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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力一等奖ppt课件
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力一等奖ppt课件，共49页。PPT课件主要包含了新课导入，新课讲解，课堂总结，巩固提升，CONTENTS，PART01，PART02，安培力的方向，典例精析，答案B等内容，欢迎下载使用。
电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。自然条件下炮弹速度可达近万m/s，射程320km，杀伤能量32兆焦。炮弹的发射是利用电磁系统中电磁场对炮弹导电底座的作用力。
炮弹的动力来源：磁场对电流的作用力！为了纪念安培，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。
探究安培力的方向与哪些因素有关
交换磁极的位置， 观察受力方向是否改变。
改变导线中电流的方向， 观察受力方向是否改变。
①安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面
②B 与 I 不一定垂直.
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。
判定以下通电导线所受安培力的方向
例1．在下列四幅图中，能正确标明通电直导线所受安培力F方向的是( )
【解析】根据左手定则判断可知，安培力竖直向下，A错误；根据左手定则判断可知，安培力竖直向下，B正确；根据左手定则判断可知，安培力竖直向下，C错误；根据左手定则判断可知，安培力垂直纸面向外，D错误。
练习：判定以下通电导线所受安培力的方向
判断电流在磁场中的受力方向
四个手指弯曲的方向指向电流的环绕方向
大拇指指向轴线上的磁感线方向
四个手指弯曲的方向表示磁场的方向
磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向
大拇指指向电流所受到的安培力的方向
左手定则和安培定则对比：
１.画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。
【解析】(1)中电流与磁场垂直，由左手定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示。
(2)中条形磁铁在A处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)中由安培定则可判断出A处合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)中由安培定则可判断出A处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示。
１.(多选)(2019·江苏高考)如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是( )
A．均向左 B．均向右C．a的向左，b的向右D．a的向右，b的向左
【解析】a、b的电流均向左或均向右时，根据通电直导线产生的磁场及其分布和叠加可知，在a、b导线附近的磁场方向相反，则由左手定则可以判断平行于a、b导线的矩形线框的两边受力的方向相同，线框所受的合力不为0，故不可能静止，选项A、B错误；a、b的电流方向相反时，在a、b导线附近的磁场方向相同，平行于a、b导线的矩形线框的两边受力的方向相反，用对称性也可以判断线框的另外两边所受的磁场力也大小相等方向相反，故线框处于平衡状态，选项C、D正确。
2．如图所示，O为圆心，KN、LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，此时回路( )A.将向左平动B．将向右平动C．将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动D．KL边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动
【解析】因为通电直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，磁感线与KN边、LM边平行，所以KN边、LM边均不受力。根据左手定则可得，KL边受力垂直纸面向外，MN边受力垂直纸面向里，故D项正确。
３．(2021·广东选择考)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1≫I2，电流方向如图所示。下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是( )
【解析】因I1≫I2，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线要受到中心直导线吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线要受到中心直导线排斥的安培力，形成凸形，故发生形变后的形状如图C。
平行通电导线间是相互吸引还是相互排斥？
能否用今天所学知识分析他们之间的作用力？
结论： 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥
思考题题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用
垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，所受的安培力F为：
②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时：
①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时：
思考：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？
把磁感应强度B分解为两个分量：
B2对通电导线不产生安培力，仅由B1决定安培力：
通电直导线与磁场方向夹角为θ时
即F=ILB1，将B1=Bsinθ代入得： F=ILBsinθ（θ为B与I之间的夹角）
对安培力大小计算公式的深刻理解：①公式F＝ILB中L指的是“有效长度”． 当B与I垂直时，F 最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0.②弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直接的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端向末端．
