(共40张PPT)
复习任务群一
第1课时 反应热 焓变（基础课）
第一章 磁场对电流的作用
1 安培力
学习任务目标
1.知道安培力的概念，会用左手定则判断安培力的方向。(物理观念)
2.通过实验探究匀强磁场中影响通电导线所受安培力大小和方向的因素。(科学探究)
3.掌握安培力的计算公式F＝ILB sin θ，并会进行有关计算。(科学思维)
问题式预习
知识点一 安培力的方向
1．通电导线在磁场中受到力的作用是______首先发现的。
2．______对通电导线的作用力叫安培力。
安培
磁场
3．安培力的方向：安培力的方向可用______定则判定。
伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指______，并且都跟手掌在____________内，让磁感线垂直穿过手心，______指向电流方向，则_________所指方向就是通电导线所受安培力的方向。
[科学思维]
安培力方向的特点：安培力方向与______方向、_______________方向都垂直，即垂直于导线和磁感应强度决定的平面。
左手
垂直
同一平面
四指
大拇指
电流
磁感应强度
[做一做]
下列各图中，表示磁场方向、电流方向及导线所受安培力方向的相互关系，其中正确的是( )
A B C D
√
C 解析：A图，电流的方向向上，让磁场垂直于掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，故A错误；B图，电流的方向与磁场的方向平行，电流不受到安培力的作用，故B错误；C图，电流的方向向右，让磁场垂直于掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向上，故C正确；D图，电流的方向向里，让磁场垂直于掌心穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，故D错误。
知识点二 安培力的大小
1．通电导线与磁场方向垂直时：F＝_________。
2．通电导线与磁场方向夹角为θ时：F＝____________________。
3．通电导线与磁场方向平行时：F＝___。
[判一判]
1．通电的导线在磁场中一定受安培力。 ( )
2．对处于匀强磁场中的某段导线而言，其所通电流越大，所受安培力越大。 ( )
3．当导体在磁场中放置时，导体所受作用力为F＝IBL。( )
ILB
ILB sin θ
0
×
×
×
任务型课堂
任务一 对安培力方向的理解
1．(多选)下列图中，表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场对电流作用力F的方向的关系正确的是 ( )
A B C D
√
√
√
2．一根容易发生形变的弹性导线，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 ( )
A B C D
√
D 解析：A图，当匀强磁场竖直向上和导线平行时，导线受到的安培力为零，故A选项错误；B图，当匀强磁场水平向右时，根据左手定则可知导线受到的安培力向里，故B选项错误；C图和D图，当匀强磁场垂直纸面向外时，根据左手定则可知导线受到的安培力水平向右，故C选项错误，D选项正确。
3．画出下列图中通电直导线A受到的安培力的方向。
(1) (2) (3) (4)
解析：(1)电流与磁场垂直，由左手定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示。
(2)条形磁体在A附近的磁场分布如图乙所示，
由左手定则可判断A受到的安培力的方向如图
乙所示。
(3)由安培定则可判断出A附近磁场方向如图丙所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丙所示。
(4)由安培定则可判断出A附近磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示。
答案：安培力的方向见解析图。
4．把下面各种情况的立体图转化成平面图，并画出导体棒所受的安培力方向。
甲 乙 丙 丁
如图所示：
甲 乙 丙 丁
1．安培力方向的特点
(1)安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，但磁场方向与电流方向不一定垂直，由此可知安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面。
(2)当磁场方向、电流方向、安培力方向两两垂直时，只要已知其中任意两个量的方向，就可以判断第三个量的方向。
(3)当不能确定磁场方向和电流方向是否垂直时，若已知磁场方向(或电流方向)与安培力的方向，电流方向(或磁场方向)不唯一。
2．安培定则与左手定则的区别
安培定则 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 右手拇指指向电流的方向 右手四指弯曲的方向表示电流的环绕方向 磁感线穿过左手掌心，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
任务二 对安培力公式F＝ILB sin θ的理解
1．长度为L、通有电流I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度大小均为B，对于下列各图中导线所受安培力的大小计算正确的是 ( )
