人教版高中物理选择性必修第二册第一章1磁场对通电导线的作用力课件

1．磁场对通电导线的作用力第一章

安培力与洛伦兹力整体感知·自我新知初探[学习任务]

任务1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F＝IlB或F＝IlBsin

θ，明确它们的使用条件。任务2．知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。任务3．了解磁电式电流表的工作原理。[问题初探]

问题1．左手定则的内容是什么？问题2．垂直于磁场B的方向放置长为l的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力是多少？问题3．磁电式电流表依据的物理学原理是什么？[自我感知]经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。探究重构·关键能力达成[链接教材]

观察安培力的方向的实验装置，如图所示。实验中上下交换磁极的位置改变磁场的方向，观察导体棒摆动方向是否改变？实验中改变导体棒中电流的方向，观察导体棒摆动方向是否改变？知识点一安培力的方向提示：改变；改变。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________的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于_____所决定的平面。提醒：(1)电流方向和磁场方向不一定垂直。(2)安培力的方向一定和电流方向、磁场方向都垂直。通电导线从掌心垂直进入电流拇指所指B和I利用如图所示的实验装置进行实验。问题1．上下交换磁极的位置以改变磁场方向，细铜杆受力的方向是否改变？提示：受力的方向改变。问题2．改变细铜杆中电流的方向，细铜杆受力的方向是否改变？提示：受力的方向改变。问题3．交换磁极的位置同时改变细铜杆中电流的方向，细铜杆受力的方向是否改变？提示：受力的方向不变。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，拇指、其余四指和磁感线三者方向两两垂直。(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，拇指与四指、拇指与磁感线方向均垂直，但磁感线与四指方向不垂直。2．安培定则与左手定则对比理解

安培定则左手定则用途判断电流产生的磁场方向判断通电导线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3．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。【典例1】

(左手定则的应用)下列四图中静止导体棒所受安培力F的方向描述正确的是(

)A．磁场垂直于导轨水平面向上，安培力F水平向左B．磁场与导轨水平面成θ角斜向右上方，安培力F水平向右C．磁场垂直于导轨斜面向上，安培力F平行于斜面D．磁场沿悬线斜向右下方，安培力F沿y轴正方向√向上C

[磁场垂直于导轨水平面向上，根据左手定则可知，安培力F水平向右，故A错误；磁场与导轨水平面成θ角斜向右上方，根据左手定则可知，安培力F斜向右下方，与竖直方向夹角为θ，故B错误；磁场垂直于导轨斜面向上，根据左手定则可知，安培力F平行于斜面向上，故C正确；磁场沿悬线斜向右下方，安培力F斜向上方，方向与y轴成θ角，故D错误。故选C。]规律方法

判断安培力方向常见的两类问题1．____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．当磁感应强度B的方向与通电导线的方向____时，导线所受安培力为_。3．当磁感应强度B的方向与________成θ角时，导线所受安培力F＝_________。知识点二安培力的大小提醒：当通电导线中的电流方向与磁场方向既不平行也不垂直时，将磁场方向分解成沿电流方向与垂直于电流方向。垂直IlB平行0电流方向IlBsin

θ问题1．在如图甲所示探究影响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：F＝IlB。问题2．当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力为多大？提示：0。问题3．如图乙，当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力还是IlB吗？提示：不是。对公式F＝IlBsin

θ的理解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，sinθ＝1，公式变为F＝IlB。(2)当θ＝0时，即B∥I，F＝0。(3)若磁场方向和电流方向成θ角时，如图所示。可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsin

θ和B∥＝Bcos

θ，而B∥对通电导线是没有作用力的。所以F＝IlB⊥＝IlBsin

θ。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段的长度(如图中虚线所示)；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。【典例2】

