新教材2025版高中物理第一章磁吃电流的作用1.安培力学生用书教科版选择性必修第二册

1.安培力课标要求1．通过试验，相识安培力．2．能推断安培力的方向，会计算安培力的大小．思维导图必备学问·自主学习——突出基础性素养夯基一、安培力的方向1．相识安培力定义：磁场对________的作用力．2．安培力的方向(1)方向：用________推断．推断方法：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指________，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿过________，四指指向________，则________所指方向就是通电导线所受安培力的方向．(2)安培力方向的特点安培力的方向与________方向、磁感应强度的方向都垂直，即垂直于磁场方向与电流方向所在的________．二、安培力的大小1．I∥B时，F＝________．2．I⊥B时，F＝________．3．I与B夹角为θ时，F＝________．[导学1]当电流方向与磁场方向中一个反向时，安培力方向反向；当两者同时都反向时，安培力方向不变．[导学2]当导线(电流I)与磁场B方向夹角为θ时，可用两种方法求安培力：(1)分解磁感应强度B(如图上所示)，F＝B2IL＝BILsinθ(θ为B与I的方向夹角)；(2)投影导线(如图下所示)，F＝BIL1＝BILsinθ(θ为B与I的方向夹角)．关键实力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一安培力的方向导学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？(3)细致分析试验现象，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？归纳总结1.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所确定的平面．(1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直．应用左手定则推断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直．(2)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方向，也垂直于磁场方向．应用左手定则推断时，磁感线斜着穿入掌心．2．推断安培力方向的步骤(1)明确探讨对象．(2)用安培定则或依据磁体的磁场特征，画出探讨对象所在位置的磁场方向．(3)由左手定则推断安培力方向．3．应用实例应用左手定则和安培定则可以判定平行通电直导线间的作用力：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．典例示范例1画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)．素养训练1在赤道上空，水平放置一根通以由西向东方向的电流的直导线，则此导线()A．受到竖直向上的安培力B．受到竖直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向东的安培力素养训练2一个环形电流的中心有一根通电导线，如图所示．关于通电直导线的受力状况是()A．受向左的磁场力B．受向右的磁场力C．受磁场力使直导线偏离圆环中心D．不受磁场力探究点二安培力的大小导学探究在匀强磁场B中，导线中的电流为I，当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，导线所受安培力F应怎样求解？归纳总结1.公式F＝IlBsinθ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响．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，如图所示．典例示范例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度均为B，对于下列各图中导线所受安培力的大小计算正确的是()素养训练3将长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．32NB．3C．1ND．2N素养训练4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(垂直于纸面对里)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．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力为()A．方向沿纸面对上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面对上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面对下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面对下，大小为(2－1)ILB探究点三安培力作用下的平衡问题归纳总结安培力作用下导体的平衡问题是常见的一类题型，体现了学科内学问的综合应用及学问的迁移实力，解决这类问题的关键是对导体进行正确的受力分析．(1)对导体受力分析时先将立体图转化为平面图，将抽象的空间受力分析转移到纸面上进行，一般是画出与导体垂直的平面，将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上，然后进行分析．(2)正确的受力分析依次是：先重力，后安培力，最终是弹力和摩擦力．这是因为弹力和摩擦力的有无和方向与其他力有关．(3)特殊留意安培力的方向判定：安培力垂直于磁场方向的同时又垂直于电流方向，即肯定垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面．典例示范例3质量为m＝0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示．现调整滑动变阻器的滑片，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围．名师点拨(1)安培力作为一种性质力，在受力分析时要单独分析，不行与其他力混为一谈．(2)为便利对问题的分析和便于列方程，在受力分析时先将立体图画成平面图，即画成俯视图、剖面图或侧视图等．素养训练5如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，水平放置一根质量为m、长为L的铜棍，将其两端用软导线与电源连接，使其中有图示方向的恒定电流，电流强度为I，空间存在竖直向上的匀强磁场，铜棍处于静止状态，重力加速度为g，则匀强磁场的磁感应强度大小为()A．mgsinθC．