資源簡介

(共59張PPT)
第一章　安培力與洛倫茲力
1. 磁場對通電導線的作用力
核心素養：
1. 結合對具體實例的分析，體會判斷安培力方向的方法.（物理觀念）
2. 通過實例分析，掌握安培力作用下導體運動問題的分析方法，培養一定的空間思 維能力.（科學思維）
3. 通過實驗探究安培力的方向與電流的方向、磁感應強度的方向之間的關系.（科學 探究）
4. 在實驗探究的過程中，學會合作，培養學科學、愛科學的科學態度.（科學態度與 責任）
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研習任務一 安培力的方向
合作　討論
如圖所示，取一段鋁箔條，把它折成天橋形狀，用膠紙粘牢兩端，將U形磁鐵橫 跨過“天橋”放置.由電池向鋁箔條供電，觀察“天橋”的變化；改變電流的方 向或調換磁鐵的磁極時，“天橋”有什么變化？嘗試用最簡單的語言歸納出安 培力方向的規律.
提示：電池上端為正極，下端為負極，當“天橋”上的電流自右向左時，我們會看到 天橋向上凸起；當改變電流方向或調換磁鐵的磁極時，我們會看到天橋向下凹陷.安 培力的方向垂直于磁場方向，也垂直于電流方向.我們可以用左手定則來判斷：伸開 左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內，讓磁感線從掌心 垂直進入，使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受 安培力的方向.
教材　認知
1. 安培力： 在磁場中受的力.
2. 左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面 內；讓磁感線 ，并使四指指向 的方向，這時 所 指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向.
通電導線　
從掌心垂直進入　
電流　
拇指　
3. 安培力方向與磁場方向、電流方向的關系：
F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I所決定的平面.
要點　歸納
1. 安培力方向的特點
安培力的方向既垂直于電流方向，也垂直于磁場方向，即安培力的方向垂直于電流I 和磁場B所決定的平面.
（1）當電流方向與磁場方向垂直時，安培力方向、磁場方向、電流方向兩兩垂直， 應用左手定則時，磁感線垂直穿過掌心.
（2）當電流方向與磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直于電流方向，也垂 直于磁場方向，即垂直于電流和磁場所決定的平面.應用左手定則時，磁感線斜 著穿過掌心.
2. 判斷安培力方向的步驟
（1）明確研究對象.
（2）用安培定則或根據磁體的磁場特征，畫出研究對象所在位置的磁場方向.
（3）由左手定則判斷安培力方向.
3. 應用舉例
平行通電直導線間的相互作用：同向電流相互吸引，反向電流相互排斥.
研習　經典
[典例1]　畫出圖中各通電導線所受安培力的方向（與紙面垂直的力只需用文字說 明）.
答案：見解析
解析：根據左手定則判斷，具體如圖所示：
名師點評
　　判斷安培力方向時一定要明確磁場方向和電流方向，安培力的方向既垂直于電流 的方向，又垂直于磁場的方向，電流方向和磁場方向不一定垂直，所以磁場方向不一 定垂直穿過掌心，但四指一定要指向電流方向.
對應　訓練
C
解析：因I1 I2，則可不考慮四個邊上的直導線之間的相互作用；根據兩通電直導線 間的安培力作用滿足“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”，則正方形左右兩側 的直導線要受到中心直導線吸引的安培力，形成凹形，正方形上下兩邊的直導線要受 到中心直導線排斥的安培力，形成凸形，故發生形變后的形狀如圖C.
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研習任務二 安培力的大小
合作　討論
（1）在如圖所示的探究安培力大小的有關因素的實驗中，把導線垂直放入磁場（磁 感應強度為B）中，得出的安培力F與導線長度l、電流大小I有怎樣的關系？
提示：（1）導線長度越長、電流越大，導線所受的安培力越大，滿足F＝BIl.
（2）當導線平行磁場方向放入時，它受到的安培力多大？
提示：（2）導線平行磁場放入時，它受到的安培力為零.
