《学霸笔记 同步精讲》第1章 磁场对电流的作用 1.安培力（课件）高中物理教科版选择性必修2

(共39张PPT)
1.安培力
第一章
2026
课 标 定 位
1.了解安培力的概念及决定安培力方向的因素。
2.知道通电导线在磁场中受到安培力的条件。
3.会用左手定则判断有关方向。
4.知道安培力公式F=ILB的适用条件,并会用公式解决简单问题。
素 养 阐 释
1.理解安培力的概念,形成物理观念。
2.通过运用左手定则判断安培力的方向和运用公式计算安培力的大小,培养科学思维。
3.通过对安培力作用下导体平衡问题的分析,培养综合分析能力,并形成科学态度与价值观。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、认识安培力
磁场对通电导线的作用力称为安培力。
二、安培力的方向
1.左手定则:如图所示,伸出左手,四指并拢,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向电流方向,则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向。
2.安培力的特点:F⊥I,F⊥B,即F垂直于B和I决定的平面。
提示:可以。当电流方向不与磁场方向垂直时,安培力的方向仍垂直于磁场方向与电流方向所在的平面,所以仍可用左手定则来判断安培力的方向,只是磁感线斜着穿过手心。
3.当通电导线不与磁场方向垂直时,还可用左手定则判断安培力的方向吗
三、安培力的大小
1.当通电导线与磁场方向垂直时,通电导线所受安培力大小F=ILB。
2.当通电导线与磁场方向的夹角为θ时,安培力的大小为F=ILBsin θ。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。(　　)
(2)应用左手定则时,四指指向电流方向,大拇指指向安培力方向。(　　)
(3)通电导线在磁场中不一定受安培力。(　　)
(4)一通电导线放在磁场中某处不受安培力,该处的磁感应强度一定是零。
(　　)
×
√
√
×
2.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,在什么情况下两条直导线相互吸引,什么情况下两条直导线相互排斥
提示:每一条通电直导线均处在另一通电直导线电流产生的磁场中,根据安培定则可判断出直线电流产生的磁场的方向,再根据左手定则可判断出每一条通电直导线所受的安培力,由此可知,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥。
3.通电导线如果在磁场中不受安培力作用,能否说明该处磁场为零
提示:不能。因为当磁场方向与电流方向平行时,安培力为0,但磁场不为0。
4.磁场越强,放入磁场中的通电导线所受安培力一定越大吗
提示:不一定。磁场方向与电流方向平行时,安培力为0。
合作探究·释疑解惑
知识点一
安培力的方向
【问题引领】
如图所示,利用下列装置可以探究安培力的方向与磁场、电流方向的关系。
(1)图中磁场方向向哪 通电后,导线中电流方向向哪
(2)通电后,通电导线所受安培力的方向与磁场、电流
方向存在什么关系
提示:(1)磁场方向竖直向下、电流方向从里向外。
(2)安培力的方向与磁场方向、电流方向都垂直。
【归纳提升】
1.安培力方向的特点
(1)当电流方向跟磁场方向垂直时,安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直。应用左手定则判断时,磁感线从掌心垂直进入,大拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直。
(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直于电流方向,也垂直于磁场方向。应用左手定则判断时,大拇指与四指、大拇指与磁感线均垂直,但磁感线与四指不垂直。
2.安培定则与左手定则的区别
应用 判断电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系 判断通电导线在磁场中的受力方向
内容 具体 情况 直线电流 环形电流或通电螺线管 通电导线在磁场中
条件 拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向指向电流的环绕方向 磁感线穿过掌心,四指指向电流方向
结果 四指弯曲方向表示磁感线的方向 拇指指向轴线上磁感线的方向 拇指指向通电导线在磁场中受到的安培力的方向
2.安培定则与左手定则对比理解
比较对象 安培定则 左手定则
