教科版高中物理选择性必修第二册第一章磁场对电流的作用1安培力课件（43页ppt）

(共43张PPT)
第一章　磁场对电流的作用
1.安培力
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核心素养：1.通过实验认识安培力，会用左手定则判断安培力的方向. 2.结合已学知 识，推导安培力的大小.
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研习任务一　认识安培力及其方向
合作　讨论
如图所示，取一段铝箔条，把它折成天桥形状，用胶纸粘牢两端，将U形磁铁横 跨过“天桥”放置.由电池向铝箔条供电，观察“天桥”的变化；改变电流的方 向或调换磁铁的磁极时，“天桥”有什么变化？尝试用最简单的语言归纳出安 培力方向的规律.
提示：电池上端为正极，下端为负极，“天桥”上的电流自右向左，我们会看到天桥 向上凸起；当改变电流方向或调换磁铁的磁极时，我们会看到天桥向下凹陷.安培力 的方向垂直于磁场方向，也垂直于电流方向.我们可以用左手定则来判断：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，让磁感线从掌心垂直 进入，使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是安培力的方向.
教材　认知
1. 安培力：磁场对 的作用力.
2. 安培力的方向：用左手定则判定.
3. 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 ，并使四指指向 的方向，这时 所 指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.
通电导线　
从掌心垂直进入　
电流　
拇指　
4. 安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I所决定的 平面.
[理解]　安培力方向的特点
安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即安培力的方向垂直于电流I 和磁场B所决定的平面.
（1）当电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向、磁场方向、电流方向两两垂直， 应用左手定则时，磁感线垂直穿过掌心.
（2）当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂 直于磁场方向，即垂直于电流和磁场所决定的平面.应用左手定则时，磁感线斜 着穿过掌心.
研习　经典
[典例1]　画出图中各通电导线所受安培力的方向（与纸面垂直的力只需用文字说 明）.
A B C D
E F
G H
答案：见解析
解析：根据左手定则判断，具体如图所示：
　 　
A　 B　 C D
　 　
E　 F. F垂直于纸面向外
　
G　 H. F垂直于纸面向外
名师点评
　　判断安培力的方向时一定要明确磁场方向和电流方向，安培力的方向既垂直于电 流的方向，又垂直于磁场的方向，电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不 一定垂直穿过掌心，但四指一定要指向电流方向.
对应　训练
　
C
A B
C D
　
解析：因I1 I2，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线 间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧 的直导线要受到中心直导线吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线要受 到中心直导线排斥的安培力，形成凸形，故发生形变后的形状如图C.
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研习任务二　安培力的大小
合作　讨论
（1）在如图所示的探究安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁场（磁 感应强度为B）中，得出的安培力F与导线长度l、电流大小I有怎样的关系？
提示：（1）导线长度越长、电流越大，导线所受的安培 力越大，满足F＝BIl.
（2）当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？
提示：（2）导线平行磁场放入时，它受到的安培力 为零.
（3）当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？
提示：（3）当导线和磁场方向夹角为θ时，可以取磁感应 强度垂直电流方向的分量，B⊥＝Bsin θ，此时安培力F＝ BIlsin θ.如图所示.
教材　认知
1. 安培力的大小： 于磁场B的方向放置的长为l的一段导线，当通过的电流为 I时，它所受的安培力F＝ .
2. 一般表达式：磁感应强度B的方向与 方向成θ角，通电导线所受的安培力
F＝IlBsin θ.
3. 公式F＝IlBsin θ中θ是B和I方向的夹角.
（1）当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式变为F＝IlB.
（2）当θ＝0°时，即B∥I，F＝0.
垂直　
BIl　
电流　
4. 公式F＝IlBsin θ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”.弯曲导线的有效长度l，等 于连接两端点直线的长度（如图所示）；相应的电流沿导线由始端流向末端.
推论：对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的有效长度 l＝0，故通电后线圈在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零，如图所示.
