磁场对通电导线的作用力-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第二册

第一章1磁场对通电导线的作用力学习目标1.通过实验,认识安培力,探究安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向之间的关系,体会相互作用观。(物理观念、科学探究)2.会根据磁感应强度的定义式推导安培力的公式F=IlBsinθ,并会进行有关计算。(科学思维)3.知道磁电式电流表的基本构造及测量电流大小、确定电流方向的基本原理。(科学思维)基础落实·必备知识全过关基础转化·夯实基础提能力目录索引

重难探究·能力素养全提升学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、安培力的方向1.安培力______________在磁场中受的力称为安培力。

2.影响因素安培力的方向与

方向、

方向有关。

通电导线

磁场

电流

3.左手定则(1)用左手定则判断安培力的方向:伸开

手,使拇指与其余四个手指

___________,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从掌心垂直进入,并使四指指向

的方向,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。

(2)安培力方向的特点:不管电流方向与磁场方向是否垂直,安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面,即总有F⊥I且F⊥B。安培力的方向垂直于电流和磁场决定的平面

左

垂直

电流

拇指

二、安培力的大小如图甲、乙、丙所示,导线电流为I、长度为l,磁场的磁感应强度为B,则:1.如图甲所示,通电导线与磁感应强度方向垂直,此时安培力F=__________。

2.如图乙所示,通电导线与磁感应强度方向平行,此时安培力F=

。

3.如图丙所示,通电导线与磁感应强度方向成θ角,此时安培力F=

______________。夹角影响安培力的大小

IlB0IlBsinθ三、磁电式电流表1.磁电式电流表各部件的名称:①永磁体,②极靴,③软铁,④螺旋弹簧,⑤线圈,⑥指针。2.原理:通电线圈在磁场中受到

而转动。被测电流越大,线圈偏转的角度就

。根据指针的

,可以知道被测电流的方向。3.特点:极靴与铁质圆柱间的磁场都沿

方向,线圈无论转到什么位置,它的平面都跟磁感线

,且线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都

。

4.优点:灵敏度高,可以测出

的电流。

缺点:线圈的导线很细,允许通过的电流

。

【要点提示】

磁电式电流表是通电导体在磁场中受安培力的应用。不是匀强磁场

安培力

越大

偏转方向

半径

平行

相等

很弱

很弱

微思考·情境探究情境1如图所示,一匀强磁场磁感应强度为B,长为L的导线通电流I。导线垂直于磁场时受力多大?若转过一定角度与磁场平行,受力又为多大?提示

垂直时F=BIL;平行时sin

0°=0,安培力F=0。情境2电磁炮发射的原理图如图所示,电磁炮发射的炮弹凭借极高的动能和精确度,不需要爆炸弹头就能对目标实施打击。电磁炮发射弹头时什么力提供动力呢?提示

安培力。

情境3如图所示,当磁感应强度的方向与电流方向不垂直时,研究磁场对通电导线的力,为什么只要研究B∥和B⊥对通电导线的作用力,然后求它们的合力就行了?提示

因为磁感应强度是矢量,B∥和B⊥与B是等效替代关系,因此B对通电导线的作用力和B∥与B⊥对通电导线作用力的合力是相同的。基础转化·夯实基础提能力基础转化点1安培力的方向AI解读安培力方向是本节核心判断技能,用左手定则判定。它是磁场、电流、受力三者空间关系的入门,常出现在导线、金属棒、导轨等情境中,是选择题和受力分析的必考内容,理解不清会直接影响后续洛伦兹力的学习。1.(2026重庆沙坪坝期中)如图所示,下列选项中分别标明了通电直导线中电流I、匀强磁场的磁感应强度B和通电导线所受安培力F的方向,正确的是(

)A解析根据左手定则可知,A项所示情境中,通电导线所受安培力方向垂直于导线向上,故A正确;B项所示情境中,通电导线所受安培力方向垂直于导线向下,故B错误;C项所示情境中,由于电流方向与磁场方向平行,则通电导线不受安培力作用,故C错误;D项所示情境中,通电导线所受安培力方向垂直于导线向右,故D错误。基础转化点2安培力的大小AI解读安培力大小由F=BILsin

