人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力授课ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力授课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，磁场中，BILsinθ，BIL，螺旋弹簧，安培力，偏转的角度，线圈偏转，灵敏度等内容，欢迎下载使用。
1．磁场对通电导线的作用力
第1课时　安培力的方向及大小
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。4．了解磁电式电流表的结构和工作原理。
1．物理观念：知道安培力的定义及安培力大小的决定因素。会用F＝IlB计算安培力。掌握左手定则，并会用它判断安培力的方向。2．科学思维：经历磁场方向与电流方向不垂直时安培力大小的推导过程。能用微元法处理弯曲导线中电流所受安培力的问题。3．实验探究：会用实验探究安培力方向与电流方向、磁场方向的关系；通过实验得出安培力大小与电流大小、磁感应强度大小、导线的长度及导线的放置方式有关。4．科学态度与责任：认识安培力在生产生活和科学技术中的重要应用，养成严谨认真的学习习惯。
1．安培力通电导线在____________受的力称为安培力。2．影响安培力方向的因素安培力的方向与_________方向、_________方向有关。3．左手定则
如图所示，伸开左手，使拇指与其余四个手指_________，并且都与手掌在同一个_________内。让磁感线从_________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。
『判一判』(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同。(　 　)(2)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直。(　 　)(3)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直。(　 　)(4)通电流方向一定与磁场方向垂直。(　 　)
1．一般表达式：F＝______________。θ为磁感应强度与通电导线之间的夹角。2．说明：A.当通电导线与磁感线垂直时，即电流方向与磁感线垂直时，所受的安培力最大：F＝____________。B．当通电导线与磁感线平行时，所受安培力_________。
『判一判』(5)不通电的导线在磁场中一定不受安培力。(　 　)(6)通电的导线在磁场中一定受安培力。(　 　)(7)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大。(　 　)(8)安培力等于零的地方，磁感应强度一定为零。(　 　)
『想一想』如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中放入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，通电后盐水就会旋转起来。(1)通电液体为何会旋转，液体的旋转方向如何判断？(2)如果增大电流，将会看到什么现象？
解析：(1)通电液体之所以旋转是因为受到安培力的作用，其旋转方向可以用左手定则判断。(2)电流增大，液体旋转加快，说明通电的液体受力变大。
1．构造写出图中磁电式电流表各部件的名称。①_________，②_________，③_________，④_______________，⑤_________，⑥_________。
2．原理通电线圈在磁场中受到____________而偏转。(1)线圈__________________越大，被测电流就越大。(2)根据_______________的方向，可以知道被测电流的方向。3．构造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，使线圈无论转到什么位置，它的平面都与磁场方向_________，从而使刻度盘刻度均匀。4．优、缺点优点是____________高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的　_______________，允许通过的电流很弱。
『选一选』(2023·福建莆田高二阶段练习)如图所示是磁电式电流表模型示意图。处于磁场中的矩形通电金属线框abcd可绕轴OO′转动。线框中的电流方向如图所示。在图示位置(线框所在的水平面刚好和磁场方向平行、且ab和cd边与磁场方向垂直)，关于线框ab、bc、cd、da边受到安培力的方向，下列说法正确的是(　 )A．ab边受到安培力的方向向右B．bc边受到安培力的方向向下C．cd边受到安培力的方向向上D．da边受到安培力的方向向左
解析：由图可知磁场方向水平向左，由左手定则可知，左边cd受到的安培力竖直向上，右边ab受到的安培力竖直向下，bc、da不受安培力，故选C。
要|点|提|炼1.安培力的方向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和F⊥B。(1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向。(2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方向。(3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的方向不能唯一确定。