5. 对于多匝线圈求安培力应该乘以线圈匝数，F＝nBIlsin θ.
研习　经典
A. 0 B. BIl
C. 2BIl
C
解析：因bc段与磁场方向平行，则不受安培力；ab段与磁场方向垂直，则受到的安培 力为Fab＝BI簚2l＝2BIl，则该导线受到的安培力为2BIl.故选C.
名师点评
　　通电导线与磁场垂直时所受安培力F＝BIl，与磁场平行时不受力，整个导线所受 安培力等于各段导线所受安培力的矢量和.
对应　训练
D
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课堂强研习 合作学习 精研重难
课时作业（一）
[基础训练]
A. 受到竖直向上的安培力
B. 受到竖直向下的安培力
C. 受到由南向北的安培力
D. 受到由西向东的安培力
解析：赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，由左手定则判断出 导线受到的安培力的方向是竖直向上的.
A
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A. a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＞Bb
B. a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＜Bb
C. 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大
D. 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小
解析：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，由a、b两处磁感线的疏密程度可判 断出Ba＞Bb，故A正确，B错误；安培力的大小跟该处的磁感应强度的大小B、电流大 小I、导线长度L和导线放置的方向与磁感应强度的方向的夹角有关，故C、D错误.
A
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A. 增加导体棒的质量
B. 更换成磁性较弱的磁铁
C. 改变导体棒中的电流方向
D. 增大导体棒中的电流
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解析：分析导体棒受力有F安＝mgtan θ，增加导体棒的质量，θ减小，导体棒摆动幅度 减小，故A错误；将磁铁更换成磁性较弱的磁铁，磁感应强度减小，由F安＝BIL可知 安培力减小，导体棒摆动幅度减小，故B错误；改变导体棒中的电流方向，只会改变 安培力的方向，不会改变安培力的大小，故C错误；增大导体棒中的电流，安培力增 大，导体棒摆动幅度增大，故D正确.
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A. 磁场方向竖直向下
B. 磁场方向为水平向右
C. 电磁炮的加速度大小为4×105 m/s2
D. 磁感应强度的大小为100 T
D
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解析：回路中电流方向如题图所示，则根据安培定则可知，磁场方向应竖直向上， A、B错误；由题意可知，最大速度v＝2 km/s，加速距离x＝10 m，由速度和位移关系 可知v2＝2ax，解得a＝2×105 m/s2，由牛顿第二定律可得BIL＝ma，解得B＝100 T，C 错误，D正确.
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A. 2F B. 1.5F C. 0.5F D. 0
B
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A. 两线圈电流方向相同时，天平示数为正数
B. 两线圈电流方向相反时，天平示数为负数
C. 线圈Ⅰ的匝数越少，天平越灵敏
D. 线圈Ⅱ的匝数越多，天平越灵敏
解析：当天平示数为负时，说明两线圈相互吸引，两线圈电流方向相同，当天平示数 为正时，说明两线圈相互排斥，两线圈电流方向相反，故A、B错误；由于线圈Ⅱ放在 天平托盘上，线圈Ⅱ受到线圈Ⅰ的作用力为F＝n2BI2L，所以当线圈Ⅱ的匝数越多，相同 情况下的力越大，则天平越灵敏，故C错误，D正确.
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A. 线框ac边受到的安培力竖直向下
B. 线框bc边受到的安培力水平向右
C. 线框ac边受到的安培力竖直向上
D. 整个线框受到的安培力的合力为零
解析：根据安培定则，在竖直导线右侧，磁感线垂直纸面向里，根据左手定则，线框 ac边受到的安培力垂直ac边向下，故A、C错误；线框bc边受到的安培力水平向右， 故B正确；因为通电导线周围的磁场随着到导线的距离变远而变小，因此线圈所受合 力水平向左，故D错误.