例题２.如图所示，质量为m、长为l的导体棒MN电阻为R，初始时静止于光滑平行的水平轨道上，轨道间距也为l，电源电动势为E，内阻不计。匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成θ角斜向上，开关闭合后导体棒开始运动，则( )
A．导体棒向左运动B．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEl／RC．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEl sin θ／RD．开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为BEl／mR
【解析】开关闭合，由左手定则可知，导体棒受到的安培力斜向右下，导体棒向右运动，A错误；当开关闭合瞬间，根据安培力公式F＝BIl，且I＝E／R，可得F＝BlE／R，B正确，C错误；当开关闭合瞬间，安培力的方向与导轨成(90°－θ)角，由牛顿第二定律与安培力的大小可知，加速度a＝BEl sin θ／mR，D错误。
1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
①最基本的是磁铁和线圈。
②铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
①蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，当电流通过线圈时线圈上跟线圈轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。
②磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。
③当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
【易错辨析】(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。( )(2)通电导线在磁场中不一定受安培力。 ( )(3)一通电导线放在磁场某处不受安培力，该处的磁感应强度不一定为零。 ( )(4)通有反方向电流的平行导线相互吸引。 ( )(5)磁电式电流表指针偏转角度与电流大小成正比。 ( )(6)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀强磁场。 ( )
1．(多选)某地的地磁场的磁感应强度大约是4.0×10－5 T，一根长500 m的导线，电流为10 A，则该导线受到的磁场力可能是( )A．0 B．0.1 N C．0.3 N D．0.4 N
【解析】当B与I垂直时，安培力大小为F＝BIl，知安培力的最大值为F最大＝BIl＝4×10－5×10×500 N＝0.2 N；当B与I平行时，安培力为0，为最小值，则可知安培力的大小范围为：0≤F≤0.2 N，A、B正确，C、D错误。
２.如图是磁电式电流表的部分结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场辐向均匀分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则( )A.该磁场是匀强磁场B．线圈平面总与磁场方向垂直C．线圈将沿逆时针方向转动D．a、b导线受到的安培力大小总为IlB
【解析】该磁场是辐向均匀分布的，不是匀强磁场，A错误；线圈平面总与磁场方向平行，B错误；根据左手定则可知，线圈a导线受到向上的安培力，b导线受到向下的安培力，线圈沿顺时针方向转动，C错误；a、b导线始终与磁场垂直，受到的安培力大小总为BIl，D正确。
电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。自然条件下炮弹速度可达近万m/s，射程320km，杀伤能量32兆焦。 炮弹的发射是利用电磁系统中电磁场对炮弹导电底座的作用力。
通电导线在磁场中受到的力
判定方法：左手定则特点：总垂直于B和I 确定的平面
构造： 原理：
通电线圈受安培力作用而转动
安培定则与左手定则的区别
一、通电导体运动方向的判断
1. 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈( ) A．向左运动 B．向右运动 C．静止不动 D．无法确定
2. 如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流 I 时，导线的运动情况是(从上往下看) ( ) A. 顺时针方向转动，同时下降 B. 顺时针方向转动，同时上升 C. 逆时针方向转动，同时下降 D. 逆时针方向转动，同时上升
二、安培力作用下通电导体的平衡
3. 质量为 m，长度为 L 的导体棒 MN 垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，垂直于电流方向且与导轨平面成 θ 角斜向下，如图所示，求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。
解析：画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN 受力分析，如图所示，对导体棒 MN 由平衡条件得：水平方向：Ff ＝ Fsin θ竖直方向：FN ＝Fcs θ＋mg安培力 F ＝ BIL，所以 M所受的支持力 FN ＝ BILcs θ＋mg所受摩擦力 Ff ＝ BILsin θ 答案：BILcs θ＋mg BILsin θ
4. 如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒 ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由 a 到 b 的稳定电流 I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法 ( ) A. 适当增大电流 I B. 将电流反向并适当改变大小 C. 适当增大磁场 D. 将磁场反向并适当改变大小
电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。自然条件下炮弹速度可达近万m/s，射程320km，杀伤能量32兆焦。炮弹的发射是利用电磁系统中电磁场对炮弹导电底座的作用力。
炮弹的动力来源：磁场对电流的作用力！为了纪念安培，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力。
探究安培力的方向与哪些因素有关
交换磁极的位置， 观察受力方向是否改变。
改变导线中电流的方向， 观察受力方向是否改变。
①安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面
②B 与 I 不一定垂直.
