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魯科版 選擇性必修第二冊 第1章 安培力與洛倫茲力
第1章 安培力與洛倫茲力
第1節 安培力及其應用
安培力
1. 閉合開關后會有什么現象？
細銅桿運動起來。
2. 將磁極的位置上下交換，有什么現象？
細銅桿運動方向相反。
3. 改變變流方向，有什么現象？
細銅桿運動方向相反。
第1節 安培力及其應用
情境思考
1. 安培力：物理學中，將磁場對通電導線的作用力稱為安培力。
第1節 安培力及其應用
2．安培力的方向：
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平面內；讓磁感線從掌心____進入，并使四指指向__________，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。
垂直
電流的方向
概念記憶
第1節 安培力及其應用
概念記憶
3. 安培力的大小：通電直導線電流 方向與磁場方向平行時，導線所受安培力為零；在勻強磁場中，電流方向與磁場方向垂直時，通電直導線受到的安培力 F 跟電流 I 和直導線長度 l 的乘積成正比，比例系數就是磁感應強度 B。
F = IlB
電流的單位為安培（A），直導線長度的單位為米（m），磁感應強度的單位為特斯 拉（T），安培力的單位為牛頓（N）。
若電流方向與磁場方向成 θ 角時，安培力大小如何計算？
第1節 安培力及其應用
概念記憶
當電流方向與磁場方向有一個夾角 θ 時，可把磁感應強度矢量分解為兩個分量與電流方向平行的分量 B1 = Bcos θ ；與電流方向垂直的分量 B2 = Bsin θ。B1 對通電直 導線沒有作用力，因此通電直導線所受的作用力 F 完全由 B2 決定，即 F = IlB2，由此可得
F = IlBsin θ
B為矢量，則F也為矢量，遵循平行四邊形定則
第1節 安培力及其應用
探究提升
1.安培定則(右手螺旋定則)與左手定則的區別。
名稱 安培定則(右手螺旋定則) 左手定則
用途 判斷電流的磁場方向 判斷電流在磁場中的受力方向
適用對象 直線電流 環形電流或通電螺線管
應用方法 拇指指向電流的方向 四指彎曲的方向表示電流的環繞方向
結果 四指彎曲的方向表示磁感線的方向 拇指指向軸線上磁感線的方向
第1節 安培力及其應用
探究提升
2.探究兩平行通電直導線的相互作用規律（課本P4）
同向電流互相吸引，反向電流互相排斥。
第1節 安培力及其應用
探究提升
3.對導線長度的理解：有效長度
（1）對于求彎曲導線在勻強磁場中所受安培力時，l為有效長度，即導線兩端點所連直線的長度，相應的電流方向沿l由始端流向末端，如圖所示
第1節 安培力及其應用
探究提升
3.對導線長度的理解：有效長度
（2）如圖所示，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，線圈的等效長度l＝0，故通電后在勻強磁場中所受安培力的矢量和一定為零。
安培力的應用
1.安培力在生活中的應用非常廣泛。
當你使用電風扇、吹風機、洗衣機，或者玩電動小車、用電鉆打孔時，安培力都在發揮作用。正是安培力使這些電器里的一個重要部件——電動機的轉子轉了起來
多用電表是檢修電氣設備必不可少的工具，其核心部分由電流計及與其并聯或串聯的電阻構成。電流計能發揮作用，也應歸功于安培力。
第1節 安培力及其應用
理解運用
2.電流計等磁電式電表
（1）構造特點
①構造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴。(如圖甲所示)
②特點：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向均勻分布，如圖乙所示，使線圈平面都與磁感線平行，使表盤刻度均勻。
第1節 安培力及其應用
理解運用
2. 電流計等磁電式電表
（2）原理
①通電線圈在磁場中受安培力作用發生轉動。螺旋彈簧變形，以反抗線圈的轉動。
②電流越大，安培力就越大，線圈偏轉的角度也越大，所以根據線圈偏轉角度的大小，可以確定被測電流的大小；根據指針偏轉的方向，可以知道被測電流的方向。
（3）優缺點：優點是靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點是線圈的導線很細，允許通過的電流很弱。
第1節 安培力及其應用
理解運用
3.用電流天平“稱”安培力
如圖 1-9 所示，天平左盤放砝碼，右盤下懸掛線圈，線圈處于磁場中。當線圈沒有通電時，天平處于平衡狀態。
線圈通電后，在磁場中的導線 a、 b、 c 段分別受安培力作用。由左手定則可知， a、 c 段的安培力大小相等、方向相反，互相抵消，而 b 段導線的安培力方向向上，從而使天平的平衡被破壞。通過在右盤加砝碼（或移動游碼）使天平重新平衡，根據砝碼的質量可推知線圈所受安培力的大小。進一步由線圈的匝數、電流的大小、磁場中導線的長度，還可確定磁感應強度的大小。
第1節 安培力及其應用
理解運用
4.電磁炮和電磁彈射器原理
電磁炮是利用電磁發射技術制成的一種先進武器，與傳統的火藥推動的大炮相比，電磁炮可以大大提高彈丸的速度和射程。電磁彈射器和電磁炮的原理是一樣的，把電磁炮的體積和驅動電流大大加強，就可以通過拋射物牽引飛機從航空母艦上起飛，這就是航空母艦上幫助艦載機起飛的電磁彈射器，它比上一代的蒸汽彈射器更為優越。
第1節 安培力及其應用
理解運用
4.電磁炮和電磁彈射器原理
第1節 安培力及其應用
理解運用
軌道式電磁炮
課本練習
1. 下列圖中標出了電流 I、磁感應強度 B、安培力 F 這三個物理量中的兩個物理量的方向。已知導線垂直于磁場擺放，請標出另一物理量的方向。
第1節 安培力及其應用
1.
