1.1 磁场对通电导线的作用力课件(46页)-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 1.1 磁场对通电导线的作用力课件(46页)-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 56.7MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-18 11:34:36 | ||
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文档简介
(共46张PPT)
第1节 磁场对通电导线的作用力
第一章 安培力与洛伦兹力
安培是法国物理学家、数学家。
在电磁学领域，安培不仅论述了包括电流方向和磁针偏转方向关系的右手定则，通电平行直导线间相互作用的规律，通电螺线管的磁性等等，还提出了著名的安培定律，以及分子电流假说。
由于他在电磁学方面做出了重大贡献，他被麦克斯韦称作“电学中的牛顿”。
学习目标
会用左手定则判断安培力的方向
知道安培力、电流、磁场三者方向的关系
01
02
熟练使用F＝ILBsin θ并掌握有关计算
03
安培力概述
01
必修三的实验
在前面的学习中，我们知道通电导线在磁场中所受安培力 F 的方向，与电流 I、磁感应强度 B 的方向都有关。我们利用如图所示的装置探究。
得出结论
F为通电导线在磁场中的受力
安培力
通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力
安培力的方向怎样判断？
大小又受那些因素影响呢？
安培力的方向
02
二、安培力的方向
竖直向下的磁场
竖直向上的磁场
磁场的方向表示方式
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
叉场
点场
安培定则
（1）直线电流的磁场方向
右手握住导线让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕方向
（2）环形电流的磁场方向
让右手弯曲的四指与环行电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环行导线轴线上磁感线的方向
注意：用右手 大拇指指直的 四指指弯的
1. 安培力
人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。
安培力的方向
2. 安培力的方向
（1）如图所示，把一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流。研究安培力的方向与哪些因素有关。
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。
（2）实验现象表明：通电导体棒在磁场中所受安培力的方向，与电流方向、磁场方向有关。
（3）众多实验表明：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。
安培力的方向
安培力的方向
次数
磁场方向
电流方向
安培力方向
图
4
3
1
2
向上
向下
垂直于纸面向外
垂直于纸面向里
垂直于纸面向里
水平
向右
水平
向左
水平
向右
水平
向左
F
F
F
F
垂直于纸面向外
安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直
安培力的方向
安培力方向：用左手定则判断。
1.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平面内。
2.让磁感线从掌心进入。
3.四指指向电流的方向。
拇指所指的方向就是安培力的方向
必须用左手！
安培力方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直，即垂直于导线、磁感应强度决定的平面。
安培力方向的特点
注意：电流方向不一定和磁感应强度方向一致
F
θ
B
θ
B
θ
B
θ
B
F
θ
B
F
θ
B
某同学画出了四幅表示磁场B、电流I和安培力F三者方向间的关系图，如图所示，其中正确的是（ ）
A B C D
解析：根据左手定则可知，A图中安培力方向应该向下，B图中安培力方向应该垂直于磁场方向斜向左上方，C图中磁场方向和电流方向在同一直线上，不受安培力作用，D图中安培力方向斜向左下方垂直于电流方向，故D正确。
D
(1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向。
(2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。
(3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定。
安培力F、磁感应强度B、电流I的关系
B和I 有夹角造成的
安培定则(右手螺旋定则) 左手定则
用途 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向
适用对象 直线电流 环形电流或通电螺线管 电流在磁场中
应用方法 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 磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向
结果 四指弯曲的方向表示磁感线的方向 拇指指向轴线上磁感线的方向 拇指指向电流受到的磁场力的方向
安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别
练习1.下列各图中，金属导体棒ab所受安培力F方向正确的是( )
A． B．
C． D．
A
电流与电流间有无相互作用？规律如何？
同向电流：
反向电流：
结论：
同向电流相互吸引，
异向电流相互排斥
F
F
F
F
练习1. 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈( )
A．向左运动
B．向右运动
C．静止不动
D．无法确定
A
练习2.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，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
C
安培力的大小
03
安培力的大小
当电流与磁场方向夹角为θ时:
安培力的大小
F＝BILsin 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。
1. B 垂直于 I ，匀强磁场，直导线。
2. 不垂直变垂直(分解 B，或投影 L )。
弯曲导线变成直导线L是垂直磁场方向的有效长度，不一定是导线实际长度。
若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。
对公式 F = BIL 的理解
L
L
L
L
如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力．
A 图F＝BILcosα B 图F＝BIL.
C 图F＝ BIL. D 图F＝2BIR.
E 图F＝0.
