高二物理（人教版）学案 选择性必修二 第一章 第1节　磁场对通电导线的作用力

6/6第一章安培力与洛伦兹力第1节磁场对通电导线的作用力(强基课—逐点理清物理观念)课标要求学习目标1.通过实验,认识安培力。2.能判断安培力的方向,会计算安培力的大小。3.了解安培力在生产生活中的应用。1.掌握安培力的概念、大小和方向及左手定则。2.应用安培力公式计算安培力的大小。3.观察磁电式电流表的结构,知道其工作原理。逐点清(一)安培力的方向[多维度理解]1．安培力：__________在磁场中受的力。2．决定安培力方向的因素(1)________方向；(2)________方向。3．左手定则：伸开________，使拇指与其余四个手指________，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从________垂直进入，并使四指指向__________，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。4．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，即垂直于电流I和磁场B所在的平面。5．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。1．安培定则与左手定则的选取原则2．两平行通电直导线的相互作用规律(1)同向电流互相吸引；(2)反向电流互相排斥。[全方位练明]1．下列各选项图中，F是磁场对通电直导线的作用力，其中正确的示意图是()2．(2024·宁夏银川期末)在赤道上空，有一条沿东西方向水平架设的导线，当导线中的自由电子自西向东沿导线做定向移动时，导线受到地磁场的作用力的方向为()A．向北 B．向南C．向上 D．向下3．画出下列各图中磁场对通电导线的安培力的方向。逐点清(二)安培力的大小[多维度理解]1．安培力的大小(1)当通电导线垂直于磁场B的方向放置：F＝________。(2)当通电导线平行于磁场B的方向放置：F＝______。(3)如图所示，当通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时：F＝IlB⊥＝________。2．对安培力表达式F＝IlBsinθ的理解(1)公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夹角①当θ＝90°时，即B⊥I，sinθ＝1，公式为F＝IlB。②当θ＝0°时，即B∥I，F＝0。(2)公式F＝IlBsinθ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。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。3．安培力的叠加当通电导线同时处于几个磁场中时，每个磁场对通电导线都有作用力，通电导线所受合力是各个安培力的矢量和。[全方位练明]1．(多选)如图所示的四幅图中，导体棒的长度均为L，匀强磁场的磁感应强度大小均为B，在各导体棒中通有相同的电流I，则下列选项正确的是()A．图甲中导体棒所受的安培力大小为BILB．图乙中导体棒所受的安培力大小为BILC．图丙中导体棒所受的安培力大小为eq\f(\r(3),2)BILD．图丁中导体棒所受的安培力大小为eq\f(\r(3),2)BIL2．(2024年1月·广西高考适应性演练)半径为0.1m的圆内有匀强磁场，磁感应强度B大小为0.4T，现将一单匝正方形线框放入磁场，线框平面与磁场方向垂直，其中一顶点与圆形磁场区域的圆心O点重合，如图，当通过线框的电流I为1A时，线框所受的安培力大小为()A.eq\f(1,25)N B.eq\f(\r(2),25)NC.eq\f(2,25)N D.eq\f(π,50)N3．(2024·广东湛江期末)如图所示，将一根同种材料、粗细均匀的导体围成半径为R的闭合线圈，固定在垂直线圈平面、磁感应强度为B的匀强磁场中(未画出)。C、D两点将线圈分为上、下两部分，且C、D两点间上方部分的线圈所对应的圆心角为120°。现有大小为I的恒定电流自C点流入、D点流出，则闭合线圈受到的安培力大小为()A.eq\r(3)BIR B.eq\r(2)BIRC．BIR D．0逐点清(三)磁电式电流表[多维度理解]1．磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁体、极靴(软铁制成)、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯(软铁制成)。2．磁电式电流表的工作原理：通电线圈因受安培力而转动。(1)被测电流越大，__________的角度越大。螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。这两种转动的效果叠加在一起，指针随之发生偏转；最终达到平衡，指针停止偏转。所以根据指针偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小。(2)当线圈中电流方向改变时，______________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________________。3．