（3）當導線和磁場方向的夾角為θ時，它受到的安培力多大？
提示：量，B⊥＝Bsin θ，此時安培力F＝BIlsin θ.如圖所示.
教材　認知
1. 安培力的大小： 于磁場B的方向放置的長為l的一段導線，當通過的電流為 I時，它所受的安培力F＝ .
2. 一般表達式：磁感應強度B的方向與 方向成θ角，通電導線所受的安培力F ＝IlBsin θ.
垂直　
BIl　
電流　
要點　歸納
1. 公式F＝IlBsin θ中B對放入的通電導線來說是外加磁場的磁感應強度，不必考慮導 線自身產生的磁場對外加磁場的影響.
2. 公式F＝IlBsin θ中θ是B和I方向的夾角.
（1）當θ＝90°時，即B⊥I，sin θ＝1，公式變為F＝IlB.
（2）當θ＝0°時，即B∥I，F＝0.
3. 公式F＝IlBsin θ中l指的是導線在磁場中的“有效長度”.彎曲導線的有效長度l，等 于連接兩端點直線的長度（如圖所示）；相應的電流沿導線由始端流向末端.
推論：對任意形狀的閉合平面線圈，當線圈平面與磁場方向垂直時，線圈的有效長度 l＝0，故通電后線圈在勻強磁場中所受安培力的矢量和一定為零，如圖所示.
4. 對于多匝線圈求安培力應該乘以線圈匝數，F＝nBIlsin θ.
研習　經典
A. 0 B. BIl
C. 2BIl
C
解析：因bc段與磁場方向平行，則不受安培力；ab段與磁場方向垂直，則受到的安培 力為Fab＝BI簚2l＝2BIl，則該導線受到的安培力為2BIl.故選C.
名師點評
　　通電導線與磁場垂直時所受安培力為F＝BIl，與磁場平行時不受力，整個導線所 受安培力等于各段導線所受安培力的矢量和.
對應　訓練
2. 如圖所示，導線ab長20 cm，用兩根平行的、相同的輕彈簧將ab水平掛起，彈簧間 有沿水平方向垂直于紙面向里的勻強磁場，磁場區域寬度為10 cm，磁感應強度大小 為0.5 T，導線ab所受重力大小為0.1 N. 為了使彈簧不發生形變，
導線內電流的方向和大小應如何？
答案：方向水平向右　2 A
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課堂強研習 合作學習 精研重難
研習任務三 磁電式電流表
合作　討論
我們實驗室用的電流表叫磁電式電流表，它里面的磁場是均勻輻向分布的，你能說一 下這種磁場的特點嗎？我們為什么要用這種磁場？
提示：這種磁場的磁感應強度的大小和方向并不相同，但是線圈所處位置的磁感應強 度大小都相同.我們用這種磁場是為了保證線圈轉動中受到的安培力大小始終不變， 從而使做出來的電流表表盤刻度均勻.
教材　認知
1. 構造： 、 、螺旋彈簧、刻度盤指針、極靴等.
2. 原理：安培力與電流的關系.通電線圈在磁場中受到 而偏轉，線圈偏轉 的角度越大，被測電流就 ，根據指針的 可以知道電流的方向.
3. 特點：極靴與鐵質圓柱間的磁場都沿 方向，線圈無論轉到什么位置，它 的平面都跟磁感線 ，線圈左右兩邊所在處的磁感應強度大小 .
4. 優缺點：優點是靈敏度高，可以測出 的電流；缺點是線圈的導線很細， 允許通過的電流 .
磁體　
線圈　
安培力　
越大　
偏轉方向　
半徑　
平行　
相等　
很弱　
很弱　
要點　歸納
1. 當電流通過線圈時線圈左右兩邊都要受到方向相反的安培力，使線圈發生轉動， 線圈轉動使螺旋彈簧被扭動，阻礙線圈轉動.
