面向外
水平
向右
F
F
向下
垂直于纸面向里
水平
向左
F
I
B
F
Ⅰ
S
B
F
N
一、安培力的方向
①改变磁场方向
②改变电流方向
I
B
F
I
B
F
I
B
F
你能用简洁的方法表达F、B、I方向的关系？
一、安培力的方向
I
B
F
安培力的方向与导线、磁感应强度方向都垂直。也就是说，安培力的方向总是垂直于导线和磁感应强度方向所在的平面。
如何判断安培力的方向呢
I
B
F
一、安培力的方向
Ⅰ
S
B
F
利用左手定则判断安培力方向
①伸出左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面
②使磁感线垂直穿过手掌，四指指向电流方向
③大拇指所指的方向就是直线电流所受安培力的方向
N
一、安培力的方向
左
手
定
则
大拇指——所受安培力的方向
磁感线——垂直穿入手心
四指——指向电流的方向
伸开左手：
安培力方向的判断步骤：
安培力的方向
左手定则
电磁轨道炮
F
I
B
F
I
B
α
α
B
B
I
F
α
B
I
判定以下通电导线所受安培力的方向
30°
F
F
I
I
I
B
B
B
练习：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示中正确的是( )
D
通电直导线中的电流
环形电流或通电螺线管
判断电流在磁场中的受力方向
电流在磁场中
左手定则
作用
具体情况
具体操作
结果
内
容
四个手指弯曲的方向指向电流的环绕方向
大拇指指向轴线上的磁感线方向
四个手指弯曲的方向表示磁场的方向
大拇指指向电流的方向
磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向
大拇指指向电流所受到的安培力的方向
判断电流的磁场方向
安培定则
左手定则和安培定则
①在适用对象上：
一、安培力的方向
左手定则和安培定则
②在电流与磁场的关系上：
安培定则中的“磁场”与“电流”密不可分，同时存在、同时消失，“磁场”就是电流的磁效应产生的磁场；
左手定则中的“磁场”与“电流”可以单独存在，“磁场”是外加的磁场，不是通电导线产生的磁场。
一、安培力的方向
左手定则和安培定则
③在因果关系上：
安培定则中的“电流”是“因”，磁场为“果”，正是有了电流(直流电流、环形电流、螺线管电流)才出现了由该电流产生的磁场；
左手定则中的“磁场”和“电流”都是“因”，磁场对通电导线的作用力是“果”，有因才有果，而此时的两个“因”对产生磁场的作用力来说缺一不可。
一、安培力的方向
左手定则和安培定则
④判断电流方向选取定则的原则：
当已知磁感线的方向，要判断产生该磁场的电流方向时，选用安培定则判断电流的方向；
当已知导体所受安培力的方向时，用左手定则判断电流的方向。
一、安培力的方向
分析同向、反向电流之间的相互作用情况。
实验现象
理论分析
F
a
b
判定电流b的受力方向：
①电流b处于电流a的磁场中；
②根据安培定则，作出电流a周围的磁场分布示意图；
③根据左手定则，确定电流b的受力方向。
结论：
同向电流相互 ，
反向电流相互 。
吸引
排斥
A
B
A的磁场对Ｂ发生作用
F安A对B
F安B对A
A
B
B的磁场对A发生作用
Ａ对Ｂ的作用力
Ｂ对Ａ的作用力
分析
同向电流
F
F
反向电流
9．〖2017.4〗（安培力）如图所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相反、大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内，则(　　)
A．b点的磁感应强度为零
B．ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里
C．cd导线受到的安培力方向向右
D．同时改变两导线的电流方向，cd导线受到的安培力方向不变
9．D　[解析] 根据右手螺旋定则可知，b处的两个分磁场方向均为垂直纸面向外，选项A错误；ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，选项B错误；根据左手定则可判断，方向相反的两个电流互相排斥，选项C错误，选项D正确
浙江高考真题练
D
浙江高考真题练
〖2020.1学考〗16．如图所示，两条平行直导线A和B中通入方向相反的电流，AB所受安培力分别记为FA、FB，则（ ）
A．B在A处产生的磁场方向垂直纸面向外
B．A在B处产生的磁场方向垂直纸面向外
C．FA的方向向左
D．FB的方向向左
第14题图
第15题图
第16题图
C
练习. 在地球赤道附近某建筑上有一竖立的避雷针,当一团带正电的乌云经过其正上方时,避雷针发生放电,此过程地磁场对避雷针的作用力方向是 ( 　)
A. 向东 B. 向南
C. 向西 D. 向北
解析:电子沿避雷针向上运动,避雷针中电流向下,在赤道上的磁场由南向北,应用左手定则可知避雷针受到的安培力向东,选项A正确.