A. F＝ILB cos θ B. F＝ILB cos θ
C. F＝ILB sin θ D. F＝ILB sin θ
√
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所受到磁场的作用力的合力 ( )
√
3．(2024·福建卷)(多选)如图所示，将半径为r的铜导线半圆环AB用两根不可伸长的绝缘绳a、b悬挂于天花板上，AB置于垂直纸面向外、大小为B的磁场中，现给导线通以自A向B、大小为I的电流，则
( )
A. 通电后两绳拉力变小
B. 通电后两绳拉力变大
C. 安培力为πBIr
D. 安培力为2BIr
√
√
BD 解析：通电流之前，铜导线半圆环处于平衡状态，根据平衡条件有2T＝mg，通电流之后，半圆环受到安培力，由左手定则可判断半圆环受到的安培力方向竖直向下，根据平衡条件有2T′＝mg＋F安，可知通电后两绳的拉力变大，A错误，B正确；半圆环的有效长度为2r，由安培力公式可知F安＝2BIr，C错误，D正确。
4．一长10 cm的通电直导线，通以1 A的电流，在匀强磁场中受到的磁场力为0.4 N，则该磁场的磁感应强度为 ( )
A. 等于4 T B. 大于或等于4 T
C. 小于或等于4 T D. 上述说法都错误
√
5．如图所示，在一个范围足够大、磁感应强度B＝0.40 T的水平匀强磁场中，用绝缘细线将金属棒吊起使其呈水平静止状态，且使金属棒与磁场方向垂直。已知金属棒长L＝0.20 m，质量m＝0.020 kg，取g＝10 N/kg。
(1)若棒中通有I＝2.0 A的向左的电流，求此时
金属棒受到的安培力F的大小。
(2)改变通过金属棒的电流大小，若细线拉力
恰好为零，求此时棒中通有电流的大小。
答案：(1)0.16 N (2)2.5 A
1．对安培力F＝ILB sin θ的理解
(1)B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，分析时不必考虑通电导线自身产生的磁感应强度的影响。
(2)L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图)，相应的电流沿有效长度L由始端流向末端。
2．F＝ILB sin θ的适用条件
导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线。
3．电流在磁场中的受力特点
(1)电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受到安培力作用。当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。
(2)当电流同时受到几个安培力时，电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。
任务三 安培力作用下导体的运动分析
[探究活动]
图中装置可演示磁场对通电导线的作用。在电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动。
(1)如果a、e接正极，b、f接负极，则L向哪个方向滑动？
(2)若a、f接负极，b、e接正极，则L向哪个方向滑动？
提示：(1)若a接正极，b接负极，由安培定则(右手螺旋定则)知电磁铁上下两磁极间磁场方向向上；若e接正极，f接负极，由左手定则知L受到的安培力向左，L向左滑动。
(2)若a接负极，b接正极，磁场方向向下；若e接正极，f接负极，L所受的安培力向右，L向右滑动。
[评价活动]
1．如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁体N极附近，磁体的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，线圈内通入如图方向的电流后，线圈( )
A. 向左运动 B. 向右运动
C. 静止不动 D. 无法确定
A 解析：把通电线圈等效成条形磁体。由安培定则可知，线圈等效成条形磁体后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相互吸引，线圈向左运动。
√
2．如图所示，两根固定的通电长直导线a、b相互垂直，a平行于纸面，电流方向向右，b垂直于纸面，电流方向向里，则导线a所受安培力方向是 ( )
A. 平行于纸面向上
B. 平行于纸面向下
C. 左半部分垂直纸面向外，右半部分垂直纸面向里
D. 左半部分垂直纸面向里，右半部分垂直纸面向外
√
C 解析：根据安培定则，可判断出导线a左侧部分的空间磁场方向斜向右上方，右侧部分的磁场方向斜向右下方，根据左手定则可判断出导线a左半部分所受安培力垂直纸面向外，右半部分所受安培力垂直纸面向里。故选C。
3．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
√
D 解析：闭合开关S瞬间，由右手定则知螺线管右端为N极，左端为S极，螺线管产生的磁场方向在通电导线a端指向左下方，由左手定则可知，导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里，D正确。