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。
判定以下通电导线所受安培力的方向
例1．在下列四幅图中，能正确标明通电直导线所受安培力F方向的是( )
【解析】根据左手定则判断可知，安培力竖直向下，A错误；根据左手定则判断可知，安培力竖直向下，B正确；根据左手定则判断可知，安培力竖直向下，C错误；根据左手定则判断可知，安培力垂直纸面向外，D错误。
练习：判定以下通电导线所受安培力的方向
判断电流在磁场中的受力方向
四个手指弯曲的方向指向电流的环绕方向
大拇指指向轴线上的磁感线方向
四个手指弯曲的方向表示磁场的方向
磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向
大拇指指向电流所受到的安培力的方向
左手定则和安培定则对比：
１.画出图中通电直导线A受到的安培力的方向。
【解析】(1)中电流与磁场垂直，由左手定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示。
(2)中条形磁铁在A处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)中由安培定则可判断出A处合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)中由安培定则可判断出A处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示。
１.(多选)(2019·江苏高考)如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是( )
A．均向左 B．均向右C．a的向左，b的向右D．a的向右，b的向左
【解析】a、b的电流均向左或均向右时，根据通电直导线产生的磁场及其分布和叠加可知，在a、b导线附近的磁场方向相反，则由左手定则可以判断平行于a、b导线的矩形线框的两边受力的方向相同，线框所受的合力不为0，故不可能静止，选项A、B错误；a、b的电流方向相反时，在a、b导线附近的磁场方向相同，平行于a、b导线的矩形线框的两边受力的方向相反，用对称性也可以判断线框的另外两边所受的磁场力也大小相等方向相反，故线框处于平衡状态，选项C、D正确。
2．如图所示，O为圆心，KN、LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，此时回路( )A.将向左平动B．将向右平动C．将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动D．KL边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动
【解析】因为通电直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，磁感线与KN边、LM边平行，所以KN边、LM边均不受力。根据左手定则可得，KL边受力垂直纸面向外，MN边受力垂直纸面向里，故D项正确。
３．(2021·广东选择考)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1≫I2，电流方向如图所示。下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是( )
【解析】因I1≫I2，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线要受到中心直导线吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线要受到中心直导线排斥的安培力，形成凸形，故发生形变后的形状如图C。
平行通电导线间是相互吸引还是相互排斥？
能否用今天所学知识分析他们之间的作用力？
结论： 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥
思考题题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用
垂直于磁场B放置、长为L的一段导线，当通过的电流为I时，所受的安培力F为：
②当磁感应强度B的方向与导线方向平行时：
①当磁感应强度B的方向与导线方向垂直时：
思考：如果通电导线与磁场方向既不平行也不垂直时呢？
把磁感应强度B分解为两个分量：
B2对通电导线不产生安培力，仅由B1决定安培力：
通电直导线与磁场方向夹角为θ时
即F=ILB1，将B1=Bsinθ代入得： F=ILBsinθ（θ为B与I之间的夹角）
对安培力大小计算公式的深刻理解：①公式F＝ILB中L指的是“有效长度”． 当B与I垂直时，F 最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0.②弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直接的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端向末端．
例题２.如图所示，质量为m、长为l的导体棒MN电阻为R，初始时静止于光滑平行的水平轨道上，轨道间距也为l，电源电动势为E，内阻不计。匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成θ角斜向上，开关闭合后导体棒开始运动，则( )
A．导体棒向左运动B．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEl／RC．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEl sin θ／RD．开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为BEl／mR