例
安培力的取值范围
1同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；
2导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间。
3导线与磁场方向平行时，它不受安培力；
练习1. 如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中，所受的安培力大小变化是 ( )
A. 逐渐变大
B. 先变大后变小
C. 逐渐变小
D. 先变小后变大
B
I
B
练习2如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力为( )
A．方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILB
B．方向沿纸面向上，大小为(－1)ILB
C．方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILB
D．方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB
A
练习3如图所示，长为2L的直导线拆成边长相等，夹角为60°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，关于V形通电导线受到的安培力大小和方向，描述正确是( )
A．安培力大小为2BIL
B．安培力大小为零
C．安培力方向顺时针方向
D．安培力方向竖直向上
D
练习4如图所示，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接，已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为( )
A．2F
B．1.5F
C．0.5F
D．0
B
练习5：如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)
θ
N
B
G
N
F安
【答案】R=0.2Ω
B
θ
磁电式电流表
04
1．磁电式电流表的构造特点
(1)构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。(如图甲所示)
原理
(1)通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。
既可以测出电流大小又可以测出方向
特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向均匀分布，使线圈平面都与磁感线平行，使表盘刻度均匀。(如图乙所示)
优点
灵敏度高，可以测出很弱的电流
表盘均匀
缺点
是量程小
它也称为灵敏电流计
如图甲所示是磁电式电流表的结构图，图乙是磁极间的磁场分布图，以下选项中正确的是（ ）
乙
甲
A.指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力与线圈受到的安培力的作用效果是相反的
B.通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大
C.在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关
ABD
课堂练习
05
1．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，则导线受到磁场力的合力为( )
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
D
2．如图所示，有一上端固定的螺旋状导体弹簧，下端刚好与水银槽中的水银面接触。水银、弹簧和电源构成如图所示的导体回路，闭合电键K后，弹簧的长度会
A．比原长更长 B．比原长更短
C．周期性变化 D．保持原长不变
C
3［多选］如图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿x轴正方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿y轴正方向，则（ ）
A.该通电导线一定不会沿平行于Ox方向放置
B.该通电导线一定平行于Oz方向放置
C.无论通电导线怎样放置，它总受到沿y轴正方向的安培力
D.沿Oz方向观察一定有沿Oz方向的电流
提示：安培力的方向垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面，电流方向与磁场方向可以不垂直。
AD
4如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到磁场力的大小变为（ ）
A. F2 B. F1- F2
C. F1+ F2 D.2F1- F2
A
THANKS
第1节 磁场对通电导线的作用力
第一章 安培力与洛伦兹力
安培是法国物理学家、数学家。
在电磁学领域，安培不仅论述了包括电流方向和磁针偏转方向关系的右手定则，通电平行直导线间相互作用的规律，通电螺线管的磁性等等，还提出了著名的安培定律，以及分子电流假说。
由于他在电磁学方面做出了重大贡献，他被麦克斯韦称作“电学中的牛顿”。
学习目标
会用左手定则判断安培力的方向
知道安培力、电流、磁场三者方向的关系
01
02
熟练使用F＝ILBsin θ并掌握有关计算
03
安培力概述
01
必修三的实验
在前面的学习中，我们知道通电导线在磁场中所受安培力 F 的方向，与电流 I、磁感应强度 B 的方向都有关。我们利用如图所示的装置探究。
得出结论
F为通电导线在磁场中的受力
安培力
通电导线在磁场中受到的作用力称为安培力
安培力的方向怎样判断？
大小又受那些因素影响呢？
安培力的方向
02
二、安培力的方向
竖直向下的磁场
竖直向上的磁场
磁场的方向表示方式
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
叉场
点场
安培定则
（1）直线电流的磁场方向
右手握住导线让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕方向
（2）环形电流的磁场方向
让右手弯曲的四指与环行电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环行导线轴线上磁感线的方向
注意：用右手 大拇指指直的 四指指弯的
1. 安培力
人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。
安培力的方向
2. 安培力的方向
（1）如图所示，把一段导体棒悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以电流。研究安培力的方向与哪些因素有关。
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。
（2）实验现象表明：通电导体棒在磁场中所受安培力的方向，与电流方向、磁场方向有关。
（3）众多实验表明：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。
安培力的方向
安培力的方向
次数
磁场方向
电流方向
安培力方向
图
4
3
1
2
向上
向下
垂直于纸面向外
垂直于纸面向里
垂直于纸面向里
水平
向右
水平
向左
水平
向右
水平
向左
F
F
F
F
垂直于纸面向外
安培力方向既与磁场方向垂直，也与电流方向垂直
安培力的方向
安培力方向：用左手定则判断。
1.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平面内。
2.让磁感线从掌心进入。
3.四指指向电流的方向。
拇指所指的方向就是安培力的方向
必须用左手！
安培力方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直，即垂直于导线、磁感应强度决定的平面。
安培力方向的特点