4．一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合。当两线圈通以如图所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将 ( )
A. 不动
B. 顺时针转动
C. 逆时针转动
D. 向纸面内平动
√
B 解析：方法一：直线电流元分析法
把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，据安培定则可知各电流元所在处磁场均向上。由左手定则可得，上部电流元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动。
方法二：等效分析法
把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心竖直向上，而L1等效成小磁针后，在转动之前，N极指向纸内，因此应由向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动。
方法三：利用结论法
环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得从左向右看，线圈L1将顺时针转动。
1．判断安培力作用下通电导体(或通电线圈)的运动方向的思路
(1)首先应画出通电导体(或通电线圈)所在位置的磁感线方向。
(2)根据左手定则确定通电导体(或通电线圈)所受安培力的方向。
(3)由通电导体(或通电线圈)的受力情况判断通电导体(或通电线圈)的运动方向。
2．分析导体在磁场中运动的常用方法
电流元法 把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向
等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁体或多个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断
特殊位置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向
结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势
转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确定磁体所受合力及其运动方向(共51张PPT)
复习任务群一
第一章 磁场对电流的作用
4 洛伦兹力的应用
学习任务目标
1.知道洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小；知道显像管的构造和原理。(物理观念)
2.探究质谱仪和回旋加速器的工作原理。(科学探究)
3.能认识回旋加速器和质谱仪等对人类探索未知领域的重要性，知道科学发展对实验器材的依赖性。(科学态度与责任)
问题式预习
知识点一 利用磁场控制带电粒子的运动
1．磁偏转
如图所示为一具有圆形边界、半径为r的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一个初速度大小为v0的带电粒子(质量为m，电荷量为q)沿该磁场的直径方向从P点射入，在____________作用下从Q点离开磁场。
洛伦兹力
圆心
B
v0
方向
大小
[科学思维]
(1)示波器利用______控制带电粒子的运动，速度大小______，速度方向______。
(2)显像管利用______控制带电粒子的运动，速度大小______，运动方向______。
电场
改变
改变
磁场
不变
改变
[做一做]
显像管的原理示意图如图所示，当没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，如果要使电子束打在荧光屏上的位置由P点逐渐移动到Q点，下列磁场能够使电子束发生上述偏转的是( )
A B C D
√
A 解析：要使电子束打在荧光屏上的位置由P点逐渐移动到Q点，需要电子在洛伦兹力作用下向下运动，P到O过程中洛伦兹力向上，O到Q过程中洛伦兹力向下，根据左手定则知，能够使电子束发生上述偏转的磁场是A。
知识点二 质谱仪
1．质谱仪：测量带电粒子______的仪器。
2．质谱仪的工作原理示意图(如图所示)。
比荷
qvB1
qvB2
[科学思维]
如图所示，有氕核、氘核、氚核、氦核四种带电粒子通过质谱仪在胶片上留下三个痕迹。
(1)带电粒子1为___。
(2)带电粒子2为_________。
(3)带电粒子3为___。
氕
氘和氦
氚
×
√
×
D形盒
增大
不变
[科学思维]
与带电粒子在回旋加速器中获得的最大动能有关的因素：
[做一做]
回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒。两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图所示。现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是( )
A. 减小磁场的磁感应强度
B. 减小狭缝间的距离
C. 增大高频交流电压
D. 增大金属盒的半径
√
任务型课堂
任务一 利用磁场控制带电粒子的运动
[探究活动]
图甲和图乙分别为示波管和显像管的结构图。正常工作时由二者的电子枪发射的电子束，经偏转电极(电场)和偏转线圈(磁场)，电子束打在荧光屏上使荧光屏发光，不计电子的重力。