(安培力的计算)如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力的大小。A

BC

D

E

解题技巧

应用安培力公式F＝IlBsin

θ解题的技巧应用公式F＝IlBsin

θ求安培力大小时不能死记公式，应正确理解公式中各物理量的实质，可将Bsin

θ理解为有效磁感应强度或将lsin

θ理解为有效长度，θ为磁场方向与直导线l之间的夹角。【典例3】

(安培力大小的比较)等边三角形电阻丝与电源构成如图所示电路，D、E分别是BC、AC的中点，当线圈处在同一匀强磁场的不同位置时，线圈所受安培力最小的是(

)√A

BC

D

1．磁电式电流表的构造特点(1)构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。(如图甲所示)(2)特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿____方向均匀分布，使线圈平面都与磁感线____，使表盘刻度____。(如图乙所示)知识点三磁电式电流表半径平行均匀2．原理(1)通电线圈在磁场中受______作用发生____，螺旋弹簧变形，以____线圈的转动。(2)电流越大，安培力就越大，线圈偏转的____也越大，所以根据线圈偏转的____，可以确定被测电流的____；根据指针偏转的____，可以知道被测电流的方向。3．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，允许通过的电流很弱。安培力转动反抗角度角度大小方向很弱磁电式电流表中磁场分布如图所示，结合安培力大小的决定因素，思考磁场分布的特点。问题1．这样的磁场是匀强磁场吗？提示：不是。问题2．以铁芯为中心的圆周上，磁感应强度B有什么特点？提示：大小相等，方向不同。问题3．表盘的刻度是均匀的吗？为什么？提示：均匀。因为线圈转动时，它的两个边所经过位置的磁场强弱都相同，使线圈转过的角度与电流成正比，从而使得表盘的刻度均匀。1．工作原理如图乙所示，当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则知，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是架在轴上的线圈就要转动，通过转轴收紧螺旋弹簧使其变形，反抗线圈的转动，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。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。2．磁场特点(1)方向：均匀地沿径向分布。(2)大小：在距轴线等距离处的磁感应强度大小相等。3．安培力的特点(1)方向：安培力的方向与线圈平面垂直。(2)大小：安培力的大小与通过的电流成正比。4．表盘刻度特点由于导线在安培力作用下带动线圈转动，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变就越大。指针偏角与通过线圈的电流I成正比，表盘刻度均匀。【典例4】

(磁电式电流表)磁电式电流表的构造如图甲所示。在蹄形磁体的两极间有一个可以绕轴转动的线圈，转轴上装有螺旋弹簧和指针，如图乙所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布。当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，如图丙所示，螺旋弹簧被扭动，线圈停止转动时满足NBIS＝kθ，式中N为线圈的匝数，S为线圈的面积，I为通过线圈的电流，B为磁感应强度，θ为线圈(指针)偏角，k是与螺旋弹簧有关的常量。不考虑电磁感应现象。下列说法错误的是(

)

√

规律方法

磁电式电流表工作原理(1)通电线圈在磁场中受到安培力而转动，线圈转动时，螺旋弹簧形变，以反抗线圈的转动。(2)线圈偏转的角度越大，被测电流就越大。根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向。【教用·备选例题】如图甲是磁电式电流表的结构图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。线圈中a、b两条导线长度均为l，未通电流时，a、b处于图乙所示位置，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。通电后，a导线中电流方向垂直纸面向外，大小为I，则(

)A．该磁场是匀强磁场B．线圈平面总与磁场方向垂直C．线圈将逆时针转动D．a导线受到的安培力大小始终为BIl√D

[由题图乙可知，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，磁感应强度大小均为B，但方向均不相同，因此该磁场不是匀强磁场，A错误；由题图乙可知，线圈平面总与磁场方向平行，B错误；通电后，a导线中电流方向垂直纸面向外，b导线中电流方向垂直纸面向里，由左手定则判定，a导线受安培力方向向上，b导线受安培力方向向下，则线圈将顺时针转动，C错误；a导线中电流方向始终与磁场方向垂直，磁感应强度B与电流I均大小不变，由安培力公式可知，a导线受到的安培力大小始终为BIl，D正确。故选D。]应用迁移·随堂评估自测1．下列关于静电场和磁场的说法正确的是(

)A．放入静电场某处的试探电荷所受电场力为零，则该处的电场强度一定为零B．放入磁场某处的一小段通电直导线所受安培力为零，则该处的磁感应强度一定为零C．放入静电场某处的试探电荷所受电场力的方向与该处电场强度的方向一定相同D．放入磁场某处的一小段通电直导线所受安培力的方向与该处磁感应强度的方向一定相同√243题号1A

[根据公式F＝qE可知，若试探电荷在静电场某处不受电场力的作用，则该处的电场强度一定为零，故A正确；一小段通电直导线放入磁场受到的安培力大小为F＝BIlsin

θ，其中θ是电流方向与磁感应强度方向的夹角，若一小段通电直导线在磁场某处不受安培力的作用，可能是导线与磁场平行，则该处的磁感应强度不一定为零，故B错误；正试探电荷所受电场力的方向与电场强度的方向相同，负试探电荷所受电场力的方向与电场强度的方向相反，故C错误；一小段通电直导线在磁场某处所受安培力的方向与该处磁感应强度的方向是垂直关系，故D错误。故选A。]243题号12．把长为20cm的直导线全部放入磁感应强度为5×10-3T的匀强磁场中，当直导线中通以0.1A的电流时，该直导线受到的磁场力大小可能为(