磁电式电流表的特点(1)极靴和铁芯之间是沿________方向均匀分布的磁场。(2)线圈平面始终与磁感线________。(3)表盘刻度均匀分布。4．磁电式电流表的优点：灵敏度高，可以测量________的电流。5．磁电式电流表的缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流________。1．磁电式电流表的磁场特点两磁极间装有极靴，极靴中有铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，所受安培力的方向总与线圈平面垂直，使表盘刻度均匀。2．磁电式电流表的灵敏度(1)电流表的灵敏度：是指在通入相同电流的情况下，指针偏转角度的大小，偏角越大，灵敏度越高。(2)提高灵敏度的方法：在通入相同电流的情况下使线圈所受的安培力增大，可通过增加线圈的匝数、增大永磁体的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。[典例](2024·浙江金华期末)如图甲所示为磁电式电流表的结构图，图乙为其内部结构示意图，在极靴和铁质圆柱间存在磁场，电流通过电表接线柱流入线圈，在安培力作用下发生偏转，与螺旋弹簧的反向作用平衡后，指针指示电流大小。下列说法正确的是()A．铁质圆柱将磁场屏蔽，内部没有磁场B．线圈所处位置是匀强磁场C．若更换更强的磁场，将增大电流表的量程D．运输过程中把电表正负接线柱用导线相连可减缓指针摆动幅度听课记录：[全方位练明]1．(多选)关于磁电式电流表，以下说法正确的是()A．指针稳定后，螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向是相反的B．通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大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大小有关，而与所处位置无关2．(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是均匀辐向分布的。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法中正确的是()A．在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．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D．当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动学习讲义答案第一章安培力与洛伦兹力第1节磁场对通电导线的作用力逐点清(一)[多维度理解]1．通电导线2.(1)磁场(2)电流3.左手垂直掌心电流的方向拇指[全方位练明]1．选B根据左手定则可知，题图A中通电直导线所受安培力的方向垂直导线斜向上，题图B中通电直导线所受安培力的方向水平向右，题图C中通电直导线所受安培力的方向竖直向下，题图D中通电直导线所受安培力的方向水平向左。故正确的示意图为B。2．选D当导线中的自由电子自西向东沿导线做定向移动时，则导线中的电流方向由东向西。在赤道上空，地磁场的方向从南向北，根据左手定则可判断安培力的方向竖直向下，故选D。3.逐点清(二)[多维度理解]1．(1)IlB(2)0(3)IlBsinθ[全方位练明]1．选BD题图甲中，因电流方向与磁场方向平行，所以导体棒所受安培力为零；题图乙中，电流方向与磁场方向垂直，则导体棒所受安培力的大小为F乙＝BIL；题图丙中，电流方向与磁场方向垂直，则导体棒所受安培力的大小为F丙＝BIL；题图丁中，电流方向与磁场方向成60°角，则导体棒所受安培力的大小为F丁＝BILsin60°＝eq\f(\r(3),2)BIL。故选B、D。2．选B线框在磁场中的有效长度L＝eq\r(2)R＝eq\f(\r(2),10)m，安培力大小为F＝BIL＝eq\f(\r(2),25)N，故选B。3．选A由几何关系可知，C、D两点间的距离为L＝Rsin60°×2＝eq\r(3)R，由等效思想可知，闭合线圈受到的安培力的大小为F安＝BI上L＋BI下L＝BL(I上＋I下)＝BIL＝eq\r(3)BIR，故选A。逐点清(三)[多维度理解]2．(1)线圈偏转(2)安培力的方向被测电流的方向3．(1)半径(2)平行4.很弱5.很弱[典例]选D铁质圆柱没有将磁场屏蔽，内部有磁场，故A错误；线圈所处位置的磁场是均匀地辐向分布，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，故B错误；若更换更强的磁场，安培力增大，会减小电流表的量程，故C错误；运输过程中把电表正负接线柱用导线相连，电流表短路，指针摆动时产生感应电流，感应电流受到安培力作用，可减缓指针摆动幅度，故D正确。[全方位练明]1．选ABD螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向相反，线圈才能停止转动，使指针稳定。电流表内磁场是均匀辐向磁场，在线圈转动的范围内，不管线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈左右两边所在处的磁感应强度大小相等、方向不同，安培力大小与电