(1)在示波管中，电子垂直于电场线进入匀强电场中，电子做什么运动？轨迹是怎样的？
(2)在显像管中，电子垂直于磁感线进入匀强磁场中，电子做什么运动？轨迹是怎样的？
提示：(1)电子做类平抛运动；轨迹是抛物线。
(2)电子做匀速圆周运动；轨迹是圆。
[评价活动]
1．电视机显像管应用了电子束磁偏转的原理。如图所示，电子束经电子枪加速后进入偏转磁场，然后打在荧光屏上产生亮点。没有磁场时，亮点在O点；加上磁场后，亮点的位置偏离O点。以下说法正确的是( )
A. 仅增大加速电压，亮点将远离O点
B. 仅减小磁感应强度，亮点将远离O点
C. 增大加速电压同时增大磁感应强度，亮点可能远离O点
D. 增大加速电压同时减小磁感应强度，亮点可能远离O点
√
C 解析：电子在加速电场中加速，由动能定理有eU＝mv，电子在偏转磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有eBv0＝，解得R＝=，R越大，亮点越靠近O点，R越小，亮点越远离O点，仅增大加速电压、仅减小磁感应强度或增大加速电压同时减小磁感应强度，亮点均靠近O点，增大加速电压同时增大磁感应强度，R可能增大，可能不变，可能减小，则亮点可能远离O点，故选项C正确。
√
3．如图所示，在宽l的范围内有方向如图所示的有
界匀强电场，场强为E，一带电粒子以速度v垂直于
电场方向和电场边界射入电场，不计重力，射出电
场时，粒子速度方向偏转了θ角，去掉电场，改换
成方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，此粒子若
仍以速度v垂直射入磁场，它从磁场的另一侧射出时，也偏转了θ角。求此磁场的磁感应强度B的大小。
4．有一平行板电容器，内部为真空，两个极板的间距为d，极板长为l，极板间有一匀强电场，两极板间的电压为U，电子从极板左端的正中央以初速度v0射入，其方向平行于极板，并打在极板边缘的D点，如图甲所示。电子的电荷量用e表示，质量用m表示，重力不计。回答下列问题(结果用题中物理量表示)：
(1)电子打到D点时的动能多大？
(2)电子的初速度v0必须大于何值，电子才能飞出极板？
(3)若极板间没有电场，只有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，电子从极板左端的正中央以平行于极板的初速度v0射入，如图乙所示，则电子的初速度v0为何值时，电子才能飞出极板？
电偏转和磁偏转的对比
项目 匀强电场中偏转 匀强磁场中偏转
偏转条件 垂直电场线进入匀强电场(不计重力) 垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)
受力情况 电场力F＝qE的大小、方向都不变 洛伦兹力F洛＝qvB的大小不变，方向随v的方向的改变而改变
运动轨迹 抛物线 圆或圆的一部分
项目 匀强电场中偏转 匀强磁场中偏转
运动轨迹图
求解方法处理 偏移量y和偏转角φ要通过类平抛运动的规律求解 偏转量y和偏转角φ要结合圆的几何关系，通过对圆周运动的讨论求解
动能变化 动能增大 动能不变
任务二 对质谱仪的理解
[探究活动]
如图所示为质谱仪原理示意图。带电粒子从容器A下方的小孔S1进入质谱仪后打在底片上。
(1)速度相同、比荷不同的带电粒子打在质谱仪显示屏上的位置相同吗？
(2)不同的带电粒子经同一电场加速，再经同一匀强磁场偏转后打在质谱仪显示屏上的位置相同吗？
提示：(1)位置不同。(2)位置不同。
[评价活动]
1．1922年英国物理学家和化学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法正确的是
( )
A. 该束带电粒子带负电
B. 速度选择器的P1极板带负电
C. 在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷 越小
D. 在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
√
2．(多选)某一含有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A0为粒子加速器，B0为速度选择器，C0为偏转分离器。磁场与电场正交，磁感应强度为B，速度选择器两极板间电压为U，板间距为d。现有比荷为k的带正电粒子(重力不计)，从O点由静止开始经加速后沿直线通过速度选择器，粒子进入偏转分离器后做圆周运动的半径为R，则下列说法正确的是 ( )
√
√
3．如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内存在相互正交的匀强磁场和匀强电场，匀强磁场的磁感应强度为B，匀强电场的电场强度为E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片；平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述不正确的是 ( )
A. 质谱仪是分析同位素的重要工具
B. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D. 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
√
任务三 对回旋加速器工作原理的理解
[探究活动]
