磁場對通電導線的作用力-2026-2027學年高二上學期物理人教版選擇性必修第二冊

第一章1磁場對通電導線的作用力學習目標1.通過實驗,認識安培力,探究安培力的方向與電流方向、磁感應強度的方向之間的關系,體會相互作用觀。(物理觀念、科學探究)2.會根據磁感應強度的定義式推導安培力的公式F=IlBsinθ,并會進行有關計算。(科學思維)3.知道磁電式電流表的基本構造及測量電流大小、確定電流方向的基本原理。(科學思維)基礎落實·必備知識全過關基礎轉化·夯實基礎提能力目錄索引

重難探究·能力素養全提升學以致用·隨堂檢測全達標基礎落實·必備知識全過關一、安培力的方向1.安培力______________在磁場中受的力稱為安培力。

2.影響因素安培力的方向與

方向、

方向有關。

通電導線

磁場

電流

3.左手定則(1)用左手定則判斷安培力的方向:伸開

手,使拇指與其余四個手指

___________,并且都與手掌在同一平面內;讓磁感線從掌心垂直進入,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。

(2)安培力方向的特點:不管電流方向與磁場方向是否垂直,安培力的方向總是垂直于磁場方向和電流方向所決定的平面,即總有F⊥I且F⊥B。安培力的方向垂直于電流和磁場決定的平面

左

垂直

電流

拇指

二、安培力的大小如圖甲、乙、丙所示,導線電流為I、長度為l,磁場的磁感應強度為B,則:1.如圖甲所示,通電導線與磁感應強度方向垂直,此時安培力F=__________。

2.如圖乙所示,通電導線與磁感應強度方向平行,此時安培力F=

。

3.如圖丙所示,通電導線與磁感應強度方向成θ角,此時安培力F=

______________。夾角影響安培力的大小

IlB0IlBsinθ三、磁電式電流表1.磁電式電流表各部件的名稱:①永磁體,②極靴,③軟鐵,④螺旋彈簧,⑤線圈,⑥指針。2.原理:通電線圈在磁場中受到

而轉動。被測電流越大,線圈偏轉的角度就

。根據指針的

,可以知道被測電流的方向。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

,且線圈左右兩邊所在之處的磁感應強度的大小都

。

4.優點:靈敏度高,可以測出

的電流。

缺點:線圈的導線很細,允許通過的電流

。

【要點提示】

磁電式電流表是通電導體在磁場中受安培力的應用。不是勻強磁場

安培力

越大

偏轉方向

半徑

平行

相等

很弱

很弱

微思考·情境探究情境1如圖所示,一勻強磁場磁感應強度為B,長為L的導線通電流I。導線垂直于磁場時受力多大?若轉過一定角度與磁場平行,受力又為多大?提示

垂直時F=BIL;平行時sin

0°=0,安培力F=0。情境2電磁炮發射的原理圖如圖所示,電磁炮發射的炮彈憑借極高的動能和精確度,不需要爆炸彈頭就能對目標實施打擊。電磁炮發射彈頭時什么力提供動力呢?提示

安培力。

情境3如圖所示,當磁感應強度的方向與電流方向不垂直時,研究磁場對通電導線的力,為什么只要研究B∥和B⊥對通電導線的作用力,然后求它們的合力就行了?提示

因為磁感應強度是矢量,B∥和B⊥與B是等效替代關系,因此B對通電導線的作用力和B∥與B⊥對通電導線作用力的合力是相同的。基礎轉化·夯實基礎提能力基礎轉化點1安培力的方向AI解讀安培力方向是本節核心判斷技能,用左手定則判定。它是磁場、電流、受力三者空間關系的入門,常出現在導線、金屬棒、導軌等情境中,是選擇題和受力分析的必考內容,理解不清會直接影響后續洛倫茲力的學習。1.(2026重慶沙坪壩期中)如圖所示,下列選項中分別標明了通電直導線中電流I、勻強磁場的磁感應強度B和通電導線所受安培力F的方向,正確的是(

)A解析根據左手定則可知,A項所示情境中,通電導線所受安培力方向垂直于導線向上,故A正確;B項所示情境中,通電導線所受安培力方向垂直于導線向下,故B錯誤;C項所示情境中,由于電流方向與磁場方向平行,則通電導線不受安培力作用,故C錯誤;D項所示情境中,通電導線所受安培力方向垂直于導線向右,故D錯誤。基礎轉化點2安培力的大小AI解讀安培力大小由F=BILsin

θ

決定,關鍵看電流與磁場夾角。垂直時最大,平行時為零,是計算題基礎。常在磁場中導線、線圈受力、平衡問題中出現,是從定性判斷走向定量計算的重要過渡。2.現有一段長L=0.2m、通有電流I=2.5A的直導線,則關于此導線在磁感應強度為B的磁場中所受安培力F的情況,下列說法正確的是(