2．电场力与磁场力的比较与磁场力相比，电场力是纵向力，其方向总是与电场方向平行，而磁场力是横向力，其方向总是与磁场方向垂直。
典|例|剖|析 画出(或说明)图中各磁场对通电导线的安培力的方向。
思路引导：解答此类题目时应注意以下两点：(1)安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面；(2)I、B方向不垂直时，让磁感线斜着穿过掌心。
解析：A、B、C、D、E、F、G中电流方向均与磁场方向垂直，而H中电流方向与磁场方向不垂直，由左手定则判断如图：
请画出如图所示的甲、乙、丙三种情况下，导线受到的安培力的方向。
答案：见解析解析：画出甲、乙、丙三种情况的侧面图，利用左手定则判定出在甲、乙、丙三种情况下，导线所受安培力的方向如图所示：
要|点|提|炼1.同一通电导线，按不同方式放在同一磁场中，受力情况不同，如图所示。
(1)如图甲，通电导线与磁场方向垂直，此时安培力最大，F＝IlB。(2)如图乙，通电导线与磁场方向平行，此时安培力最小，F＝0。(3)如图丙，通电导线与磁场方向成θ角，此时可以分解磁感应强度，如图丁所示，于是有安培力大小为F＝IlBsin θ，这是一般情况下安培力的表达式。
2．对安培力F＝ILBsin θ的理解(1)当B与I垂直时，即sin 90°＝1，则F＝ILB；当B与I成θ角时，F＝ILBsin θ，θ是B与I的夹角。(2)L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图)；相应的等效电流沿L由始端流向末端。
3．F＝ILBsin θ的适用条件导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线。4．电流在磁场中的受力特点电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用。当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。且电流受磁场力与电流垂直，而电荷受电场力与电场强度方向共线。
典|例|剖|析 如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。试求导线abcd所受到的磁场的作用力的合力的方向和大小。
(多选)长为L的直导线ab斜放(与轨道夹角为θ)在水平轨道上，轨道平行且间距为d，通过ab的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，如图所示，则导线ab所受安培力的大小为(　 　)
情|境|导|入磁电式电流表中磁场分布如图所示，结合安培力的大小决定因素，思考磁场这样分布的原因是什么。
提示：这样的磁场，可使线圈转动时，它的两个边所经过位置的磁场强弱都相同，使线圈所受安培力大小仅与电流有关，则线圈转过的角度与电流成正比，从而能够使得表盘的刻度均匀。
要|点|提|炼1.磁电式电流表的工作原理通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转。线圈偏转的角度越大，被测电流就越大；线圈偏转的方向不同，被测电流的方向不同。2．磁电式电流表的磁场特点两磁极间装有极靴，极靴中间有铁质圆柱，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。
3．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：如果要提高磁电式电流表的灵敏度，就要使在相同电流下导线所受的安培力增大，可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。
典|例|剖|析 (多选)(2022·江苏南通高二阶段练习)某磁电式电流表结构如图甲所示，矩形线圈匝数为n，长边长度为l。矩形线圈放在均匀辐射状磁场中如图乙所示，两条长边经过的位置磁感应强度大小为B。当线圈长边中电流为I时，电流表指针偏转的角度为θ，则当电流表指针偏转的角度为2θ时，下列说法正确的是( 　 　)
A．线圈中电流变为2IB．通过线圈的磁通量变为原来2倍C．线圈的一侧长边受到的安培力大小为2nBILD．线圈所受安培力大小为2nBIL思路引导：磁电式电流表内部磁感线辐射分布，可保证线圈无论转到哪个位置，线圈平面总和磁场方向平行，安培力大小总是BIl，从而保证指针偏转角度大小和电流大小成正比。
解析：磁电式电流表偏转角度与通电电流成正比，当线圈长边中电流为I时，电流表指针偏转的角度为θ，则当电流表指针偏转的角度为2θ时，线圈长边中电流为2I，故A正确；由于线圈平面与磁场方向平行，所以穿过线圈的磁通量始终为零，故B错误；由F ＝BIL 可知，线圈一侧长边所受安培力F＝2nBIL，故C正确；由于线圈两侧长边都受安培力，所以整个线圈所受安培力F＝4nBIL ，故D错误。故选AC。
关于磁电式电流表，以下说法错误的是( 　 　)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