如图所示，回旋加速器的核心部分是两个D形金属盒，两盒之间留下一个窄缝，在中心附近放有粒子源，D形盒在真空容器中，整个装置放在巨大的匀强磁场中，并把两个D形盒分别接在高频交流电源的两极上。
(1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？
(2)交变电场的周期改变是否要求越来越快，以便能使粒子在缝隙处刚好被加速？
提示：(1)磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速。
(2)交变电场的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期，是不变的，和粒子运动速度无关。
[评价活动]
1．(多选)1931年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙。下列说法正确的是( )
A. 离子由加速器的中心附近进入加速器
B. 离子由加速器的边缘进入加速器
C. 离子从磁场中获得能量
D. 离子从电场中获得能量
√
√
AD 解析：回旋加速器的原理是带电粒子在电场中加速，在磁场中偏转，每转半周加速一次，因此其轨道半径越来越大。粒子是从加速器的中心附近进入加速器的，最后是从加速器的最外边缘引出的，故A正确，B错误。由于洛伦兹力并不做功，而粒子通过电场时，有qU＝ΔEk，故粒子是从电场中获得能量，故C错误，D正确。
2．(多选)如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、电荷量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时被加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。下列说法正确的是 ( )
A. D形盒半径R、磁感应强度B均不变，若加速电压U越高，
质子的能量E将越大
B. 磁感应强度B不变，若加速电压U不变，D形盒半径R越
大，质子的能量E将越大
C. D形盒半径R、磁感应强度B均不变，若加速电压U越高，质子在加速器中的运动时间将越长
D. D形盒半径R、磁感应强度B均不变，若加速电压U越高，质子在加速器中的运动时间将越短
√
√
3．回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都能得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面。粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图所示，问：
(1)粒子在盒内做何种运动？
(2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动？
(3)所加高频交流电源的频率为多少？粒子运动的角速度为多少？
(4)粒子离开加速器时速度为多少 ？
本节课掌握了哪些考点？
本节课还有什么疑问点？(共28张PPT)
复习任务群一
第一章 磁场对电流的作用
2 安培力的应用
学习任务目标
1.知道直流电动机、电磁炮、磁电式电流表的基本构造及工作原理。(科学思维)
2.会分析导体在安培力作用下的运动和平衡问题。(科学思维)
3.在了解直流电动机、电磁炮、磁电式电流表的原理的过程中，培养学科学、爱科学的科学态度。(科学态度与责任)
问题式预习
知识点 安培力的应用
1．直流电动机
(1)构造：如图所示是一个直流电动机的工作模型，由磁场(磁体)、____________、滑环(两个半圆环A和B)、电刷及电源组成。
转动线圈
(2)原理：当电流由半圆环A流入时，则从B流出；当电流由B流入时，则从A流出。因此，滑环在其中起一个换向器的作用。当线圈通电后，由于受到_________的作用，线圈在磁场中旋转起来。
(3)电动机分类：①______电动机。②______电动机；交流电动机应用：电风扇、洗衣机、抽油烟机、吸尘器等。
安培力
直流
交流
2．电磁炮
(1)原理：如图所示，当两导轨接入电源时，强大的电流I从导轨A流入，经弹丸从另一导轨B流回，两导轨中的强电流在两导轨间产生强磁场，磁场方向____________。利用左手定则可以判定，弹丸受到的安培力方向____________，它将在导轨上以很大的加速度做加速运动，最终高速发射出去。
(2)优点：发射稳定性好，初速度___，射程远，并且具有很高的射击精度。
竖直向上
水平向右
大
3．磁电式电流表
(1)装置：磁电式电流表是在蹄形永磁体的两极间有一个固定的圆柱形软铁芯，铁芯外面套有一个可以转动的铝框，在铝框上绕有线圈。铝框的转轴上装有两根游丝(即螺旋弹簧)和一个指针。线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流通过这两个弹簧流入线圈。
(2)原理：如图所示，当电流通过线圈时，磁场对线圈产生_________，使线圈偏转。线圈偏转时，游丝发生形变，产生的______阻止线圈继续偏转。当弹力与安培力的作用使线圈达到______时，指针所指的位置就反映出____________的大小。
安培力
弹力
平衡
待测电流
[判一判]
1．当电动机线圈与磁场垂直时，磁通量最大。 ( )
2．直流电动机通过改变输入电压很容易调节转速，交流电动机不容易调速。 ( )
