人教版高中物理选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力1磁场对通电导线的作用力课件（59页ppt）

(共59张PPT)
第一章　安培力与洛伦兹力
1. 磁场对通电导线的作用力
核心素养：
1. 结合对具体实例的分析，体会判断安培力方向的方法.（物理观念）
2. 通过实例分析，掌握安培力作用下导体运动问题的分析方法，培养一定的空间思 维能力.（科学思维）
3. 通过实验探究安培力的方向与电流的方向、磁感应强度的方向之间的关系.（科学 探究）
4. 在实验探究的过程中，学会合作，培养学科学、爱科学的科学态度.（科学态度与 责任）
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研习任务一 安培力的方向
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，当“天桥”上的电流自右向左时，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个平面内，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通电导线在磁场中所受 安培力的方向.
教材　认知
1. 安培力： 在磁场中受的力.
2. 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　
3. 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.
要点　归纳
1. 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.
2. 判断安培力方向的步骤
（1）明确研究对象.
（2）用安培定则或根据磁体的磁场特征，画出研究对象所在位置的磁场方向.
（3）由左手定则判断安培力方向.
3. 应用举例
平行通电直导线间的相互作用：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.
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）.
答案：见解析
解析：根据左手定则判断，具体如图所示：
名师点评
　　判断安培力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
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：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.
垂直　
BIl　
电流　
要点　归纳
1. 公式F＝IlBsin θ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导 线自身产生的磁场对外加磁场的影响.
2. 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.
3. 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.
4. 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为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
2. 如图所示，导线ab长20 cm，用两根平行的、相同的轻弹簧将ab水平挂起，弹簧间 有沿水平方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁场区域宽度为10 cm，磁感应强度大小 为0.5 T，导线ab所受重力大小为0.1 N. 为了使弹簧不发生形变，
导线内电流的方向和大小应如何？
答案：方向水平向右　2 A
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课堂强研习 合作学习 精研重难
研习任务三 磁电式电流表
合作　讨论
我们实验室用的电流表叫磁电式电流表，它里面的磁场是均匀辐向分布的，你能说一 下这种磁场的特点吗？我们为什么要用这种磁场？
提示：这种磁场的磁感应强度的大小和方向并不相同，但是线圈所处位置的磁感应强 度大小都相同.我们用这种磁场是为了保证线圈转动中受到的安培力大小始终不变， 从而使做出来的电流表表盘刻度均匀.
教材　认知
1. 构造： 、 、螺旋弹簧、刻度盘指针、极靴等.
2. 原理：安培力与电流的关系.通电线圈在磁场中受到 而偏转，线圈偏转 的角度越大，被测电流就 ，根据指针的 可以知道电流的方向.
3. 特点：极靴与铁质圆柱间的磁场都沿 方向，线圈无论转到什么位置，它 的平面都跟磁感线 ，线圈左右两边所在处的磁感应强度大小 .
4. 优缺点：优点是灵敏度高，可以测出 的电流；缺点是线圈的导线很细， 允许通过的电流 .
磁体　
线圈　
安培力　
越大　
偏转方向　
半径　
平行　
相等　
很弱　
很弱　
要点　归纳
1. 当电流通过线圈时线圈左右两边都要受到方向相反的安培力，使线圈发生转动， 线圈转动使螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动.
2. 电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大.所以，从线圈偏转的角度就 能判断通过电流的大小.
3. 极靴与铁质圆柱间的磁场是均匀辐向分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的 平面都跟磁感线平行，表盘的刻度就是均匀的了.
4. 当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也 发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向.
研习　经典
D
A. 该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同
B. 通过该线圈的磁通量为BL2
C. a导线受到的安培力方向向下
D. 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
解析：根据磁感线疏密代表磁场强弱可知，该磁场的磁感应强度并非处处大小相等， 故A错误；因磁感线和线圈平行，所以通过该线圈的磁通量为零，故B错误；a导线电 流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，故C错误；线圈转动时，螺旋弹簧 被扭动，阻碍线圈转动，故D正确.
名师点评
　　磁电式电流表的磁场为均匀辐向分布，磁感线和线圈平面始终平行，一定注意它 和匀强磁场的区别.
对应　训练
A. 当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上
B. 当线圈在如图乙所示的位置时，通过该线圈的磁通量一定为0
C. 线圈通过的电流越大，指针偏转角度越小
D. 线圈转动的方向，由螺旋弹簧的形变决定
B
解析：由左手定则可知a端受安培力向上，b端受安培力向下，在安培力的作用下线圈 沿顺时针方向转动，所以线圈转动方向由电流方向决定，故A、D错误；线圈在图乙 所示的位置，其平面与磁感线平行，则通过该线圈的磁通量为0，故B正确；线圈受 安培力而转动，螺旋弹簧被扭动产生弹力，弹力方向与扭动方向相反，阻碍线圈转 动，则通电电流越大，指针静止时反抗的弹力越大，指针的偏转角越大，故C错误.