)A．8×10-5N

B．1.2×10-4NC．1.6×10-4N

D．2×10-4N23题号14√A

[当直导线与磁场方向平行时，该直导线受到的磁场力大小为0；当直导线与磁场方向垂直时，该直导线受到的磁场力大小为F＝BIl＝5×10-3×0.1×0.2N＝1×10-4N，则该直导线受到的磁场力大小满足0≤F≤1×10-4N，故选A。]

23题号41√

4．画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)。243题号1A

B

CD

E

F[解析]

无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则。对于A、B、C、D选项，直接用左手定则判断。E选项中由安培定则可判断出通电导线A处的磁场方向如图甲所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图甲所示。F选项中由安培定则可判断出通电导线A处的磁场如图乙所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图乙所示。243题号1243题号1[答案]

如图所示A

B

CD

E

F回归本节知识，完成以下问题：(1)当已知电流方向，要判断其产生的磁场方向时，选用什么定则？当已知通电导线电流方向和磁场方向，要判断其所受安培力的方向时，选用什么定则？提示：安培定则；左手定则。(2)长为l的通电导线放在匀强磁场中，所受安培力一定是F＝IlB

吗？提示：不一定，条件是当B垂直于I时，F＝IlB才成立。(3)用磁电式电流表测量电流时，通电线圈的左右两边受到的安培力的大小是否随着线圈的转动而变化呢？提示：线圈左右两边受到的安培力的大小不变。阅读材料·拓宽物理视野电磁炮和电磁弹射器原理电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进武器，与传统的火药推动的大炮相比，电磁炮可以大大提高弹丸的速度和射程。电磁弹射器和电磁炮的原理是一样的，把电磁炮的体积和驱动电流大大加强，就可以用抛射体牵引飞机从航空母舰上起飞，这就是航空母舰上帮助舰载机起飞的电磁弹射器，它比上一代的蒸汽弹射器更为优越。下面仅介绍电磁炮的一种常见类型——轨道式电磁炮。轨道式电磁炮由两条发射轨道和一个导电的抛射物组成，强大的电流由一条轨道流入，经抛射物后再由另一根轨道流回，如图甲所示。图乙是轨道式电磁炮的模型化原理图。根据直线电流的安培定则，图乙中下方轨道的电流在抛射物处产生的磁场垂直于纸面向外，上方轨道的电流在抛射物处产生的磁场同样垂直纸面向外，如图乙中符号·所示，可见抛射物中部磁场被成倍地加强。当电流流经抛射物时，抛射物因载有电流而受到向右的安培力F，从而使抛射物沿轨道向右抛射出去。显然，电流I越大、磁感应强度B越大，抛射物所受安培力F就越大，抛射物的抛射初速度也就越大。电磁炮的优点：①发射抛射物的初速度大，所以电磁炮的射程远、命中率高，是打击坦克、飞机等活动目标的理想武器；②相对传统方式，电磁炮的发射成本低，并易于连续发射；③由于电磁炮发射时不使用火药，因此没有巨大的声响，而且使用安全；④可以发射质量较大的物体。问题若抛射物的质量m＝2.2g，加速达到的速度为v＝10km/s，轨道宽l＝2m，长s＝100m，通过的电流I＝10A。(不计摩擦)(1)轨道间的匀强磁场的磁感应强度B是多少？(2)磁场力的最大功率多大？提示：(1)在导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为F＝IlB

①设炮弹的加速度的大小为a，F＝ma ②炮弹在两导轨间做匀加速运动v2＝2as ③联立①②③代入题给数据得F＝1100N，B＝55T。(2)磁场力的最大功率P＝Fv