解析：螺旋弹簧形变发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。电流表内磁场都沿半径方向，在线圈转动的范围内，线圈转到不同位置，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大小相等、方向不同，所以安培力大小与电流大小有关，而与线圈所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针偏转的角度越大。只有C错。
安培定则与左手定则的比较
　　　　　(2022·河南鄢陵县职业教育中心高二期末)有三根相互平行的直导线a、b、c垂直纸面放置，且它们在同一连线上。已知这三根导线分别通以大小为I1、I2、I3的电流，且I1＝I2，电流方向如图示，则(　 　)A．直导线b受到的安培力向左B．直导线b受到的安培力向右C．若只增大I1，导线b受到的安培力从b指向cD．若只增大I2，导线b受到的安培力从b指向c
解析：导线a在b处产生的磁场方向垂直于ab向上，直导线c在b处产生的磁场方向垂直于bc向下，且I1＝I2，直导线b所在处的合磁场为0，因此直导线b受到的安培力也为0，A、B错误；若只增大I1，在b处产生的合磁场方向垂直于ab向上，再由左手定则，则安培力从b指向c，C正确；若只增大I2，在b处产生的合磁场方向垂直于bc向下，再由左手定则，则安培力从b指向a，D错误。
一、安培力的方向1．(2023·上海嘉定高二阶段练习)教学中常用如图1所示的装置演示通电导体在磁场中受力的情况。现将图中的蹄形磁铁改用图2所示的电磁铁代替，则合上开关时，以下判断正确的是(　 　)A．电磁铁上端为N极，下端为S极，导体棒ab向右运动B．电磁铁上端为N极，下端为S极，导体棒ab向左运动C．电磁铁上端为S极，下端为N极，导体棒ab向右运动D．电磁铁上端为S极，下端为N极，导体棒ab向左运动
解析：对于电磁铁，根据电池正负极判断线圈电流方向，运用安培定则判断电磁铁上端为N极，下端为S极，故C、D错误。对于导体棒，根据电源正负极判断电流方向，并且磁场方向向下，运用左手定则可知导体棒所受安培力向右，故导体棒ab向右运动，故B错误，A正确。
二、安培力的大小2．如图所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架abcd。其中ab、cd边均与ad边成60°角，ab＝bc＝cd＝L，长度为L的电阻丝电阻为R0，框架与一电动势为E、内阻r＝0.8R0的电源相连接，垂直于框架平面有垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，则梯形框架abcd受到的安培力的大小为(　 　)
3．水平面有一通有恒定电流的直导线，电流方向如图所示，导线处于水平向右的匀强磁场B1中。如果在该空间再加一个匀强磁场B2，使得导线所受安培力为零，不考虑导线产生的磁场及地磁场的影响，则B2的方向可能为(　 　)
解析：由左手定则可知，导线在匀强磁场B1中受到的安培力方向垂直纸面向里，导线在匀强磁场B2中受到的安培力方向垂直纸面向外，导线受到的安培力可能为0，A正确；导线在匀强磁场B2中受到的安培力方向垂直纸面向里，所以导线受到的安培力不可能为0，B错误；导线在匀强磁场B2中受到的安培力方向与导线在同一平面内，则导线受到的安培力不可能为0，C错误；导线在匀强磁场B2中不受安培力的作用，则导线受到的安培力不可能为0，D错误；故选A。
4．(2023·黑龙江高二月考)如图所示为电流天平的示意图。当左边导线框通以图示方向电流时，天平恰好平衡。如改变电流方向而仍维持天平平衡，则需在天平右端再加上质量为2Δm砝码。由此可见通电线框在磁场中所受的磁场力的大小为(　 　)
解析：根据左手定则，导线框通以图示方向电流时，安培力向上，电流反向后安培力大小不变，方向变成向下，假设通电线框在磁场中所受的磁场力的大小为F安，根据平衡条件可得2F安＝2Δmg，解得F安＝Δmg，B正确，A、C、D错误。
5．(2022·湖北安陆高二期中)如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图中，平行导轨间距均为L，回路中电流大小均为I，磁感应强度大小均为B。甲、乙、丙图中导轨处在水平面内，丁图中导轨倾斜，倾角为θ；甲、乙、丁图中磁场方向竖直向上，丙图中磁场与水平方向夹角为θ，且与导轨垂直；甲、丙、丁图中导体棒垂直导轨放置，乙图中导体棒与导轨夹角为θ，则甲、乙、丙、丁四图中导体棒所受安培力的大小分别为(　 　)
6．(2023·浙江省高二阶段练习)如图所示，把柔软的铝箔条折成天桥状并用胶纸粘牢两端固定在桌面上，使蹄形磁铁横跨过“天桥”，当电池与铝箔接通时(　 　)A．铝箔条中部向左方运动B．铝箔条中部向下方运动C．蹄形磁铁对桌面的压力增大D．蹄形磁铁对桌面的压力减小
解析：由题意可知，通过天桥的电流方向由外向内，而磁场方向由N到S极，根据左手定则可知，箔条中部受到的安培力向上，铝箔条中部向上方运动，A、B错误；根据牛顿第三定律，知磁铁受力方向向下，对桌面的压力增大，C正确、D错误。
7．(2022·重庆八中高二月考)如图所示，纸面内有一半径为R的单匝环形闭合线圈，线圈中通有恒定电流I，整个环形线圈处于垂直纸面的匀强磁场中(图中未画出)，磁感应强度大小为B。则该环形线圈所受磁场作用力大小为(　 　)A．0 B．BIRC．2BIR D．2πBIR