用途 判断电流产生的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向
因果关系 电流是因,磁场是果 电流和磁场都是因,安培力是果
结论 判断安培力的方向不是用安培定则,而是用左手定则 画龙点睛:安培力总是垂直于B与I所在的平面,且满足左手定则。
【典型例题】
【例题1】 画出下列各图中磁场中通电导线的安培力的方向。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
答案:如图所示
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
解析:无论B、I是否垂直,安培力总是垂直于B与I所在的平面,且满足左手定则。
科学思维
左手定则应用的两个要点
(1)安培力的方向既垂直于电流的方向,又垂直于磁场的方向,所以应用左手定则时,必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直。
(2)由于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,可能与四指方向成某一夹角,但四指一定要指向电流方向。
【变式训练1】 如图所示,直导线中通入垂直于纸面向里的电流,在下列匀强磁场中,通电直导线能够静止在光滑斜面上的是(　　)
A
解析:要使通电直导线能够静止在光滑斜面上,则通电直导线在磁场中受到的安培力必须与重力和支持力的合力为零,通过左手定则判断出A正确。
【问题引领】
知识点二
安培力的大小
如图所示,利用下列实验装置可以探究安培力的大小与磁场、电流大小的关系。
(1)在B、L一定时,增大电流I,导线受力怎么变化
(2)在B、I一定时,增大通电导线的长度L,导线受力怎么变化
提示:(1)当B、L一定时,增大电流I,导线受的力变大。
(2)当B、I一定时,增大通电导线长度L,导线受力变大。
【归纳提升】
1.当电流方向与磁场方向垂直时,F=ILB,此时通电导线所受安培力最大。
2.当电流方向与磁场方向不垂直时,F=ILBsin θ(θ是I和B之间的夹角)。
3.当通电导线的方向和磁场方向平行(θ=0°或θ=180°)时,安培力最小,等于零。
4.若导线是弯曲的,公式中的L并不是导线的总长度,而应是弯曲导线的“有效长度”。它等于连接导线两端点线段的长度(如图所示),相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端。
【典型例题】
【例题2】 如图所示,在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线,电流均为I,磁感应强度均为B,求各导线所受到的安培力的大小。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
答案:(a)ILBcos α　(b)ILB　(c) ILB　(d)2IRB　(e)0
解析:(a)图中,F=ILBcos α,这时不能死记公式而错写成F=ILBsin α。(b)图中,B⊥I,导线在纸平面内,故F=ILB。(c)图是两根导线组成的折线abc,整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和,其有效长度为ac,故F= ILB。(d)图是从a→b的半圆形电流,其有效长度为ab,故F=2IRB。(e)图中,F=0。
误区警示
计算安培力大小应注意的问题
(1)应用公式F=ILB时,电流方向必须与磁场方向垂直。
(2)通电导线放入磁场中,有可能不受安培力的作用。
(3)公式F=ILB中的L不一定是导线的实际长度,而应是“有效长度”。
【变式训练2】 一根长为0.2 m、通过的电流为2 A的通电导线,放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中,导线受到的安培力大小不可能是(　　)
A.0.4 N　 　B.0.2 N　 　C.0.1 N　 　D.0
A
解析:由安培力的公式F=ILBsin θ可知,安培力的大小与I和B的夹角有关。当θ=90°时,F最大,Fmax=ILB=2×0.2×0.5 N=0.2 N。当θ=0°时,F最小,Fmin=0,故F的大小范围是0≤F≤0.2 N,故B、C、D可能,A不可能。
【问题引领】
知识点三
安培力作用下导体的平衡
如图所示,通电导体棒静止于水平导轨上,导体棒的质量为m,长为L,通过的电流大小为I且垂直纸面向里,匀强磁场的磁感应强度B的方向与导轨平面成θ角,导体棒受到的摩擦力多大
提示:以导体棒为研究对象,分析受力(如图所示),安培力大小F安=BIL,根据平衡条件得f=F安sin θ,解得f=BILsin θ。