2. 電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大.所以，從線圈偏轉的角度就 能判斷通過電流的大小.
3. 極靴與鐵質圓柱間的磁場是均勻輻向分布的，不管通電線圈轉到什么角度，它的 平面都跟磁感線平行，表盤的刻度就是均勻的了.
4. 當線圈中的電流方向發生變化時，安培力的方向也隨之改變，指針的偏轉方向也 發生變化，所以根據指針的偏轉方向，可以知道被測電流的方向.
研習　經典
D
A. 該磁場的磁感應強度大小處處相等，方向不同
B. 通過該線圈的磁通量為BL2
C. a導線受到的安培力方向向下
D. 線圈轉動時，螺旋彈簧被扭動，阻礙線圈轉動
解析：根據磁感線疏密代表磁場強弱可知，該磁場的磁感應強度并非處處大小相等， 故A錯誤；因磁感線和線圈平行，所以通過該線圈的磁通量為零，故B錯誤；a導線電 流向外，磁場向右，根據左手定則，安培力向上，故C錯誤；線圈轉動時，螺旋彈簧 被扭動，阻礙線圈轉動，故D正確.
名師點評
　　磁電式電流表的磁場為均勻輻向分布，磁感線和線圈平面始終平行，一定注意它 和勻強磁場的區別.
對應　訓練
A. 當線圈在如圖乙所示的位置時，b端受到的安培力方向向上
B. 當線圈在如圖乙所示的位置時，通過該線圈的磁通量一定為0
C. 線圈通過的電流越大，指針偏轉角度越小
D. 線圈轉動的方向，由螺旋彈簧的形變決定
B
解析：由左手定則可知a端受安培力向上，b端受安培力向下，在安培力的作用下線圈 沿順時針方向轉動，所以線圈轉動方向由電流方向決定，故A、D錯誤；線圈在圖乙 所示的位置，其平面與磁感線平行，則通過該線圈的磁通量為0，故B正確；線圈受 安培力而轉動，螺旋彈簧被扭動產生彈力，彈力方向與扭動方向相反，阻礙線圈轉 動，則通電電流越大，指針靜止時反抗的彈力越大，指針的偏轉角越大，故C錯誤.
知識　構建
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課后提素養 深刻剖析 提升能力
基礎　題組
1. 判斷正誤.
×
×
×
×
×
√
A. F＝BId B. F＝BIdsin θ
C. F＝BIdcos θ
D
A. 兩條輸電線中電流間相互作用的安培力為引力
B. 兩條輸電線中電流間相互作用的安培力為斥力
C. 地磁場對兩條輸電線中電流的作用力方向相反
D. 地磁場對兩條輸電線中電流的作用力方向均豎直向上
解析：輸電線路上兩條線的電流方向相反，根據電流方向同向相吸，異向相斥即可判 斷，兩條輸電線中電流間相互作用的安培力為斥力，故A項錯誤，B項正確；地磁場 與輸電線路垂直，根據左手定則可知，輸電線路受到的安培力一個向上，一個向下， 故C項正確，D項錯誤.
BC
中檔　題組
D. 4BIL
C
A. 當線圈在如圖乙所示位置時b端受到的安培力方向向上
B. 線圈中電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也越大，
線圈偏轉的角度也越大
C. 電流表中的磁場是勻強磁場
D. 線圈無論轉到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，所以線圈不受安培力
B
解析：根據左手定則可得線圈b端在磁場中所受安培力的方向向下，A錯誤；根據安 培力公式可知，當磁場和電流有效長度不變時，電流越大，線圈中的安培力就越大， 螺旋彈簧形變和線圈偏轉角度就越大，B正確；電流表中的磁場不是勻強磁場，C錯 誤；線圈平面和磁感線平行只能說明磁通量一直為零，但是導線和磁場不平行，所以 安培力不可能為零，D錯誤，故選B.