θ

决定,关键看电流与磁场夹角。垂直时最大,平行时为零,是计算题基础。常在磁场中导线、线圈受力、平衡问题中出现,是从定性判断走向定量计算的重要过渡。2.现有一段长L=0.2m、通有电流I=2.5A的直导线,则关于此导线在磁感应强度为B的磁场中所受安培力F的情况,下列说法正确的是(

)A.如果B=2T,则F一定为1NB.如果F=0,则B也一定为零C.如果B=4T,则F有可能为2ND.当F为最大值时,通电导线一定与B平行C解析当导线与磁场方向垂直时,所受安培力F最大,此时F=BIL,当导线与磁场方向平行时,F=0,当导线与磁场方向成任意其他角度时,0<F<BIL,故A、D错误,C正确;磁感应强度是磁场本身的性质,与力F无关,故B错误。3.(2026浙江嘉兴期中)如图所示,甲、乙、丙、丁四幅图中,直导体棒的长度均为L,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,则下列选项描述正确的是(

)

B

基础转化点3通电导线的相互作用力AI解读两根平行通电导线会因彼此磁场产生相互作用力,同向吸引、反向排斥。它是安培力的典型综合应用,常以判断受力方向、分析运动趋势出现,帮助理解磁场的物质性,也是连接电流磁场与安培力的关键桥梁。4.一研究平行通电直导线之间相互作用的实验装置如图所示。接通电路后发现两根导线均发生形变,此时通过导线M和N的电流大小分别为I1和I2,已知I1<I2,方向均向上。若用F1和F2分别表示导线M与N受到的安培力,则下列说法正确的是(

)A.两根导线相互排斥B.为判断F1的方向,需要知道I1和I2的合磁场方向C.两个力的大小关系为F1<F2D.仅增大电流I2,F1、F2会同时都增大D解析根据安培定则可知,导线N在M处产生的磁场方向垂直于纸面向外,根据左手定则可知,导线M所受安培力向右,同理,导线N所受安培力向左,可知两根导线相互吸引,故A错误;为判断导线M所受安培力F1的方向,需要知道I2在M处的磁场方向和I1的方向,故B错误;F1、F2是一对相互作用力,大小总是相等,则仅增大电流I2,F1、F2会同时都增大,故C错误,D正确。

D解析a、b受到的安培力大小分别为F1、F2,根据牛顿第三定律可知F1=F2,故A、B错误;根据左手定则可知a所受安培力方向向右,b所受安培力方向向左,现施加一范围足够大的匀强磁场,使a受到的安培力大小变为0,根据FA=BIL可知,外加磁场对a的安培力大小等于F1,方向向左,而b受到外加磁场的安培力大小为2F1,两者受到外加磁场施加的安培力方向相同,所以b受到的安培力大小变为F=2F1+F2=F1+2F2,故C错误,D正确。重难探究·能力素养全提升命题角度一安培力与电路的综合问题

例题1如图所示,将一粗细均匀且由同种材料制成的线圈①放入匀强磁场中,磁场的方向垂直线圈所在平面向里,线圈的上部分为半圆,下部分为等边三角形的两边②,线圈的A、B两端接一电源③,线圈下部分所受安培力的大小为F0,则整个线圈所受安培力的大小为(

)

A

教你析题读取题干获取信息①上下两部分的电阻与长度成正比②上下两部分的电阻之比③上下两部分的电流之比教你破题命题角度二磁电式电流表1.工作原理

2.电流表表盘刻度均匀的原因

例题2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。蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布,如图乙所示。当电流通过线圈时,线圈在安培力的作用下转动,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,由题中的信息可知(

)

C

学以致用·随堂检测全达标知识点1

安培力方向的判定

CA.在纸面内斜向上

B.在纸面内斜向下C.垂直纸面向里

D.垂直纸面向外【解析】

电源、金属杆、导线和水银组成闭合电路，金属杆中有斜向左上方的电流通过，题中图示位置磁场方向斜向右上，根据左手定则可知，导电金属杆受到的安培力垂直纸面向里，故选C。2.微元思想

[2026浙江杭州期末考试]如图（a）所示，扬声器中有一线圈处于磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸CA.当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里B.当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向水平向右C.当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里D.当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向水平向左盆振动，发出声音；俯视图（b）表示处于辐射状磁场中的线圈（线圈平面即纸面），磁场方向如图中箭头所示。在图（b）中(

)

CA.

B.