)A.如果B=2T,則F一定為1NB.如果F=0,則B也一定為零C.如果B=4T,則F有可能為2ND.當F為最大值時,通電導線一定與B平行C解析當導線與磁場方向垂直時,所受安培力F最大,此時F=BIL,當導線與磁場方向平行時,F=0,當導線與磁場方向成任意其他角度時,0<F<BIL,故A、D錯誤,C正確;磁感應強度是磁場本身的性質,與力F無關,故B錯誤。3.(2026浙江嘉興期中)如圖所示,甲、乙、丙、丁四幅圖中,直導體棒的長度均為L,磁場的磁感應強度大小均為B,在各導體棒中通有相同的電流I,則下列選項描述正確的是(

)

B

基礎轉化點3通電導線的相互作用力AI解讀兩根平行通電導線會因彼此磁場產生相互作用力,同向吸引、反向排斥。它是安培力的典型綜合應用,常以判斷受力方向、分析運動趨勢出現,幫助理解磁場的物質性,也是連接電流磁場與安培力的關鍵橋梁。4.一研究平行通電直導線之間相互作用的實驗裝置如圖所示。接通電路后發現兩根導線均發生形變,此時通過導線M和N的電流大小分別為I1和I2,已知I1<I2,方向均向上。若用F1和F2分別表示導線M與N受到的安培力,則下列說法正確的是(

)A.兩根導線相互排斥B.為判斷F1的方向,需要知道I1和I2的合磁場方向C.兩個力的大小關系為F1<F2D.僅增大電流I2,F1、F2會同時都增大D解析根據安培定則可知,導線N在M處產生的磁場方向垂直于紙面向外,根據左手定則可知,導線M所受安培力向右,同理,導線N所受安培力向左,可知兩根導線相互吸引,故A錯誤;為判斷導線M所受安培力F1的方向,需要知道I2在M處的磁場方向和I1的方向,故B錯誤;F1、F2是一對相互作用力,大小總是相等,則僅增大電流I2,F1、F2會同時都增大,故C錯誤,D正確。

D解析a、b受到的安培力大小分別為F1、F2,根據牛頓第三定律可知F1=F2,故A、B錯誤;根據左手定則可知a所受安培力方向向右,b所受安培力方向向左,現施加一范圍足夠大的勻強磁場,使a受到的安培力大小變為0,根據FA=BIL可知,外加磁場對a的安培力大小等于F1,方向向左,而b受到外加磁場的安培力大小為2F1,兩者受到外加磁場施加的安培力方向相同,所以b受到的安培力大小變為F=2F1+F2=F1+2F2,故C錯誤,D正確。重難探究·能力素養全提升命題角度一安培力與電路的綜合問題

例題1如圖所示,將一粗細均勻且由同種材料制成的線圈①放入勻強磁場中,磁場的方向垂直線圈所在平面向里,線圈的上部分為半圓,下部分為等邊三角形的兩邊②,線圈的A、B兩端接一電源③,線圈下部分所受安培力的大小為F0,則整個線圈所受安培力的大小為(

)

A

教你析題讀取題干獲取信息①上下兩部分的電阻與長度成正比②上下兩部分的電阻之比③上下兩部分的電流之比教你破題命題角度二磁電式電流表1.工作原理

2.電流表表盤刻度均勻的原因

例題2磁電式電流表的構造如圖甲所示,在蹄形磁體的兩極間有一個可以繞軸轉動的線圈,轉軸上裝有螺旋彈簧和指針。蹄形磁體和鐵芯間的磁場均勻輻向分布,如圖乙所示。當電流通過線圈時,線圈在安培力的作用下轉動,螺旋彈簧被扭動,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是與螺旋彈簧有關的常量。

不考慮電磁感應現象,由題中的信息可知(

)

C

學以致用·隨堂檢測全達標知識點1

安培力方向的判定

CA.在紙面內斜向上

B.在紙面內斜向下C.垂直紙面向里

D.垂直紙面向外【解析】

電源、金屬桿、導線和水銀組成閉合電路，金屬桿中有斜向左上方的電流通過，題中圖示位置磁場方向斜向右上，根據左手定則可知，導電金屬桿受到的安培力垂直紙面向里，故選C。2.微元思想

[2026浙江杭州期末考試]如圖（a）所示，揚聲器中有一線圈處于磁場中，當音頻電流信號通過線圈時，線圈帶動紙CA.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水平向右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水平向左盆振動，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。在圖（b）中(

)

CA.

B.