新教材2025版高中物理第一章安培力与洛伦兹力1.磁吃通电导线的作用力学生用书新人教版选择性必修第二册

1.磁场对通电导线的作用力【素养目标】1.驾驭安培力的概念，了解安培力的产生条件．会用左手定则推断安培力的方向．(物理观念)2．驾驭安培力大小的计算公式，并能进行有关计算．(科学思维)3．经验安培力方向的探究过程，进一步理解安培力方向的推断方法．(科学探究)4．通过磁电式电流表的结构和原理分析、体会科学技术对社会发展的促进作用．(科学看法与责任)必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、安培力的方向1．安培力符合牛顿第三定律通电导线在________中受的力称为安培力．2．安培力方向的特点安培力方向与________方向、磁感应强度的方向都垂直，即垂直于导线、磁感应强度确定的平面．3．左手定则用左手定则推断安培力的方向：伸开________手，使拇指与其余四个手指________，并且都与手掌在同一个平面内；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．安培力垂直于电流、垂直于磁场二、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＝________．夹角影响安培力的大小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＝________．三、磁电式电流表利用了安培力与电流的关系1．构造及特点(1)构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴、铁质圆柱．(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________方向匀称分辐向磁场不是匀强磁场布，使线圈平面都与磁感线________，使表盘刻度________．(如图乙所示)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，所以从线圈偏转的角度就能推断通过电流的________；依据指针的偏转________，可以知道被测电流的方向．3．优点和缺点(1)优点：________，可以测出很弱的电流．(2)缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流________(几十微安到几毫安)．走进生活生活中常用的电动机一般都可简化为如图的结构．那么接通电源后究竟是哪种力在拖动电机转动呢？关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究一安培力的方向【情境探究】依据如图所示进行试验：(1)仅上下交换磁极的位置以变更磁场方向，导线受力的方向是否变更？(2)仅变更导线中电流的方向，导线受力的方向是否变更？【核心归纳】1.安培力的方向：(1)左手定则：(2)安培力F的方向特点：F⊥I，F⊥B，即F垂直于B和I所确定的平面．(3)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与磁场所确定的平面，所以仍可用左手定则来推断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心，而是斜穿过手心．2．安培定则与左手定则的对比理解安培定则左手定则用途推断电流产生的磁场方向推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，安培力是果结论推断安培力的方向不是用安培定则，而是用左手定则【应用体验】例1[2024·江苏卷]如图所示，两根固定的通电长直导线a、b相互垂直，a平行于纸面，电流方向向右，b垂直于纸面，电流方向向里，则导线a所受安培力方向()A．平行于纸面对上B．平行于纸面对下C．左半部分垂直纸面对外，右半部分垂直纸面对里D．左半部分垂直纸面对里，右半部分垂直纸面对外[试解]【针对训练】1．如图所示，一段半圆形粗铜线固定在绝缘水平桌面(纸面)上，铜线所在空间有一匀强磁场，磁场方向竖直向下．当铜线通有顺时针方向电流时，铜线所受安培力的方向()A．向前 B．向后C．向左 D．向右2．[2024·广东肇庆高二检测]下列情景中，关于通电导线在磁场中所受安培力的方向推断正确的是()A．通电导线静止，磁场垂直纸面对里B．磁场与竖直方向的夹角为θ，电流方向垂直纸面对里C．磁场竖直向上，导轨水平放置D．导体棒静止，磁场竖直向上探究二安培力的大小【情境探究】如图为一探究安培力的简易试验器材．(1)运用该试验装置应如何推断安培力的大小？(2)变更导体棒的放置方向，视察导体棒摆起夹角会怎样变更？【核心归纳】1.安培力的三种情形2．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，公式变为F＝IlB.(2)当θ＝0°时，即B∥I，F＝0.3．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．推论：对随意形态的闭合平面线圈，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肯定为零．【应用体验】例2[2024·浙江1月]利用如图所示装置探究匀强磁场中影响通电导线受力的因素，导线垂直匀强磁场方向放置．先保持导线通电部分的长度L不变，变更电流I的大小，然后保持电流I不变，变更导线通电部分的长度L，得到导线受到的力F分别与I和L的关系图像，则正确的是()[试解]例3[2024·山东济南高二检测](多选)三根导线MN、NP、PQ连接成如图所示的形态，然后与直流电源相连．NP段导线是以O点为圆心的圆弧．MO、OQ、MN、NO、PO、PQ等长，M、O、Q在同始终线上．垂直于导线所在平面的磁场被ON与OP所在直线划分为三个区域，磁感应强度大小相同，方向如图所示．已知导线MN受到的安培力大小为F.则()A．导线NP受到的安培力大小为π3F，方向竖直B．导线NP受到的安培力大小为F，方向竖直向下C．导线MNPQ受到的安培力为零D．导线MNPQ受到的安培力大小为2F，方向竖直向上[试解]【针对训练】3.将长l＝1m的导线ac从中点b折成如图所示的形态，放于B＝0.08T的匀强磁场中，abc平面与磁场垂直．若在导线abc中通入I＝25A的直流电，则整个导线所受安培力的大小为()A．32N B．3C．1N D．2N探究三磁电式电流表【情境探究】磁电式电流表中磁场分布如图所示，结合安培力大小的确定因素，思索磁场这样分布的缘由是什么．【核心归纳】1.