【解析】开关闭合，由左手定则可知，导体棒受到的安培力斜向右下，导体棒向右运动，A错误；当开关闭合瞬间，根据安培力公式F＝BIl，且I＝E／R，可得F＝BlE／R，B正确，C错误；当开关闭合瞬间，安培力的方向与导轨成(90°－θ)角，由牛顿第二定律与安培力的大小可知，加速度a＝BEl sin θ／mR，D错误。
1、磁电式电流表的构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成） 、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。
①最基本的是磁铁和线圈。
②铁芯、线圈和指针是一个整体可以转动。
①蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，当电流通过线圈时线圈上跟线圈轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转动，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。
②磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。
③当线圈中的电流方向发生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
【易错辨析】(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。( )(2)通电导线在磁场中不一定受安培力。 ( )(3)一通电导线放在磁场某处不受安培力，该处的磁感应强度不一定为零。 ( )(4)通有反方向电流的平行导线相互吸引。 ( )(5)磁电式电流表指针偏转角度与电流大小成正比。 ( )(6)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀强磁场。 ( )
1．(多选)某地的地磁场的磁感应强度大约是4.0×10－5 T，一根长500 m的导线，电流为10 A，则该导线受到的磁场力可能是( )A．0 B．0.1 N C．0.3 N D．0.4 N
【解析】当B与I垂直时，安培力大小为F＝BIl，知安培力的最大值为F最大＝BIl＝4×10－5×10×500 N＝0.2 N；当B与I平行时，安培力为0，为最小值，则可知安培力的大小范围为：0≤F≤0.2 N，A、B正确，C、D错误。
２.如图是磁电式电流表的部分结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场辐向均匀分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则( )A.该磁场是匀强磁场B．线圈平面总与磁场方向垂直C．线圈将沿逆时针方向转动D．a、b导线受到的安培力大小总为IlB
【解析】该磁场是辐向均匀分布的，不是匀强磁场，A错误；线圈平面总与磁场方向平行，B错误；根据左手定则可知，线圈a导线受到向上的安培力，b导线受到向下的安培力，线圈沿顺时针方向转动，C错误；a、b导线始终与磁场垂直，受到的安培力大小总为BIl，D正确。
电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。自然条件下炮弹速度可达近万m/s，射程320km，杀伤能量32兆焦。 炮弹的发射是利用电磁系统中电磁场对炮弹导电底座的作用力。
通电导线在磁场中受到的力
判定方法：左手定则特点：总垂直于B和I 确定的平面
构造： 原理：
通电线圈受安培力作用而转动
安培定则与左手定则的区别
一、通电导体运动方向的判断
1. 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈( ) A．向左运动 B．向右运动 C．静止不动 D．无法确定
2. 如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流 I 时，导线的运动情况是(从上往下看) ( ) A. 顺时针方向转动，同时下降 B. 顺时针方向转动，同时上升 C. 逆时针方向转动，同时下降 D. 逆时针方向转动，同时上升
二、安培力作用下通电导体的平衡
3. 质量为 m，长度为 L 的导体棒 MN 垂直导轨放置且静止于水平导轨上，通过 MN 的电流为 I，匀强磁场的磁感应强度为 B，垂直于电流方向且与导轨平面成 θ 角斜向下，如图所示，求棒 MN 所受的支持力大小和摩擦力大小。
解析：画出平面图，由左手定则判断出安培力方向，对MN 受力分析，如图所示，对导体棒 MN 由平衡条件得：水平方向：Ff ＝ Fsin θ竖直方向：FN ＝Fcs θ＋mg安培力 F ＝ BIL，所以 M所受的支持力 FN ＝ BILcs θ＋mg所受摩擦力 Ff ＝ BILsin θ 答案：BILcs θ＋mg BILsin θ
4. 如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒 ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由 a 到 b 的稳定电流 I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法 ( ) A. 适当增大电流 I B. 将电流反向并适当改变大小 C. 适当增大磁场 D. 将磁场反向并适当改变大小
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