B
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[能力提升]
A. 保持静止
B. 收缩
C. 变长
D. 不断上下振动
解析：开关闭合后电路接通，电路中有电流；由金属丝构成的螺线管同向电流互相吸 引，弹簧会收缩而变短；变短后电路断开，弹簧恢复原状，电路再次接通；依此规律 反复，弹簧上下振动.选项A、B、C错误，D正确.
D
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A. Fa＞Fb＞Fc B. Fa＝Fb＝Fc
C. Fb＜Fa＜Fc D. Fa＞Fb＝Fc
D
解析：设a、b两棒的长度分别为La和Lb， c的直径为d.由于导体棒都与匀强磁场垂 直，则a、b棒所受安培力的大小分别为：Fa＝BILa；Fb＝BILb＝BId；c棒所受安培力 与长度为d的直导体棒所受安培力的大小相等，则Fc＝BId.因为La＞d，则Fa＞Fb＝ Fc，D正确.
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A. 两导线受到的安培力Fb＝1.25Fa
B. 导线所受的安培力可以用F＝ILB计算
C. 移走导线b前后，P点的磁感应强度方向改变
D. 在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在磁感应 强度为零的位置
BCD
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解析：两导线受到的安培力是相互作用力，所以大小相等，故A错误；因为导线所处 的磁场方向与导线互相垂直，所以导线所受的安培力可以用F＝BIL计算，故B正确； 根据右手螺旋定则，a、b中的电流在P点产生的磁感应强度方向相反，移走导线b前， b的电流较大，则P点磁场方向与导线b产生的磁场方向相同，垂直纸面向里，移走导 线b后，P点磁场方向与导线a产生的磁场方向相同，垂直纸面向外，故C正确；因直 线电流产生的磁场的磁感线是以直线电流为圆心的同心圆，故在离两导线所在的平面 有一定距离的有限空间内，两导线在任意点产生的磁场方向均不在同一条直线上，故 不存在磁感应强度为零的位置，故D正确.
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A. MN不受安培力
B. MN受到的安培力方向向左
C. AB转动越快，MN受到的安培力越大
D. MN上相同长度导线受到的安培力大小相等
BC
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解析：AB绕O点沿顺时针方向匀速转动，形成的等效电流沿逆时针方向，等效电流形 成的磁场在MN处垂直纸面向里，根据左手定则可知，MN受到的安培力向左，故A错 误，B正确；AB转动越快，等效电流越大，形成的磁场越强，MN所受安培力越大， 故C正确；由于磁场是非匀强磁场，因此MN上相同长度导线受到的安培力大小不 等，故D错误.故选BC.
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13. 粗细均匀的直导线ab的两端悬挂在两根相同的弹簧下边，ab恰好处在水平位置 （如图所示）.已知ab的质量为m＝10 g，长度l＝60 cm，沿水平方向与ab垂直的匀强 磁场的磁感应强度B＝0.4 T（取重力加速度g＝10 m/s2）.
（1）要使两根弹簧能处在自然状态，既不被拉长，也不被压缩，ab中应沿什么方向、通过多大的电流；
答案：（1）由a到b　0.4 A　
解析：（1）只有当ab受到的安培力方向竖直向上且大小等于ab的重力时，两根弹簧 才能处于自然状态，根据左手定则可知，ab中的电流应由a到b，根据平衡条件有mg ＝BIl，代入数据解得I≈0.4 A.
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（2）当导线中有方向从a到b、大小为0.2 A的电流通过时，两根弹簧均被拉长了Δx＝ 1 mm，求该弹簧的劲度系数.
答案：（2）26 N/m
解析：（2）当导线中通过由a到b的电流时，受到竖直向上的安培力作用，被拉长的两根弹簧对ab有竖直向上的拉力，同时ab受竖直向下的重力，根据平衡条件有BI'l＋2kΔx＝mg，代入数据可得弹簧的劲度系数k＝26 N/m.
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