解得P＝1.1×107W。题号课时分层作业(一)磁场对通电导线的作用力13524687910111213√

题组一安培力的方向1．通电导线在匀强磁场受到的安培力F的方向正确的是(

)A

BC

DC

[磁感应强度垂直纸面向外，左手手掌朝向纸面，使磁感线穿过手心，四指指向电流方向(向上)，大拇指与四指垂直，此时大拇指指向右侧，即安培力F应垂直于导线向右，故A错误；通电导线与磁感线平行，不受安培力作用，故B错误；磁感应强度垂直纸面向里，左手手背朝向纸面，使磁感线穿过手心，四指指向电流方向(右上)，大拇指与四指垂直，此时大拇指指向左上，即安培力F应垂直于导线指向左上，故C正确；磁感应强度向右，左手手掌朝向左侧，使磁感线穿过手心，四指指向电流方向(垂直纸面向里)，大拇指与四指垂直，此时大拇指指向下方，即安培力F应垂直于导线向下，故D错误。故选C。]题号13524687910111213题号21345687910111213√2．(多选)如图所示，ab和cd为固定在同一水平面内的平行光滑金属导轨，直导体棒MN跨接在两导轨上，与两导轨垂直。为使MN向右运动，下列操作可行的是(

)A．将a接电源正极，c接电源负极，空间加竖直向下的匀强磁场B．将a接电源正极，c接电源负极，空间加竖直向上的匀强磁场C．将a接电源负极，c接电源正极，空间加竖直向上的匀强磁场D．将a接电源负极，c接电源正极，空间加竖直向下的匀强磁场√题号21345687910111213AC

[结合电流方向及磁场方向，根据左手定则可知将a接电源正极，c接电源负极，空间加竖直向下的匀强磁场或将a接电源负极，c接电源正极，空间加竖直向上的匀强磁场都可以使MN向右运动。故选AC。]题号32456879101112131√

C

[由题知，bc边电流与磁场平行，则bc边不受安培力，整个导线所受安培力为ab边导线受到的安培力，为2BIl，C正确。]题号42356879101112131√4．如图所示，在固定的a、b间分别连接一段长度和形状不同的导线1、2、3，1为直线段，2为三边长度相同的直角折线段，3为半圆形线段，三段导线均通以相同恒定电流I，且均处于垂直纸面的同一匀强磁场中(图中未画出)，则三段导线所受磁场作用力的大小关系正确的是(

)A．F1>F2>F3

B．F2>F3>F1C．F1＝F2>F3

D．F1＝F2＝F3D

[a、b间通电导线的有效长度相等，则所受磁场力大小相等。故选D。]题号24536879101112131√5．如图所示，通有恒定电流的直导线Oa可围绕O点在纸面内转动，初始时刻导线Oa与匀强磁场垂直，此时导线Oa受到的安培力大小为F，当导线Oa逆时针转动θ时，所受安培力的大小和方向为(

)A．Fsin

θ，垂直纸面B．Fcos

θ，垂直纸面C．Fsin

θ，平行纸面D．Fcos

θ，平行纸面题号24536879101112131B

[初始时刻导线Oa与匀强磁场垂直，此时导线Oa受到的安培力大小为F＝BIl，当导线Oa逆时针转动θ时，把磁场分解在垂直电流与平行电流方向上，则导线所受安培力的大小为F＝B⊥Il＝Bcos

θ·Il＝BIlcos

θ，根据左手定则判断知安培力方向垂直纸面。故选B。]题号24536879101112131√

题组三磁电式电流表6．(多选)根据对磁电式电流表的学习，判断以下说法正确的是(

)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√√题号24536879101112131ABD

[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＝IlB，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射分布，线圈平面都跟磁感线平行，但辐射状磁场的磁感线方向不同，并不是匀强磁场，故C错误；磁场呈辐射状，故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。]题号24537689101112131√7．如图甲所示为某磁电式电流表的原理图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，其磁感应强度的大小处处相等，都为B，一边长为l的正方形线圈处在磁场中，方向如图乙，当通有大小为I的电流时，下列说法正确的是(

)A．由于磁感应强度的大小处处相同，则该磁场为匀强磁场B．穿过正方形线圈的磁通量大小为Bl2C．正方形线圈的左边导线受到大小为BIl、方向向上的安培力D．正方形线圈的右边导线受到大小为BIl、方向向上的安培力题号24537689101112131C

[磁感应强度的大小相同，但方向不同，则该磁场不是匀强磁场，故A错误；因磁感应强度和线圈平面平行，穿过正方形线圈的磁通量大小为零，故B错误；正方形线圈的左边导线受到的安培力大小为BIl，由左手定则可知方向向上，故C正确；正方形线圈的右边导线受到大小为BIl、方向向下的安培力，故D错误。]题号24538679101112131√

题号24538679101112131

题