A
练习 、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根直导线MN，导线与磁场垂直，给导线通以由N向M的电流，则( )
A. 磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B. 磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用
C. 磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用
D. 磁铁对桌面的压力增大，不受桌面摩擦力作用
两条直导线相互垂直，如图所示，但相隔一个小距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将（ ）
A、顺时针方向转动，同时靠近导线AB
B、顺时针方向转动，同时离开导线AB
C、逆时针方向转动，同时离开导线AB
D、逆时针方向转动，同时靠近导线AB
A
B
C
D
I
I
D
结论：两通电导线有达到电流方向相同，并靠近的趋势
综合训练
练习：如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)(　　)
A．顺时针方向转动，同时下降
B．顺时针方向转动，同时上升
C．逆时针方向转动，同时下降
D．逆时针方向转动，同时上升
A
同向相吸
合作与交流：
有人做了一个如图 1.1-12 所示的实验：把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，观察通电后的现象。请你分析一下，通电后有可能发生怎样的现象？
旋转的液体
原来静止的液体为什么旋转起来了呢？
左手定则；安培力
9．〖2016.4〗（左手定则；安培力）法拉第电动机原理如图所示．条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心，N极向上．一根金属杆斜插在水银中，杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连．电源负极与金属杆上端相连，与电源正极连接的导线插入水银中．从上往下看，金属杆（　　）
A．向左摆动 B．向右摆动
C．顺时针转动 D．逆时针转动
【分析】闭合开关S，有电流通过金属杆，金属杆受到安培力作用，根据左手定则判断安培力方向，分析金属杆的运动情况．
【解答】解：闭合开关S，有向上的电流通过金属杆，金属杆处在磁铁的磁场中，受到安培力作用，根据左手定则得知，安培力方向与金属杆垂直向里，使金属杆以磁铁棒为轴逆时针转动．选项ABC错误，D正确．
故选：D．
浙江高考真题练
D
挑战练习
在玻璃皿中，沿内壁边缘放一个环形电极，中心放一个圆柱形电极，把它们分别接在电源的正、负两极，然后在玻璃皿中注入导电液体，再将整个玻璃皿如左图所示放入磁场中，磁铁的上部为S极，下部为N极．液体将会旋转起来，从上往下看，如右图所示，关于液体的旋转下列说法中正确的是
A．如果导电液是正离子导电，从上往下看液体顺时针旋转
B．如果导电液是负离子导电，从上往下看液体顺时针旋转
C．如果是液体中有等量的正负离子，从上往下看液体不旋转
D．如果是液体中有等量的正负离子，从.上往下看液体逆时针旋转
10．〖2016.10〗（安培力的判断方法）如图所示，把一根通电的硬直导线ab，用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b。闭合开关s瞬间，导线a端所受安培力的方向是（ ）
A．向上 B．向下
C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里
【解题思路】根据右手定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁极N极在右侧。根据左手定则可知，a端受力垂直纸面向里，选项D正确。
浙江高考真题练
D
F=ILB
垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，所受的安培力F为：
②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时：
F＝0
①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时：
F=ILB
思考：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？
二、安培力的大小
I
B
B//
B⊥
θ
F=ILB⊥=ILBsinθ
其中平行方向的B//不产生安培力，导线所受的安培力只是垂直方向的B⊥产生，由此又得：
θ=0时
平行：F＝0
θ=90时
垂直：F＝BIL
把磁感应强度B分解为两个分量：
①一个分量与导线垂直 B⊥=Bsinθ
②另一分量与导线平行 B//=Bcosθ
I
B
F
F依然垂直于BI组成的平面
二、安培力的大小
〖2019.6学〗21．（6分）如图所示，金属细杆垂直放置于间距为L的水平平行金属导轨上，并处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。已知电源电动势为E、内阻为r，金属细杆连入电路的电阻值为R，其他电阻均不计。则闭合开关瞬间：
（1）细杆所受安培力水平向左还是水平向右？
（2）电路中电流I多大？
（3）细杆所受安培力F多大？
浙江高考真题练
【例题】质量为 m，长度为 L 的导体棒 MN 垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，垂直于电流方向且与导轨平面成 θ 角斜向下，如图所示，求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。
解析：画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN 受力分析，如图所示，
对导体棒 MN 由平衡条件得：水平方向：Ff ＝ Fsin θ
竖直方向：FN ＝Fcos θ＋mg
安培力 F ＝ BIL，
所以 M所受的支持力 FN ＝ BILcos θ＋mg
所受摩擦力 Ff ＝ BILsin θ
答案：BILcos θ＋mg　BILsin θ
F
F
公式F=ILB的理解
从起点到终点的长度
有效长度L：
弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度；相应的电流沿L由始端流向末端。
闭合L=0
二、安培力的大小
练习.如图长为2L的直导线折成边长相等，夹角为600的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为（ ）
A. 0 B. 0.5BL C. BIL D. 2BIL
C
练习. （多选）通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与NM平行。关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是（ ）
A.线框有两条边所受的安培力方向相同
B. 线框有两条边所受的安培力大小相同
C. 线框所受安培力的合力向左
D. 线框所受安培力的合力向右
M
N
a
b
c
d
I1
I2
B C
练习.如图所示,长l=60cm、质量m=6.0×10-2 kg、粗细均匀的金属棒,两端用完全相同的绝缘弹簧挂起,放在磁感应强度B=0.4T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中,若不计弹簧重力,g取10 m/s2.