A. 金屬棒所受安培力大小為6 N，所受導軌的滑動摩擦力大小為 6 N
B. 金屬棒長度略大于1 m，金屬棒所受安培力略大于6 N，受到 導軌的滑動摩擦力略大于6 N
C. 金屬棒受到的安培力與受到導軌的滑動摩擦力二力平衡
D. 不改變電流方向，只增加金屬棒中的電流大小，金屬棒將做 加速運動
B
解析：磁場與電流方向垂直，安培力大小為F＝BIl，式中的“l”應代入有電流經過的 有效長度，可得F＝6 N，因金屬棒做勻速直線運動，可知其在水平方向受力平衡，則 有f＝F＝6 N，故A選項正確，B選項錯誤；磁場方向豎直向上，根據左手定則判斷安 培力方向為水平向右，金屬棒勻速運動受力平衡，安培力與滑動摩擦力二力平衡，C 選項正確；此題中安培力為動力，不改變電流方向只增加電流大小，金屬棒受到的安 培力增大，方向不變，滑動摩擦力大小不變，故金屬棒將做加速運動，D選項正確.
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課時作業
[基礎訓練]
A. 受到豎直向上的安培力
B. 受到豎直向下的安培力
C. 受到由南向北的安培力
D. 受到由西向東的安培力
解析：赤道上空的地磁場方向是由南向北的，電流方向由西向東，由左手定則判斷出 該導線受到的安培力的方向是豎直向上的，故A正確.
A
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A. a、b兩處的磁感應強度的大小不等，Ba＞Bb
B. a、b兩處的磁感應強度的大小不等，Ba＜Bb
C. 同一通電導線放在a處所受安培力一定比放在b處大
D. 同一通電導線放在a處所受安培力一定比放在b處小
解析：磁感線的疏密程度表示磁感應強度的大小，由a、b兩處磁感線的疏密程度可判 斷出Ba＞Bb，故A正確，B錯誤；安培力的大小跟該處的磁感應強度的大小B、電流大 小I、導線長度l和導線放置的方向與磁感應強度的方向的夾角有關，故C、D錯誤.
A
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A. 增加導體棒的質量
B. 更換成磁性較弱的磁鐵
C. 改變導體棒中的電流方向
D. 增大導體棒中的電流
D
解析：對導體棒受力分析有F安＝mgtan θ，只增加導體棒的質量，F安不變，θ減小， 導體棒擺動幅度減小，故A錯誤；將磁鐵更換成磁性較弱的磁鐵，磁感應強度減小， 由F安＝BIl可知安培力減小，導體棒擺動幅度減小，故B錯誤；改變導體棒中的電流 方向，只會改變安培力的方向，不會改變安培力的大小，故C錯誤；增大導體棒中的 電流，安培力增大，導體棒擺動幅度增大，故D正確.
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A. 磁場方向豎直向下
B. 磁場方向為水平向右
C. 電磁炮的加速度大小為4×105 m/s2
D. 磁感應強度的大小為100 T
D
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解析：回路中電流方向如題圖所示，則根據安培定則可知，磁場方向應豎直向上， A、B錯誤；由題意可知，最大速度v＝2 km/s，加速距離x＝10 m，由速度－位移關系 可知v2＝2ax，解得a＝2×105 m/s2，由牛頓第二定律可得F＝BIl＝ma，解得B＝100 T，C錯誤，D正確.
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A. 2F B. 1.5F C. 0.5F D. 0
B
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A. 當電流方向為P→O→Q時，合力大小為BIL，方向與OP成30°斜向 右下方
D. 當電流方向為Q→O→P時，合力大小為BIL，方向與OP成30°斜向 右下方
D
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解析：當電流方向為P→O→Q時，等效長度為PQ的長度，即為L，等效電流方向為 P→Q，則合力大小為BIL，方向垂直PQ斜向上，即方向與OP成30°斜向左上方，選 項A、B錯誤；當電流方向為Q→O→P時，等效長度為PQ的長度，即為L，等效電流 方向為Q→P，則合力大小為BIL，方向垂直PQ斜向下，即方向與OP成30°斜向右下 方，選項D正確，C錯誤.
