(共31张PPT)
1.1磁场对通电导线的作用
人教版高中物理
选择性必修2
新知导入
思考讨论：在下图中，当导体棒中有电流流过时，导体棒就会因受力而发生运动。这个力的方向该如何判断？它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关？
新知讲解
一、安培力的方向
1.安培力：通电导体在磁场中受到的力
（1）按图所示，组装好器材，观察导体棒的受力。
（2）蹄形磁铁上下两极兑换位置，观察导体棒的受力。
2.研究影响安培力方向因素实验
（3）改变导体棒电流方向，观察其受力方向是否发生改变。
新知讲解
安培力方向实验现象记录
实验序号
1
2
3
4
观察记录
实验结论
?
B
F
×
B
F
B
F
×
B
F
①磁场方向不变时，电流反向，安培力反向
②电流方向不变时，磁场反向，安培力反向
?
新知讲解
3、左手定则
伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向，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．
新知讲解
4.左右定则用于判断F安、B、I三者方向关系
F安⊥B
F安⊥I
F安⊥BI平面
特别提醒：B与I不一定垂直
新知讲解
例1、安培力方向的判断
F
I
B
F
I
B
B
I
I
B
F=0
F=0
30°
F
F
I
I
B
B
A
B
A
B
FB
FA
FB
FA
同向电流相互吸引
异向电流相互排斥
新知讲解
5、利用右手定则判断平行通电直导线之间的相互作用
新知讲解
二、安培力的大小
1.电流与磁场方向垂直时，F安=BIL
B
Ｉ
B
Ｉ
新知讲解
2、电流与磁场方向平行时，F安=0
新知讲解
3.若磁场方向与电流方向成角θ
I
B⊥
B∥
B
θ
根据矢量的运算法则，B可以分解为与电流方向垂直的分量
和与电流方向平行的分量
B⊥
B∥
B⊥=Bsinθ
B∥=Bcosθ
新知讲解
对通电导线没有力
的作用力，导线所受安培力只是
产生的。因此磁场方向与电流方向成成角θ时，安培力为
-
B∥
B⊥
新知讲解
4、因此
当θ=0?，即B∥I，F=0
当θ=90?，即B⊥I，F=BIl
当0?<θ<90?，F=BIlsinθ
（θ
为B、I
的夹角）
注明：（1）F=BIL只适用于适用于匀强磁场
（2）式中的L
是导线垂直于磁场方向的有效长度。
新知讲解
例2、如图所示，一根长为
、质量为
的通电直导线，垂直纸面水平放置在倾角为
的光滑斜面上，导线上电流方向垂直纸面向里，电流大小
。导线用平行于斜面的轻绳拴住不动。现将整个装置放在磁感应强度方向竖直向下的匀强磁场中，此时斜面对导线的支持力为零，求磁感应强度的大小。（
，
，
）
新知讲解
解：受力分析如图
斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示由平衡条件得：
两式联立解得
由
得
新知讲解
三、安培力的应用——磁电式电流表
1.结构
(1)蹄形磁铁．
(2)圆柱形铁芯，固定在蹄形磁铁的两极间．
(3)铝框，套在铁芯外，可绕轴转动．
(4)线圈，绕在铝框上．
(5)两个螺旋弹簧及一个指针，装在铝框的转轴上，被测电流经过两个弹簧接入线圈，指针用于指示电流值．
新知讲解
2、原理
通电线圈在安培力的作用下发生转动
极靴和铁质圆柱使磁场沿半径方向
BIS-磁力矩
N-线圈匝数
k-常数
θ-线圈或指针偏转角度
即电流越大，指针偏转角越大，且刻度均匀
新知讲解
3.