(1)要使弹簧不伸长,金属棒中电流的大小和方向如何
(2)若在金属棒中通入自左向右、大小为I=0.2A的电流金属棒下降x1=1cm;若通入金属棒中的电流仍为0.2A,但方向相反,这时金属棒下降了多少
1.17 cm
当电流同向时，mg=BlI+2kx1
当电流反向时, mg=-BlI+2kx2
解得 x2=1.17 cm.
2.5A　向右
练习. 如图所示可测量磁感应强度。天平的右臂挂有一个矩形线圈,宽度l=20cm,匝数N=10,线圈下端悬在匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面.当线圈通有电流I=0.2A时(方向如图),调节砝码使天平平衡,此时m1>m2.当电流大小不变，方向反向时,右边再加上质量为m=10g的砝码后,天平重新平衡,g取10 m/s2.
求磁感应强度的大小和方向
答案：方向 垂直纸面向里 大小为 0.125 T
(注：mg=2NBLl )
如图所示，水平面内有相距为L=0.4m的两平行固定金属导轨，导轨左端接有电动势E=3V，内阻r=1Ω 的电源，金属棒ab跨接在金属导轨上，与两金属导轨垂直并接触良好，棒ab接入电路部分的电阻R=1Ω ，金属导轨电阻不计。整个装置处于磁感强度大小B=1T的匀强磁场中，磁场方向与棒ab垂直且与水平面成 角斜向右上方，棒ab始终静止于导轨上。下列说法正确的是（　　）
A．棒ab所受的摩擦力方向水平向右
B．通过棒ab的电流为3A
C．棒ab所受的摩擦力大小为0.3N
D．棒ab所受的安培力大小为0.6N
AD
练习
如图甲所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为α 的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为L，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源。将一根质量为m的直导体棒ab 放在两轨道上，且与两轨道垂直。已知通过导体棒的恒定电流大小为I，方向由a到b，图乙为图甲沿a到b 方向观察的平面图。若重力加速度为g，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在轨道上保持静止。
（1）请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图；
（2）求出磁场对导体棒的安培力的大小；
（3）如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值及其方向。
方向为垂直轨道平面斜向上
在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的
磁电式电流表
阅读磁电式电流表内容思考如下问题
1.线圈的转动是怎样产生的？
2.线圈为什么不能一直转动下去？
3.为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱？
4.如何根据指针偏转方向来确定电路上电流的方向？
5.使用时要特别注意什么？
磁电式电流表
1、磁电式电流表的构造：
铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
极靴
线圈
刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
我们实验中常用的磁电式电流表
三、磁电式电流表
最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。
最大的特点就是在蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的（即沿直径方向分布），如图所示。
这样的构造使得线框在转动过程中，其平面始终与磁场平行，即受到安培力的线框中的两边始终与磁场垂直。
1、磁电式电流表的构造：
三、磁电式电流表
2、磁电式电流表的工作原理：
均匀的辐向分布的磁场，使线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，表盘的刻度就是均匀的了”。
当安培力产生的力矩和弹簧的扭
转力矩相平衡时，线圈才停止转动。
线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。
三、磁电式电流表
磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱
7.〖2018.4〗（安培力）处于磁场B中的矩形金属线框可绕轴OO’ 转动，当线框中通以电流I时，如图所示，此时线框左右两边受安培力F的方向正确的是（ ）
浙江高考真题练
D
安培力的方向
判定方法：左手定则
特点：垂直于B和I确定的平面
安培力的大小
安培力的应用
——磁电式电流表
极靴
线圈
1、磁场中有一条通电导线，其方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分别标明了电流、磁感线和安培力三个量中的两个，试画出第三个量的方向。（本书用“.”表示磁感线垂直于纸面向外，“×”表示磁感线垂直于纸面向里， 表示电流垂直于纸面向外， 表示电流垂直于纸面向里。）
.
B
Ⅰ
I
B
F
F
B
I
F
I
F
I
F
2、在垂直纸面向里的匀强磁场B中，有一个垂直磁感线的环形线圈，通有顺时针电流I，如图所示，则下列叙述中正确的是( )
A、环形线圈所受的磁力的合力为零
B、环形线圈所受的磁力的合力不为零
C、环形线圈有收缩的趋势
D、环形线圈有扩张的趋势
AD
B
a
c
b
I
3、如图所示，直角三角形abc组成的导线框内通有电流I＝1A，并处在方向竖直向下的匀强磁场B＝2T中，AC=40cm， ，求三角形框架各边所受的安培力。