【归纳提升】
1.分析安培力作用下导体平衡问题的解题步骤
(1)明确研究对象。
(2)先把立体图改画成平面图,并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上。
(3)正确受力分析(包括安培力),然后根据平衡条件——F合=0列方程求解。
2.分析求解安培力时需要注意的问题
(1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向,再根据左手定则判断安培力方向。
(2)安培力大小与导体放置的角度有关,但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况,其中L为导体垂直于磁场方向的长度,为有效长度。
【典型例题】
答案: 　 方向垂直导轨平面向下
解析:金属棒ab受力如图所示。根据力的平衡条件可
知F安=mgsin θ而F安=BIL可得B= 由左手定
则可知,B的方向垂直导轨平面向下
【例题3】 如图所示,平行金属导轨PQ与MN都与水平面成θ角,相距为L。一根质量为m的金属棒ab在导轨上,并保持水平方向,金属棒ab内通有恒定电流,电流大小为I,方向从a到b。空间存在着方向与导轨平面垂直的匀强磁场,金属棒ab在磁场力的作用下保持静止,并且金属棒ab与导轨间没有摩擦力。求磁感应强度B的大小和方向。
科学思维
解决安培力作用下的平衡问题,全面受力分析是前提,注意安培力的存在,其次根据平衡条件列方程求解。
【变式训练3】 如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,金属棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ。如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是
(　　)
A.金属棒中的电流变大,θ角变大
B.两悬线等长变短,θ角变小
C.金属棒质量变大,θ角变大
D.磁感应强度变大,θ角变小
A
解析:选金属棒MN为研究对象,其受力情况如图所示。
根据平衡条件及三角形知识可得tan θ= ,所以当金
属棒中的电流I、磁感应强度B变大时,θ角变大,选项A正
确,D错误。当金属棒质量m变大时,θ角变小,选项C错误。
θ角的大小与悬线长短无关,选项B错误。
解析:选金属棒MN为研究对象,其受力情况如图所示。
根据平衡条件及三角形知识可得tan θ=,所以当金属棒中的电流I、磁感应强度B变大时,θ角变大,选项A正确,D错误。当金属棒的质量m变大时,θ角变小,选项C错误。θ角的大小与悬线长短无关,选项B错误。
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(安培力的方向)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必须垂直于B、I,但B、I可以不相互垂直
C.B必须垂直于F、I,但F、I可以不相互垂直
D.I必须垂直于F、B,但F、B可以不相互垂直
B
解析:安培力F总是与磁感应强度B和电流I所在的平面垂直,但B与I(即导线)可以垂直,也可以不垂直,故选项A、C、D均错误,B正确。
2.(安培力的方向)在图中,表示磁场方向、电流方向及导线受磁场力方向的图示正确的是(　　)
A
解析:由左手定则可判断出选项A正确,B、C错误。选项D中电流方向与磁场方向平行,不受力,故D错误。
3.(安培力的大小)在赤道上,地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场,磁感应强度是5×1T。
如果赤道上有一条沿东西方向的直导线,长40 m,载有20 A的电流,地磁场对这根导线的作用力大小是(　　)
A.4×1 N B.2.5×1 N
C.9×1 N D.4×1 N
D
解析:磁场方向是南北方向,电流方向是东西方向,它们相互垂直,可以利用公式F=BIL来计算此安培力的大小,其大小为F=BIL=5×1×20×40 N=4×1 N。
4.(安培力作用下导体的平衡)如图所示,两平行光滑导轨相距为L=20 cm,金属棒MN的质量m=10 g,电阻R=8 Ω,匀强磁场磁感应强度B方向竖直向下,大小为B=0.8 T,电源电动势E=10 V,内阻r=1 Ω。当开关S闭合时,MN处于平衡状态,求此时变阻器R1的阻值。(设θ=45°,g取10 m/s2)
答案:7 Ω
解析:根据左手定则判断安培力方向,再作出金属棒平衡时的受力平面图如图所示。
当金属棒处于平衡状态时,根据平衡条件有
mgsin θ-BILcos θ=0
由闭合电路欧姆定律得I=
联立解得R1=7 Ω。