电磁式电流表的优缺点
磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。如果要用它测量较大的电流，就要根据在必修第三册中学到的方法扩大其量程。
课堂练习
1．下列各图表示一根通电直导线放在磁场里，根据图中磁感应强度B的方向和导线中电流I的方同。判断的安培力F的方向正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
D
2.如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.3T，通电直导线与磁场方向垂直，导线长度L＝0.2m，导线中的电流I＝1A．该导线所受安培力的大小为（ ）
A．0.03N
B．0.05N
C．0.06N
D．0.09N
C
课堂练习
课堂练习
3．如图所示，匀强磁场的方向垂直纸面向里，一个带正电的粒子某时刻速度v的方向水平向右，此时粒子所受洛伦兹力的方向正确的是（ ）
A．图示①的方向
B．图示②的方向
C．图示③的方向
D．图示④的方向
D
课堂练习
4．如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒．在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是，重力加速度为g（ ）
A．B＝mg，方向垂直斜面向上
B．B＝mg，方向沿着斜面向下
C．B＝，方向水平向左
D．B＝，方向水平向右
AC
1、长方形线框abcd通有恒定电流I，在线框所在平面内线框的左侧与ad边平行放置一长直导线，导线中通有恒定电流I′，电流的方向如图所示，线框和长直导线的位置都被固定，下列关于线框受到安培力的说法中正确的是（ ）
A．线框的ab和cd边不受安培力
B．线框所受的安培力合力向右
C．线框所受的安培力合力向左
D．若长直导线的电流I′加倍，则稳定后线框所受的安培力合力也随之加倍
CD
拓展提高
拓展提高
2.重量相同、形状不同的线圈中通有大小相同的电流，放在相同的磁场中，用细线悬吊着，在外力F作用处于平衡状态。其中外力F最大的是（ ）
A．
B．
C．
D．
D
拓展提高
3、在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的等边三角形线框abc，磁场方向垂直于线框平面，ac两点间接一直流电源，电流方向如图所示，则（ ）
A．导线ab受到的安培力大于导线ac所受的安培力
B．导线abc受到的安培力大于导线ac受到的安培力
C．线框受到的安培力的合力为零
D．线框受到的安培力的合力方向垂直于ac向下
D
课堂总结
一.
安培力的方向：左手定则
二.
安培力的大小（匀强磁场）
（θ为B与I夹角）
（B⊥I）
三.
磁电式电流表
板书设计
一、安培力方向（左手定则）
（1）左手定则是判断通电导线处于磁场中时，所受安培力
F的方向、磁感应强度B的方向
以及通电导体棒的电流I三者方向之间的关系的定律。
（2）导线在磁场中力的方向。根据左手定则：伸开左手，使拇指与其他四指垂直且在一个平面内，让磁感线从手心流入，四指指向电流方向，大拇指指向的就是安培力方向（即导体受力方向）。
板书设计
二、安培力大小
F=BIlsinθ
式中B
为匀强磁场的磁场强度，L是导线垂直于磁场方向的有效长度，θ是磁场方向与电流方向的夹角。
三、磁电式电流表
作业布置
课后练习和同步练习
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人教版物理选择性必修二磁场对通电导线的作用力
教学设计
课题
磁场对通电导线的作用力
单元
1
学科
物理
年级
高二
教材分析
安培力的方向和大小是本节的重点内容，也是这一章的重点内容之一。安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系（左手定则）是本节的难点，比如：安培力的方向一定与电流、磁感应强度方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向可以成任意角度；当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力最大。正确应用左手定则也是本章的难点之一。
教学目标与核心素养
一、教学目标1.通过演示、分析，知道什么是安培力，知道通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流、磁场的方向都垂直时，其方向可由左手定则来判定，知道左手定则的内容，会用左手定则熟练地判定安培力的方向并会用它解答相关问题。
2.通过实例分析，利用安培力的公式F=BIL解答相关问题，知道电流方向与磁场方向平行时，电流所受的安培力等于0，电流方向与磁场方向垂直时，电流所受的安培力最大，等于BIL。
3.通过对磁电式电流表的展示、讲解，了解磁电式电流表的内部构造和工作原理。
二、核心素养物理观念：知道安培力的方向与电流、磁感应强度的方向都垂直。科学思维：推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小科学探究：观察安培力与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。科学态度与责任：通过实验演示、动手操作仪器，让学生体验安培力的特点，将理论联系实际。