3．电磁炮是将电能转化为机械能的装置。 ( )
4．磁电式电流表内的磁场是匀强磁场。 ( )
5．磁电式电流表表盘的刻度是均匀的。 ( )
6．磁电式电流表指针的偏转是由于线圈受安培力的作用。 ( )
√
√
√
×
√
√
任务型课堂
任务一 安培力在各种电器中的应用
1．(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布。当线圈通以如图乙所示的稳恒电流(b端电流流向垂直纸面向内)时，下列说法正确的是 ( )
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. 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
C. 线圈通过的电流越大，指针偏转角度越小
D. 该电流表表盘刻度均匀
√
√
2．如图甲所示为“海影号”电磁推进实验舰艇，舰艇下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面的截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，使得M、N间海水内电流方向为M→N，此时加一定方向的磁场，可使得M、N间海水受到磁场力作用而被推出，舰艇因此向右前进，则所加磁场的方向应为 ( )
A. 水平向左 B. 水平向右
C. 垂直纸面向外 D. 垂直纸面向里
C 解析：根据题意可知，舰艇向右前进，则海水受到向左的安培力，由左手定则可知，所加磁场的方向应为垂直纸面向外。故选C。
√
3．我国电磁炮发射技术世界领先，现役坦克电磁炮的速度可达
1 800 m/s，射程可达250 km。图为一款小型电磁炮的原理图，已知水平轨道宽d＝2 m，长l＝100 m，通以恒定电流I＝1×104 A，轨道间匀强磁场的磁感应强度大小B＝10 T，炮弹的
质量m＝10 kg，不计电磁感应带来的影响。
(1)若不计轨道摩擦和空气阻力，求炮弹离开轨道时的速度大小。
(2)实际上炮弹在轨道上运动时会受到空气阻力和摩擦阻力，若其受到的阻力与速度的关系为f＝kv2，其中阻力系数k＝0.8 N·s2/m2，炮弹离开轨道前做匀速运动，求炮弹离开轨道时的速度大小。
答案：(1)2 000 m/s (2)500 m/s
1．直流电动机的工作原理
直流电动机是利用线圈在磁场中受力转动的原理制成的。它把电能转化为机械能。给矩形线圈通电后，线圈便在磁力矩的作用下绕轴转动。
2．磁电式电流表的工作原理
通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转。线圈偏转的角度越大，被测电流也就越大；线圈偏转的方向不同，被测电流的方向也就不同。
任务二 安培力作用下导体的运动问题
[探究活动]
水平面上有一电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)。现垂直于导轨放置一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图所示，取重力加速度为g。
(1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？
(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持
力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？
[评价活动]
1．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，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. 棒中的电流变大，θ角变大
B. 两悬线缩短长度相同，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
√
2．如图所示，在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B＝3 T的匀强磁场中水平放置两根平行金属导轨，两轨间距为l＝50 cm，左端接有电动势E＝2 V、内阻r＝0.5 Ω的电源。现将一质量m＝1 kg、电阻R0＝1.5 Ω的金属棒ab垂直放置在导轨上，金属棒与平行金属导轨间的动摩擦因数为μ＝0.1，其余电阻不计。重力加速度取g＝10 m/s2。开关闭合的瞬间，求：
(1)金属棒ab的电功率；
(2)金属棒ab的加速度。
答案：(1)1.5 W (2)0.5 m/s2，水平向右
3．如图甲所示，两光滑平行金属导轨间的距离为l，金属导轨所在的平面与水平面夹角为θ，导体棒ab与导轨垂直并接触良好，其质量为m，长度为l，通过的电流为I，重力加速度为g。
(1)沿导体棒ab中电流方向观察，侧视图如图乙所示，为使导体棒ab保持静止，需加一匀强磁场，若磁场方向垂直于导轨平面向上，求磁感应强度B1的大小。
(2)若(1)中磁场方向改为竖直向上，如图丙所示，求磁感应强度B2的大小。
(3)若只改变磁场，且磁场的方向始终在与导体棒ab垂直的平面内，欲使导体棒ab保持静止，试作出磁场方向变化的最大范围图示。
解析：(1)对导体棒ab受力分析如图甲所示：
甲
(2)对导体棒ab受力分析如图乙所示：
乙