【答案】
第1節 安培力及其應用
2. 某同學探究磁場對通電導體的作用的實驗裝置如圖所示。當閉合開關后，請在圖中標出導體所受安培力的方向。若要使導體受到的安培力更大，可采取哪些措施？
第1節 安培力及其應用
2.
【解析】根據F=BIL可知，若要使導體受到的安培力更大，可增大通過導體的電流，或者換一個磁性更強的磁鐵，或者換一個更寬一些的磁體。
第1節 安培力及其應用
3. 在電流計中，當電流通過線圈時，線圈在安培力的作用下轉動，游絲被扭動，線圈停止轉動時滿足 NBIS = kθ，式中 N 為線圈的匝數，S 為線圈圍成的面積，I 為通過線圈的電流，B 為磁感應強度， θ 為線圈（指針）偏角， k 是與游絲有關的常量。若線圈中通以如圖所示的電流時，線圈將如何轉動？線圈轉動過程中受到的安培力的大小是否變化？該電流計的刻度是否均勻？
第1節 安培力及其應用
3.
【答案】順時針；不變；刻度均勻
【詳解】若線圈中通以如圖所示的電流時，根據左手定則，左側受安培力向上，右側受安培力向下，故線圈順時針轉動；磁場是均勻地輻向分布，線圈轉動過程中各個位置的磁感應強度的大小不變，線圈轉動過程中各個位置的磁場的磁感應強度大小不變，故受到的安培力的大小不變；因為磁場是均勻地輻向分布，線圈轉動過程中各個位置的磁感應強度的大小不變，螺旋彈簧的彈力與轉動角度成正比，故該電流表的刻度是均勻的。
第1節 安培力及其應用
4. 自制的簡易電動機示意圖如圖所示。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續轉動，一位同學將左、右轉軸下側的絕緣漆刮掉，另一位同學將左、右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉。哪位同學的方法可行？為什么？
第1節 安培力及其應用
4.
【答案】第一位，見解析
【解析】第一位同學的方法可行。當左、右轉軸下側的絕緣漆都刮掉，通電后根據左手定則可知下邊受到的安培力方向垂直紙面向里，線圈開始轉動，在前半周轉動過程中，線圈中有電流，安培力開始做正功，后半周轉動過程中沒有電流，不受安培力，由于慣性線圈能夠連續轉動，當左右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，線圈轉動180°后線圈中電流再次受到安培力作用，且使線圈的轉動方向與原來方向相反，因此線圈不能連續繼續轉動。
第1節 安培力及其應用
5.如圖（a）所示，揚聲器中有一線圈處于輻射狀磁場中，當音頻電流信號通過線圈時，線圈帶動紙盆振動，發出聲音。俯視圖（b）表示處于輻射狀磁場中的線圈（線圈平面即紙面），磁場方向如圖中箭頭所示。下列選項正確的是
A. 當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里
B. 當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外
C. 當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里
D. 當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外
第1節 安培力及其應用
5.
【答案】BC
【解析】AB．將環形導線分割成無限個小段，每一小段看成直導線，則根據左手定則，當電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外，故A錯誤；B正確；
CD．同理，當電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里，故C正確；D錯誤。
故選BC。
第1節 安培力及其應用
6. 如圖所示，兩根平行放置的長直導線 a 和 b 中通有大小相同、方向相反的電流， a 受到的安培力大小為 F1。當加入與兩導線所在平面垂直的勻強磁場后， a 受到的安培力大小變為 F2，則此時 b 受到的安培力大小變為
A. F2
B. F1- F2
C. F1+ F2
D. 2 F1- F2
第1節 安培力及其應用
6.
【答案】B
【解析】長直導線a和b中通有大小相同、方向相反的電流，兩導線根據電流的磁效應作用在對方直導線位置的磁場都是垂直于紙面向下，且大小相等。故當加入與兩導線所在平面垂直的勻強磁場后，兩導線所處位置的合磁場的磁感應強度相同，電流大小又相同，故根據安培力的表達式得長直導線所受的安培力相同，也為F2。故選B。
第1節 安培力及其應用
7. 如圖所示，將一根質量為 10 g、長為 10 cm 的鋁棒 ab 用兩個完全相同的細彈簧水平懸掛在勻強磁場中。磁場的磁感應強度大小為 0.2 T，方向垂直于紙面向里。彈簧上端固定，下端與鋁棒絕緣，鋁棒通過開關與電池相連。已知開關斷開時兩彈簧的伸長量均為 0.5 cm，閉合開關，系統重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了 0.3 cm，取重力加速度 g = 10 m/s2。試判斷安培力的方向，并求出電流的大小。
第1節 安培力及其應用
7.
【答案】向下，3A
【解析】閉合開關后，電流由b指向a，受到的安培力向下
斷開時
閉合開關后
受到的安培力為
F = BIL
解得
I = 3A
第1節 安培力及其應用
魯科版 選擇性必修第二冊 第1章 安培力與洛倫茲力
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