注意：电流方向不一定和磁感应强度方向一致
F
θ
B
θ
B
θ
B
θ
B
F
θ
B
F
θ
B
某同学画出了四幅表示磁场B、电流I和安培力F三者方向间的关系图，如图所示，其中正确的是（ ）
A B C D
解析：根据左手定则可知，A图中安培力方向应该向下，B图中安培力方向应该垂直于磁场方向斜向左上方，C图中磁场方向和电流方向在同一直线上，不受安培力作用，D图中安培力方向斜向左下方垂直于电流方向，故D正确。
D
(1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向。
(2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。
(3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定。
安培力F、磁感应强度B、电流I的关系
B和I 有夹角造成的
安培定则(右手螺旋定则) 左手定则
用途 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向
适用对象 直线电流 环形电流或通电螺线管 电流在磁场中
应用方法 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 磁感线穿过手掌心，四指指向电流的方向
结果 四指弯曲的方向表示磁感线的方向 拇指指向轴线上磁感线的方向 拇指指向电流受到的磁场力的方向
安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别
练习1.下列各图中，金属导体棒ab所受安培力F方向正确的是( )
A． B．
C． D．
A
电流与电流间有无相互作用？规律如何？
同向电流：
反向电流：
结论：
同向电流相互吸引，
异向电流相互排斥
F
F
F
F
练习1. 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈( )
A．向左运动
B．向右运动
C．静止不动
D．无法确定
A
练习2.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，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
C
安培力的大小
03
安培力的大小
当电流与磁场方向夹角为θ时:
安培力的大小
F＝BILsin 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。
1. B 垂直于 I ，匀强磁场，直导线。
2. 不垂直变垂直(分解 B，或投影 L )。
弯曲导线变成直导线L是垂直磁场方向的有效长度，不一定是导线实际长度。
若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。
对公式 F = BIL 的理解
L
L
L
L
如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力．
A 图F＝BILcosα B 图F＝BIL.
C 图F＝ BIL. D 图F＝2BIR.
E 图F＝0.
例
安培力的取值范围
1同样情况下，通电导线与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；
2导线与磁场方向斜交时，它所受的安培力介于0和最大值之间。
3导线与磁场方向平行时，它不受安培力；
练习1. 如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁场的过程中，所受的安培力大小变化是 ( )
A. 逐渐变大
B. 先变大后变小
C. 逐渐变小
D. 先变小后变大
B
I
B
练习2如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力为( )
A．方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILB
B．方向沿纸面向上，大小为(－1)ILB
C．方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILB
D．方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB
A
练习3如图所示，长为2L的直导线拆成边长相等，夹角为60°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，关于V形通电导线受到的安培力大小和方向，描述正确是( )
A．安培力大小为2BIL
B．安培力大小为零
C．安培力方向顺时针方向
D．安培力方向竖直向上
D
练习4如图所示，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接，已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为( )
A．2F
B．1.5F
C．0.5F
D．0
B
练习5：如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)
θ
N
B
G
N
F安
【答案】R=0.2Ω
B
θ
磁电式电流表
04
1．磁电式电流表的构造特点
(1)构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。(如图甲所示)
原理
(1)通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。
既可以测出电流大小又可以测出方向
特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向均匀分布，使线圈平面都与磁感线平行，使表盘刻度均匀。(如图乙所示)
优点
灵敏度高，可以测出很弱的电流
表盘均匀
缺点
是量程小
它也称为灵敏电流计
如图甲所示是磁电式电流表的结构图，图乙是磁极间的磁场分布图，以下选项中正确的是（ ）
乙
甲
A.指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力与线圈受到的安培力的作用效果是相反的
B.通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大
C.在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关
ABD
课堂练习
05
1．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，则导线受到磁场力的合力为( )
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
D
2．如图所示，有一上端固定的螺旋状导体弹簧，下端刚好与水银槽中的水银面接触。水银、弹簧和电源构成如图所示的导体回路，闭合电键K后，弹簧的长度会
A．比原长更长 B．比原长更短
C．周期性变化 D．保持原长不变
C
3［多选］如图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿x轴正方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿y轴正方向，则（ ）
A.该通电导线一定不会沿平行于Ox方向放置
B.该通电导线一定平行于Oz方向放置
C.无论通电导线怎样放置，它总受到沿y轴正方向的安培力
D.沿Oz方向观察一定有沿Oz方向的电流
提示：安培力的方向垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面，电流方向与磁场方向可以不垂直。
AD
4如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到磁场力的大小变为（ ）
A. F2 B. F1- F2
C. F1+ F2 D.2F1- F2
A
THANKS