重点
安培力方向的判断方法和安培力大小的计算方法。
难点
安培力、电流和磁感应强度三者的空间关系。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
复习：让学生回忆磁感应强度的概念，特别强调磁感应强度的定义式。过渡：本节课我们将探究通电导线在磁场中所受安增力的方向和大小与什么因素有关。
1.课前复习磁感应强度的概念和右手螺旋定则等知识。
2.课前预习本节知识的重难点。
引出安培力的概念，引导学生思考安培力的大小影响因素。
讲授新课
安培力：磁场对通电导线的作用力。安培力是以安培为名字命名的，因为他在研究磁场与电流的相互作用方面做出了杰出贡献。1.安培力的方向演示实验应用如图所示装置进行演示实验①改变电流的方向，观察发生的现象。现象：道题向相反方向运动。②调换磁铁两极的位置来改变磁场的方向，观察发生的现象
现象：导体向相反的方向运动。(2)归纳总结
教师引导学生分析得出结论:①安培力的方向与磁场方向、电流方向有关。
②安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。(如图所示)(3)左手定则提问:那么，如何判定安培力的方向呢?人们通过大量的实验研究，总结出通电导线所受安培力的方向与电流方向、磁场方向存在着一个规律——左手定则。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；让磁感线从掌心垂直进入，并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。(如图所示)说明：左手定则是本节教学中的一个难点，涉及三个物理量的方向，以及三维空间问题，而学生的空间想象力还不强，所以教师应引导学生学会如何将三维图形用二维图形来表达(用侧视图、俯视图和剖面图等)，还要引导学生学会如何将二维图形想象成三维图形。结论:电流方向与磁场方向可以不垂直，但安培力的方向必然与电流方向垂直，也必然与磁场方向垂直。使用左手定则判定安培力的方向时，磁场并不需要垂直穿过掌心，只要不从手背穿过即可。巩固练习
判定下列各图中导线所受安培力的方向。答案：如图所示2.安培力的大小(1)计算安培力大小的公式在必修的学习中我们已经知道，垂直于磁场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=BIL。当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，导线受力为F=0。当磁感应强度B的方向与通电导线的方向成θ角时，它可以分解为与导线垂直的分量B⊥和与导线平行的分量B∥，如图所示。由三角函数关系可知，B⊥=Bsinθ，B∥=Bcosθ。其中B∥不产生安培力，导线所受的安培力只是由B⊥
产生的，由此又得到F=BILsinθ=B⊥IL，如图所示。这是一般情况下安培力的表达式。
(2)适用条件
直导线，且导线所在位置的磁感应强度相同。说明：在推导公式时，要让学生明确矢量的正交分解体现了两个分量与原来的矢量是等效替代的关系。3.磁电式电流表
(1)磁电式电流表的组成及磁场分布
观察磁电式电流表的内部结构，看清楚其中的磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆柱等构件，了解它们之中哪些是固定的，哪些是可动的。①磁电式电流表的组成问题:磁电式电流表主要是由哪几部分组成的?磁电式电流表主要由极靴、铁质圆柱、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等部分组成。a.铁质圆柱、线圈和指针是一个整体。b极靴和铁质圆柱形成辐向磁场，即磁场沿圆柱半径方向。c.指针转动时，螺旋弹簧会发生形变②磁电式电流表中磁场分布的特点问题：磁电式电流表中的磁场分布有什么特点呢?磁电式电流表中极靴与铁质圆柱之间的磁场是均匀辐向分布的，如图所示。
学生思考讨论并在教师的引导下推导，并总结影响安培力方向的因素。根据场景，引导学生运用左右定则进行安培力方向判断。学生根据习题的场景，运用左手定则，对安培力的有无和方向做出判断。学生对磁场强度B进行矢量分析。学生学会对三种情况的安培力计算公式进行总结。学生认知图片认识磁电式电流表的构成。尝试让学生解析磁电式电流表的原理。
锻炼学生的逻辑思维能力和总结能力。锻炼学生动手能力，掌握左手定则的应用。进一步巩固左手定则的运用。巩固加深对矢量的理解；加强空间概念。增强学生的总结归纳能力。引导学生通过结构思考磁电式电流表德原理。提高学生运用已学知识，分析问题解决问题的能力。
问题：什么是均匀辐向分布呢?所谓均辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通量的过铁质圆柱的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与的关磁感线之间的夹角都是0°。该磁场并非匀强磁场、但在以铁质圆柱为中心的圆周上，各点的磁感应强度B的大小是的相等的。问题：假如线圈转动，极靴与铁质圆柱之间的两个边磁所经过的位置的磁场强與是怎样的?，假如线圈转动，极靴与铁质圆柱之间的两个边所经过定的位置的磁场强弱是相同的。(2)磁电式电流表的工作原理引导学生弄清楚以下几点:
①线圈的转动是怎样产生的?当电流通过电流表中的线圈时，线圈受到安培力的作应用，由左手定则可以判定，线圈左、右两边所受的安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要发生转动。②线圈为什么不一直转下去?线圈转动时，螺旋弹簧发生变形，抵抗线圈的转动。③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?电流越大，线圈所受的安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。所以，从线圈转动的角度就能判定被测电流的大小。④如何根据指针偏转的方向来确定被测电流的方向?线圈中的电流方向改变时，线圈所受安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也就随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。⑤电流表的刻度为什么是均匀的?电流表内部磁场的两极间装有极靴，极靴中间又有一个铁质圆柱。这样，极靴与铁质圆柱之间的磁场方向就都沿着铁质圆柱的半径方向，线圈无论转到哪个位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈左、右两边所在之处的磁感应强度的大小都相等，故线圈左、右两边的受力大小与电流的大小成正比，所以电流表的刻度就是均匀的了。⑥使用磁电式电流表时要特别注意什么？磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。要测量较大的电流值，就要扩大量程。(3)小实验：旋转的液体在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水。如果把玻璃皿放在磁场中(如图所示)，液体就会旋转起来。观察发生的现象，用学过的的知识解释。液体旋转的方向与你事先的判断是否一致？课堂练习1、下列各图表示一根通电直导线放在磁场里，根据图中磁感应强度B的方向和导线中电流I的方同。判断的安培力F的方向正确的是（ ）A
BC
D答案：D2、如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.3T，通电直导线与磁场方向垂直，导线长度L＝0.2m，导线中的电流I＝1A．该导线所受安培力的大小为（ ）A．0.03N
B．0.05N
C．0.06N
D．0.09N答案：C如图所示，匀强磁场的方向垂直纸面向里，一个带正电的粒子某时刻速度v的方向水平向右，此时粒子所受洛伦兹力的方向正确的是（ ）
A．图示①的方向
B．图示②的方向
C．图示③的方向
D．图示④的方向答案：D4、如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，取重力加速度为g。在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，则下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是（
）
A．mgsinα/IL，垂直斜面向上B．mgcosα/IL，垂直斜面向下C．mgtanα/IL，水平向右D．mg/IL，水平向左答案：AD
学生练习
巩固本节所学的知识
课堂小结
本节课学习了磁场对通电导线的作用力，学习了安培的概念，掌握了安培力方向的判定方法和安培力大小的计算公式。作为应用，又学习了磁电式电流表的构造和工作原理。安培力是磁场力中的一种，通电导线在磁场中受到安培力的作用后，根据导体的运动状态，可结合力学知识进行相关的计算。
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
安培力
通电导线再磁场中受到的力称为安培力。2安培力的方向(1)探究与安培力方向有关的因素安培力的方向与磁场方向、电流方向有关。(2)安培力方向的特点安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.(3)安培力方向的判定——左手定则伸开左手，使拇指跟其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进，并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。3.安培力的大小(1)公式
F=BILsinθ=B⊥IL(2)适用条件直导线，且导线所在位置的磁感应强度相同。4.磁电式电流表(1)电流表的组成及磁场分布①电流表的组成电流表主要由极靴、铁质圆柱、线圈、螺旋弹簧、指针刻度盘等部分组成。②电流表中磁场分布的特点电流表中极靴与铁质圆柱之间的磁场是均匀辐向分布的(2)电流表的工作原理①线圈的转动是怎样产生的?②线圈为什么不直转下去?③为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱?④如何根据指针偏转的方向来确定被测电流的方向?
⑤电流表的刻度为什么是均匀的?⑥使用时要特别注意什么?
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精品试卷·第
2
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