电流表的灵敏度：是指在通入相同电流的状况下，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：假如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．【应用体验】例4(多选)试验室常常运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．极靴和软铁间的磁场是匀称辐向分布的，如图乙所示，下列说法正确的是()A．磁电式电流表内部的极靴和软铁间的磁场是匀强磁场B．磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线圈的转动作用[试解]【针对训练】4.[2024·山西太原高二检测]磁电式电流表的线圈放在磁体的两极间，磁体产生辐向分布磁场(如图所示)，线圈的左右两边所在处的磁感应强度大小都相等，当线圈中通有图示方向的电流时()A．线圈左边受到向上的安培力，右边受到向下的安培力B．线圈左右两边受到的安培力方向相同C．线圈转到不同位置受到的安培力大小不同D．当线圈中的电流方向发生变更时，线圈的转动方向并不变随堂演练·达标自测——突出创新性素养达标1．在如图所示的四幅图中，正确标明通电直导线所受安培力F方向的是()2．一根长为0.2m、通过电流为1A的导线，放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，通电导线与磁场方向的夹角为30°，则导线受到安培力的大小为()A．0.4NB．0.3NC．0.2ND．0.1N3.[2024·贵州遵义高二检测]如图所示，将六分之一圆弧导线固定于方向垂直纸面对外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，圆弧导线两端点A、C连线竖直．若给导线通以方向由A到C、大小为I的恒定电流，圆弧的半径为R，则导线受到的安培力的大小和方向是()A．IRB，水平向左B．IRB，水平向右C．π3D．π34．(多选)如图所示，闭合线框abcd中a、b、c三点的坐标分别为(0，L，0)，(L，L，0)，(L，0，0)．整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，闭合线框中通入电流I，方向如图所示，关于闭合线框的四条边受到的安培力，下列叙述中正确的是()A．ab边受到的安培力方向沿着z轴负方向B．ab边与bc边受到的安培力大小相等C．ad边不受安培力作用D．cd边受到的安培力最大5．(多选)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()A．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对里B．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对外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对里D．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对外第一章安培力与洛伦兹力1．磁场对通电导线的作用力必备学问·自主学习一、1．磁场2．电流3．左垂直电流拇指二、1．IlB2．03．IlBsinθ三、1．(2)半径平行匀称2．(1)安培力转动抗拒(2)角度大小方向3．(1)灵敏度高(2)很弱走进生活提示：安培力关键实力·合作探究探究一情境探究提示：(1)受力的方向变更．(2)受力的方向变更．应用体验[例1]解析：依据安培定则，可推断出导线a左侧部分所在的空间磁场方向斜向右上，右侧部分所在的空间磁场方向斜向右下方，依据左手定则可推断出左半部分所受安培力方向垂直纸面对外，右半部分所受安培力方向垂直纸面对里．选项C正确．答案：C针对训练1．解析：依据左手定则可知，安培力的方向肯定和磁场方向垂直，同时也和电流方向垂直，当铜线通有顺时针方向电流时，可等效为铜线通有向右的电流，故铜线所受安培力的方向向前，A正确．答案：A2．解析：由左手定则可知A图中通电导线受到的安培力F竖直向上，故A错误；B图中通电导线受到的安培力F斜向右上方且与磁场垂直，故B正确；C图中通电导线受到的安培力F水平向右，故C错误；D图中导体棒受到的安培力F水平向右，故D错误．答案：B探究二情境探究提示：(1)依据导体棒摆起的高度(或夹角)可推断安培力的大小．(2)导体棒与磁场垂直时摆起角度最大，转动90°的过程中摆起角度渐渐减小．应用体验[例2]解析：依据磁场方向与电流方向垂直时的安培力表达式F＝ILB可知，在只变更电流I时，其安培力F∝I，因此F­I图线为过坐标原点向上倾斜的直线，故选项A错误，B正确；同理，在只变更导线通电部分长度L时，其安培力F∝L，因此F­L图线也为过坐标原点向上倾斜的直线，故选项C、D均错误．答案：B[例3]解析：依据几何关系，导线NP在磁场中的有效长度与导线MN相等，则导线NP受到的安培力大小为F，依据左手定则，安培力方向竖直向下，故A错误，B正确；依据左手定则，导线MN受到的安培力大小为F，方向指向左上方，与竖直方向夹角为60°，同理，导线PQ受到的安培力大小为F，方向指向右上方，与竖直方向夹角为60°，则此二力的合力与导线NP受到的安培力大小相等、方向相反，故导线MNPQ受到的安培力为零，故C正确，D错误．答案：BC针对训练3．解析：由题意知导线在磁场内的有效长度为L＝2·l2sin60°＝lsin60°，故整个通电导线受到的安培力的大小为F＝ILB＝I·lBsin60°＝0.08×25×1×32N＝答案：B探究三情境探究提示：全部磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零．该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的某一圆周上，各点的磁感应强度的大小都相等．应用体验[例4]解析：磁电式电流表的极靴和用软铁制成的圆柱间的磁场都沿半径方向，不是匀强磁场，A错误；磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成正比，B错误；磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱，C正确；磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线圈的转动作用，D正确．答案：CD针对训练4．解析：由左手定则可知，线圈左边受到向上的安培力，右边受到向下的安培力，故A正确，B错误；线圈转到随意位置，线圈所在平面与磁感线平行，受到的安培力大小相同，故C错误；当线圈中的电流方