(3)为使导体棒保持静止状态，需F合＝0，即三力平衡，安培力与另外两个力的合力等大反向，如图丙所示，因为重力与斜面支持力的合力范围在α角范围内(不包括垂直于斜面方向)，故安培力在α′角范围内(不包括垂直于斜面方向)，根据左手定则，磁场方向可以在α″角范围内变动(不包括沿斜面向上方向)。
安培力作用下导体运动的一般分析思路
(1)解决在安培力作用下导体的运动问题，首先对研究对象进行受力分析，其中重要的是选定观察角度，把立体图转化为平面图，标出电流方向和磁场方向，然后利用左手定则判断安培力的方向。
(2)根据平衡条件或者牛顿第二定律、动能定理等规律列方程求解。
本节课掌握了哪些考点？
本节课还有什么疑问点？
谢 谢！(共37张PPT)
复习任务群一
第一章 磁场对电流的作用
3 洛伦兹力
学习任务目标
1.通过实验，探究磁场对运动电荷的作用力。(科学探究)
2.知道什么是洛伦兹力，会判断洛伦兹力的方向。(物理观念)
3.知道洛伦兹力与安培力之间的关系，能从安培力的计算公式推导出洛伦兹力的计算公式。(科学思维)
4.能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。(科学态度与责任)
问题式预习
知识点一 洛伦兹力的方向
1．洛伦兹力：____________在磁场中受到的磁场力。
2．洛伦兹力的方向判定——左手定则
伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过______，四指指向_________运动的方向，则_________所指方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷所受洛伦兹力的方向相反。
运动电荷
手心
正电荷
大拇指
[科学思维]
如图所示，表示各带电粒子在匀强磁场中运动的情况，试回答各带电粒子所受洛伦兹力的方向。
甲：_____________________________________________
乙：________________________
丙：__________________
丁：______________________________
与v垂直斜向左上方，与竖直方向成60°角
方向垂直纸面向里
不受洛伦兹力
方向与v垂直斜向左上方
[判一判]
1．电荷在磁场中一定受洛伦兹力。 ( )
2．洛伦兹力一定与电荷运动方向垂直。 ( )
3．利用左手定则判断洛伦兹力的方向时，大拇指所指的方向一定是洛伦兹力的方向。 ( )
×
√
×
nSvΔt
neSvΔt
neSv
neSvBL
evB
2．洛伦兹力的大小
(1)当v与B成θ角时，F洛＝____________________。
(2)当v⊥B时，F洛＝______。
(3)当v∥B时，F洛＝0。
qvB sin θ
qvB
[做一做]
两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为1∶4，电荷量之比为1∶2，则两带电粒子受洛伦兹力之比为( )
A. 2∶1 B. 1∶1
C. 1∶2 D. 1∶4
C 解析：带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛伦兹力F＝qvB，与电荷量成正比，与质量无关，C项正确。
√
知识点三 带电粒子在匀强磁场中的运动
1．当运动电荷垂直于匀强磁场方向射入后，运动电荷做______圆周运动。
2．向心力由____________提供。
3．轨道半径与粒子的______和速度大小成正比，与磁感应强度和粒子所带_________成反比。
4．运动周期与____________和______无关。
匀速
洛伦兹力
质量
电荷量
运动速率
半径
[做一做]
电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A. 速率越大，周期越大
B. 速率越小，周期越大
C. 速度方向与磁场方向平行
D. 速度方向与磁场方向垂直
√
任务型课堂
任务一 对洛伦兹力的理解
[探究活动]
图甲为阴极射线管，图乙是把阴极射线管放入磁场中的情形，发现电子束向下偏转。
(1)电子束向下偏转的原因是什么？
(2)将磁体的N极、S极交换位置，电子束的偏转方向有什么变化？这说明了什么？
提示：(1)根据左手定则可判断电子受到的洛伦兹力向下，所以电子束向下偏转。
(2)磁体两极交换位置，电子束向上偏转。这说明电子束受力方向与磁场方向有关。
[评价活动]
1．下列所示的各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是( )
A B C D
B 解析：根据左手定则，A中F方向应向上，B中F方向应向下，A错误，B正确；C、D中都是v∥B，F＝0，C、D错误。
√
2．在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将 ( )
A. 向上偏转 B. 向下偏转
C. 向纸里偏转 D. 向纸外偏转
B 解析：由题图可知，直线电流的方向由左向右，根据安培定则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里，而电子运动方向由左向右，由左手定则知(电子带负电荷，四指要指向电子运动方向的反方向)，电子将向下偏转，故B选项正确。
√
3．假设来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将 ( )