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A. 線框ac邊受到的安培力豎直向下
B. 線框bc邊受到的安培力水平向右
C. 線框ac邊受到的安培力豎直向上
D. 整個線框受到的安培力的合力為零
解析：根據右手定則，在豎直導線右側，磁感線垂直紙面向里，根據左手定則，線框 ac邊受到的安培力垂直ac邊向下，故A、C錯誤；根據左手定則可知，線框bc邊受到 的安培力水平向右，故B正確；因為通電導線磁場隨著到導線的距離變遠而變小，因 此線圈所受合力水平向左，故D錯誤.
B
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[能力提升]
A. 保持靜止
B. 收縮
C. 變長
D. 不斷上下振動
解析：開關閉合后電路接通，電路中有電流；由金屬絲構成的螺線管同向電流互相吸 引，彈簧會收縮而變短；變短后電路斷開，彈簧恢復原狀，電路再次接通；依此規律 反復，彈簧上下振動，選項A、B、C錯誤，D正確.
D
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A. Fa＞Fb＞Fc B. Fa＝Fb＝Fc
C. Fb＜Fa＜Fc D. Fa＞Fb＝Fc
D
解析：設a、b兩棒的長度分別為La和Lb， c的直徑為d.由于導體棒都與勻強磁場垂 直，則a、b棒所受安培力的大小分別為：Fa＝BILa；Fb＝BILb；c棒所受安培力與長度 為Lb的直導體棒所受安培力的大小相等，則Fc＝BId＝BILb.因為La＞Lb，則Fa＞Fb＝ Fc，D正確.
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A. 豎直向上 B. 沿斜面向上
C. 沿斜面向下 D. 沿DC連線，由D指向C
D
解析：根據“同向電流相互吸引，反向電流相互排斥”的規律，導線A、B對P的合力 等于零，導線C對P的引力就是安培力的合力，所以通電直導線P所受安培力的方向沿 DC連線，由D指向C，故選D.
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A. 指針穩定后，線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的
B. 通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉的角度也越大
C. 在線圈轉動的范圍內，各處的磁場都是勻強磁場
D. 在線圈轉動的范圍內，線圈所受安培力大小與電流有關，而與所處位置無關
解析：指針穩定后，線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的，故 A正確；根據安培力公式F＝BIl，可知線圈中的電流越大，電流表指針偏轉的角度也 越大，故B正確；在線圈轉動的范圍內，各處的磁場都是均勻輻向分布，線圈平面都 跟磁感線平行，但輻向磁場的磁感線方向不同，并不是勻強磁場，故C錯誤；磁場呈 均勻輻向分布，線圈平面都跟磁場平行，電流與磁場相互垂直，結合安培力公式可 知，線圈所受安培力大小與電流有關，而與所處位置無關，故D正確.
ABD
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12. 粗細均勻的直導線ab的兩端懸掛在兩根相同的彈簧下邊，
ab恰好處在水平位置（如圖所示）.已知ab的質量為m＝10 g，
長度l＝60 cm，沿水平方向與ab垂直的勻強磁場的磁感應強度
B＝0.4 T（取重力加速度g＝10 m/s2）.
（1）要使兩根彈簧能處在自然狀態，既不被拉長，也不被壓縮，ab中應沿什么方 向、通過多大的電流；
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（2）當導線中有方向從a到b、大小為0.2 A的電流通過時，兩根彈簧均被拉長了Δx＝ 1 mm，求該彈簧的勁度系數.
答案：（2）26 N/m
解析：（2）當導線中通過由a到b的電流時，受到豎直向上的安培力作用，被拉長的 兩根彈簧對ab有豎直向上的拉力，同時ab受豎直向下的重力，根據平衡條件有BI'l＋ 2kΔx＝mg，代入數據可得彈簧的勁度系數k＝26 N/m.
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