mgtanθ素养训练6如图所示，一根导体棒用两根细线悬挂在匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B＝0.2T，导体棒与磁场方向垂直，长度L＝0.2m，导体棒质量m＝0.014kg，其中向右的电流I＝1A，重力加速度g取10m/s2.下列说法正确的是()A．该导体棒所受安培力大小为0.04NB．该导体棒所受安培力大小为0.02NC．每根悬线的张力大小为0.07ND．每根悬线的张力大小为210随堂演练·自主检测——突出创新性素养达标1.一段直导线悬挂在蹄形磁铁的两极间，通以如图所示的电流后，该直导线所受安培力的方向是()A．向上B．向下C．向左D．向右2．如图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面对里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以()A．适当减小磁感应强度B．使磁场反向C．适当增大电流D．使电流反向3.如图所示，在南北方向安放的长直导线的正上方用细线悬挂一条形小磁铁，当导线中通入图示的电流I后，下列说法正确的是()A．磁铁N极向里转，悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力B．磁铁N极向外转，悬线所受的拉力小于磁铁所受的重力C.磁铁N极向里转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力D．磁铁N极向外转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力4．将一段通电直导线abc从中点b折成120°，分别放在如图所示的匀强磁场中，图甲中导线所在平面与磁场的磁感线平行，图乙中导线所在平面与磁场的磁感线垂直，若两图中两导线所受的安培力大小相等，则甲、乙两图中磁场的磁感应强度大小之比B1A．33B．C．36D．5．如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则MN所受安培力大小为()A．F＝BIdB．F＝BIdsinθC．F＝BIdsinθD．F＝BId1．安培力必备学问·自主学习一、1．通电导线2．(1)左手定则垂直手心电流方向大拇指(2)电流平面二、1．02．ILB3．ILBsinθ关键实力·合作探究探究点一【导学探究】提示：(1)受力的方向变更．(2)受力的方向变更．(3)安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满意左手定则．【典例示范】例1解析：无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所确定的平面，且满意左手定则．对于A、B、C、D选项，干脆用左手定则推断．E选项中由安培定则可推断出通电导线A处的磁场方向如图甲所示，由左手定则可推断出A受到的安培力方向如图甲所示．F选项中由安培定则可推断出通电导线A处的磁场如图乙所示，由左手定则可推断出A受到的安培力方向如图乙所示．答案：素养训练1解析：赤道上空的地磁场方向是由南向北的，电流方向由西向东，画出此处磁场和电流的方向如图所示，由左手定则可推断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的，A正确．答案：A素养训练2解析：依据安培定则可知，环形电流产生的磁场方向沿轴线的方向，此时通电直导线的电流方向与磁场方向相同，即B平行I，所以通电直导线不受安培力的作用，即F＝0，D正确．答案：D探究点二【导学探究】提示：把磁感应强度B分解为两个重量：一个重量与导线垂直B1＝Bsinθ，另一重量与导线平行B2＝Bcosθ(如图)，平行于导线的重量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1确定，即F＝IlB1.将B1＝Bsinθ，代入得F＝IlBsinθ.【典例示范】例2解析：题A图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故F＝BILcosθ，A正确；题B图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，B错误；题C图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，C错误；题D图中，导线和磁场方向垂直，故F＝BIL，D错误．答案：A素养训练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＝BIL＝BIlsin60°＝0.08×25×1×32N＝答案：B素养训练4解析：应用F＝ILB求安培力，其中I⊥B，L为导线的有效长度．导线段abcd的有效长度为线段ad的长度，由几何学问知Lad＝(2＋1)L，故线段abcd所受的合力大小F＝ILadB＝(2＋1)ILB，导线有效长度的电流方向为a→d，据左手定则可以确定导线所受合力方向沿纸面对上，A正确．答案：A探究点三【典例示范】例3解析：杆ab中的电流为a到b，所受的安培力方向平行于导轨向上．当电流较大时，杆有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下，当静摩擦力达到最大时，安培力为最大值F1，此时通过ab的电流最大为Imax；同理，当电流最小时，应当是杆受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为最小值F2，电流最小为Imin.正确地画出两种状况下的受力图，由平衡条件列方程求解．如图甲所示，有F1－mgsinθ－f1＝0，N－mgcosθ＝0又f1＝μN，F1＝BImaxd解得Imax＝0.46A如图乙所示，有F2＋f2－mgsinθ＝0，N－mgcosθ＝0又f2＝μN，F2＝BImind解得Imin＝0.14A所以通过ab杆的电流范围是0.14A≤I≤0.46A.答案：0.14A≤I≤0.46A素养训练5解析：依据铜棍沿斜面方向受力平衡，可知mgsinθ＝BILcosθ，解得B＝mgtan答案：C素养训练6解析：依据安培力公式F＝ILB，带入数据可得F＝0.04N，A正确，B错误；对导体棒受力分析，由正交分解法2Tcos45°＋F＝mg带入数据可得T＝220答案：A随堂演练·自主检测1．解析：依据左手定则：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线穿过掌心，四指指向电流方向，则大拇指的方向指向右，则安培力的方向向右，D正确．答案：D2．解析：首先对MN进行受力分析，MN受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力．处于平衡时：2F＋BIl＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIl，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大，C正确．答案：C3．解析：由条形磁铁的磁场分布，并由左手定则，可知导线左半部分受到安培力方向垂直纸面对外，右半部分受到的安培力方向垂直纸面对里，由牛顿第三定律得磁铁左半部分受到安培力方向垂直纸面对里，右半部分受到的安培力方