A. 竖直向下沿直线射向地面
B. 相对于预定地点，稍向东偏转
C. 相对于预定地点，稍向西偏转
D. 相对于预定地点，稍向北偏转
B 解析：质子带正电，地球表面的地磁场方向由南向北，根据左手定则可判定，质子自赤道上空的某一点竖直下落的过程中受到的洛伦兹力方向向东，故B选项正确。
√
1．洛伦兹力方向的特点
(1)
(2)洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者所决定的平面。
(3)
2．洛伦兹力与安培力的区别和联系
(1)区别
①洛伦兹力是指单个运动的带电粒子所受到的磁场力，而安培力是指通电直导线所受到的磁场力。
②洛伦兹力恒不做功，而安培力可以做功。
(2)联系
①安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释。
②大小关系：F安＝NF洛(N是导体中定向运动的电荷数)。
③方向关系：洛伦兹力与安培力的方向均可用左手定则进行判断。
任务二 带电粒子在匀强磁场中的运动
[探究活动]
如图所示的装置叫作洛伦兹力演示仪。玻璃泡内的电子枪(即阴极)发射出阴极射线，使泡内的低压汞蒸气发出辉光，这样就可以显示出电子的轨迹。
(1)如果不加磁场， 电子束的运动轨迹如何？运动性质如何？
(2)加上与电子束运动速度垂直的匀强磁场后，电子束将做何种运动？
提示：(1)电子束运动轨迹为直线；其做匀速直线运动。(2)电子束将做匀速圆周运动。
[评价活动]
1．如图所示为洛伦兹力演示仪的结构图。励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直于纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直，电子速度大小可通过电子枪的加速电压来控制，磁场强弱可通过励磁线圈中的电流来调节，不计重力。下列说法正确的是( )
A. 仅增大励磁线圈中的电流，电子束轨迹的半径将变大
B. 仅提高电子枪的加速电压，电子束的轨迹半径将变大
C. 仅增大励磁线圈中的电流，电子做圆周运动的周期将变大
D. 仅提高电子枪的加速电压，电子做圆周运动的周期将变大
√
2．若两个粒子的电荷量相等，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，则下列说法正确的是 ( B )
A. 若速率相等，则半径必相等
B. 若质量相等，则周期必相等
C. 若动能相等，则半径必相等
D. 若动能相等，则周期必相等
√
3．质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道半径分别为Rp和Rα，周期分别为Tp和Tα，已知mα＝4mp，qα＝2qp，则下列选项正确的是 ( )
A. Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶2
B. Rp∶Rα＝1∶1，Tp∶Tα＝1∶1
C. Rp∶Rα＝1∶1，Tp∶Tα＝1∶2
D. Rp∶Rα＝1∶2，Tp∶Tα＝1∶1
√
任务三 带电粒子在有界磁场中的运动
1．(多选)如图所示，横截面为正方形的容器内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一束电子从a孔垂直于边界和磁场射入容器中，其中有一部分从c孔射出，另一部分从d孔射出，则 ( )
A. 从两孔射出的电子速率之比为vc∶vd＝2∶1
B. 从两孔射出的电子在容器中运动的时间之比为tc∶td＝1∶2
C. 从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比为ac∶ad＝ ∶1
D. 从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比为ac∶ad＝2∶1
√
√
√
2．如图所示，一束电子的电荷量为e，以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的有界匀强磁场中，穿出磁场时的速度方向与原来电子入射方向的夹角是θ＝30°，则电子的质量是多少？电子穿过磁场的时间又是多少？
3．如图所示，直线MN上方是磁感应强度为B的足够大的匀强磁场，一电子(质量为m、电荷量为e)以速度v从O点与MN成30°角的方向射入磁场中，则：
(1)电子从磁场中射出时距O点多远？
(2)电子在磁场中运动的时间是多少？
解析：设电子在匀强磁场中的运动半径为R，射出时与O点的距离为d，运动轨迹如图所示。
①已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点，O为轨迹圆心)。
②已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作连线的中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点，O为轨迹圆心)。
甲 乙
(4)圆心角与偏向角、弦切角的关系
①速度偏向角φ等于圆弧对应的圆心角α，即α＝φ，如图丙所示。
②圆弧所对应圆心角α等于弦切角θ的2倍，即α＝2θ，如图丙所示。
丙
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