知识　构建
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课后提素养 深刻剖析 提升能力
基础　题组
1. 判断正误.
×
×
×
×
×
√
A. F＝BId B. F＝BIdsin θ
C. F＝BIdcos θ
D
A. 两条输电线中电流间相互作用的安培力为引力
B. 两条输电线中电流间相互作用的安培力为斥力
C. 地磁场对两条输电线中电流的作用力方向相反
D. 地磁场对两条输电线中电流的作用力方向均竖直向上
解析：输电线路上两条线的电流方向相反，根据电流方向同向相吸，异向相斥即可判 断，两条输电线中电流间相互作用的安培力为斥力，故A项错误，B项正确；地磁场 与输电线路垂直，根据左手定则可知，输电线路受到的安培力一个向上，一个向下， 故C项正确，D项错误.
BC
中档　题组
D. 4BIL
C
A. 当线圈在如图乙所示位置时b端受到的安培力方向向上
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. 电流表中的磁场是匀强磁场
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
B
解析：根据左手定则可得线圈b端在磁场中所受安培力的方向向下，A错误；根据安 培力公式可知，当磁场和电流有效长度不变时，电流越大，线圈中的安培力就越大， 螺旋弹簧形变和线圈偏转角度就越大，B正确；电流表中的磁场不是匀强磁场，C错 误；线圈平面和磁感线平行只能说明磁通量一直为零，但是导线和磁场不平行，所以 安培力不可能为零，D错误，故选B.
A. 金属棒所受安培力大小为6 N，所受导轨的滑动摩擦力大小为 6 N
B. 金属棒长度略大于1 m，金属棒所受安培力略大于6 N，受到 导轨的滑动摩擦力略大于6 N
C. 金属棒受到的安培力与受到导轨的滑动摩擦力二力平衡
D. 不改变电流方向，只增加金属棒中的电流大小，金属棒将做 加速运动
B
解析：磁场与电流方向垂直，安培力大小为F＝BIl，式中的“l”应代入有电流经过的 有效长度，可得F＝6 N，因金属棒做匀速直线运动，可知其在水平方向受力平衡，则 有f＝F＝6 N，故A选项正确，B选项错误；磁场方向竖直向上，根据左手定则判断安 培力方向为水平向右，金属棒匀速运动受力平衡，安培力与滑动摩擦力二力平衡，C 选项正确；此题中安培力为动力，不改变电流方向只增加电流大小，金属棒受到的安 培力增大，方向不变，滑动摩擦力大小不变，故金属棒将做加速运动，D选项正确.
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课时作业
[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 该导线受到的安培力的方向是竖直向上的，故A正确.
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处所受安培力一定比放在b处大
D. 同一通电导线放在a处所受安培力一定比放在b处小
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
D
解析：对导体棒受力分析有F安＝mgtan θ，只增加导体棒的质量，F安不变，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－位移关系 可知v2＝2ax，解得a＝2×105 m/s2，由牛顿第二定律可得F＝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. 当电流方向为P→O→Q时，合力大小为BIL，方向与OP成30°斜向 右下方
D. 当电流方向为Q→O→P时，合力大小为BIL，方向与OP成30°斜向 右下方
D
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解析：当电流方向为P→O→Q时，等效长度为PQ的长度，即为L，等效电流方向为 P→Q，则合力大小为BIL，方向垂直PQ斜向上，即方向与OP成30°斜向左上方，选 项A、B错误；当电流方向为Q→O→P时，等效长度为PQ的长度，即为L，等效电流 方向为Q→P，则合力大小为BIL，方向垂直PQ斜向下，即方向与OP成30°斜向右下 方，选项D正确，C错误.
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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：根据右手定则，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；根据左手定则可知，线框bc边受到 的安培力水平向右，故B正确；因为通电导线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；c棒所受安培力与长度 为Lb的直导体棒所受安培力的大小相等，则Fc＝BId＝BILb.因为La＞Lb，则Fa＞Fb＝ Fc，D正确.
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A. 竖直向上 B. 沿斜面向上
C. 沿斜面向下 D. 沿DC连线，由D指向C
D
解析：根据“同向电流相互吸引，反向电流相互排斥”的规律，导线A、B对P的合力 等于零，导线C对P的引力就是安培力的合力，所以通电直导线P所受安培力的方向沿 DC连线，由D指向C，故选D.
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A. 指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的
B. 通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大
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，线圈所受安培力大小与电流有关，而与所处位置无关
解析：指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的，故 A正确；根据安培力公式F＝BIl，可知线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也 越大，故B正确；在线圈转动的范围内，各处的磁场都是均匀辐向分布，线圈平面都 跟磁感线平行，但辐向磁场的磁感线方向不同，并不是匀强磁场，故C错误；磁场呈 均匀辐向分布，线圈平面都跟磁场平行，电流与磁场相互垂直，结合安培力公式可 知，线圈所受安培力大小与电流有关，而与所处位置无关，故D正确.
ABD
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12. 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；
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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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