磁場對通電導(dǎo)線的作用力 教案高中物理新人教版選擇性必修第二冊（2022年）

1、1.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力安培力的方向和大小是本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是這一章的重點(diǎn)內(nèi)容之一。安培力、電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度三者方向的空間關(guān)系（左手定則）是本節(jié)的難點(diǎn)，比如：安培力的方向一定與電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，但電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可以成任意角度；當(dāng)電流方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時，安培力最大。正確應(yīng)用左手定則也是本章的難點(diǎn)之一。物理觀念通過磁場對電流作用力的實(shí)驗(yàn)，體會安培力，生成安培力概念?？茖W(xué)思維通過安培力方向及大小的學(xué)習(xí)，體會物理模型在探索自然規(guī)律中的作用?？茖W(xué)探究：掌握研究安培力的方法，能在具體問題中判斷安培力方向?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任通過磁電式電流表的原理分析，體會科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展的

2、促進(jìn)作用。教學(xué)重點(diǎn)：安培力的大小計(jì)算和方向判定。教學(xué)難點(diǎn)：用左手定則判定安培力的方向。多媒體課件、導(dǎo)線、蹄形磁鐵、導(dǎo)體棒、鐵架臺、電源等。（展示動態(tài)圖片：回顧奧斯特的實(shí)驗(yàn)過程）奧斯特發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線能使磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不僅開啟了研究電與磁聯(lián)系的序幕，還使人們認(rèn)識了這種神奇的力。現(xiàn)在，這種力還能應(yīng)用到新能源交通工具上，讓電動車行駛在街頭；應(yīng)用到發(fā)射臺上，射出數(shù)倍音速的炮彈未來的某一天，可能還會應(yīng)用到發(fā)射塔上，發(fā)射航天器，在這一章里，就讓我們一起去探究這種神奇的作用力吧!一、新課引入（展示動態(tài)圖片：導(dǎo)體棒在磁場中受力）在右圖中，當(dāng)導(dǎo)體棒中有電流流過時，導(dǎo)體棒就會因受力而發(fā)生運(yùn)動。這個力的方向該如何判斷？

3、 它的大小除了與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)外，還與哪些因素有關(guān)？二、新課教學(xué)在必修課中，我們已經(jīng)知道了磁場對通電導(dǎo)線有作用力，并從這個現(xiàn)象入手定義了物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度B，。安培在研究磁場與電流的相互作用方面作出了杰出的貢獻(xiàn)，為了紀(jì)念他，人們把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力，把電流的單位定為安培。安培力：通電導(dǎo)線在磁場中所受的作用力。問題1：安培力的大小和方向是怎么樣的呢？（一）安培力的方向首先來學(xué)習(xí)安培力的方向。課本的演示實(shí)驗(yàn)：安培力的方向與什么因素有關(guān)（閱讀），分別用動圖展示改變磁場方向，改變電流方向后導(dǎo)線受力方向是否改變。通過與原圖對比說明安培力與什么有關(guān)？F安方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B有關(guān)。通過與原圖對比說

4、明安培力與什么有關(guān)？F安方向與電流方向有關(guān)。那它們有什么規(guī)律呢？平面圖很難觀察到具體的關(guān)系，換成立體圖就更加清晰。通過用立方體的方式簡單描述F、B、I的關(guān)系，比較之后，你能用簡潔的方法表達(dá)F、B、I方向的關(guān)系？注意觀察我們看到力的方向與電流方向是垂直的，而磁感線的方向從N到s，力也與它垂直。即安培力的方向與導(dǎo)線、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都垂直。也就是說，安培力的方向總是垂直于導(dǎo)線和磁感應(yīng)強(qiáng)度方向所在的平面。問題2：如何更加精確的判斷安培力的方向呢？安培經(jīng)過研究總結(jié)出了，左手定則。伸出左手，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面；怎么樣放到磁場中呢？使磁感線垂直穿過手掌，四指指向電流方向；大拇指所

5、指的方向就是直線電流所受安培力的方向。這就是判斷安培力方向的左手定則。那么有的同學(xué)就疑惑了，以前學(xué)習(xí)過右手定則，很容易混亂。我教大家一個小方法，力的這一撇，向則左邊的，所以用左手定則，記住拉。例1：磁場中有一條通電導(dǎo)線，其方向與磁場方向垂直。圖甲、乙、丙分別標(biāo)明了電流、磁感線和安培力三個量中的兩個，試畫出第三個量的方向。在這里普及一下打叉打點(diǎn)的知識，打點(diǎn)表示垂直紙面向外，好比如弓箭從紙面出來，我們看到的只有箭頭的一個點(diǎn)，打叉表示垂直紙面向里，好比如弓箭進(jìn)入紙面我們看到的只有箭尾的打叉圖樣。解題提示：那讓磁感線垂直穿過手心就是這樣，再把四個手指方向調(diào)整到跟電流方向一致就成了這樣。這時拇指的方向就

6、是安培力的方向了。問題3：剛才導(dǎo)線和磁感線垂直，那要是不垂直又該咋判斷呢？例2：畫出通電導(dǎo)體棒ab所受的安培力的方向。解題提示：那咱就可以將磁場按平行和垂直分解。讓跟導(dǎo)線垂直穿過手心就行了。那安培力的方向是垂直紙面向里啦。（二）安培力的大小研究一個力除了方向還有大小。前面咱研究磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小的時候，引入了電流源IL，也就是一段通有電流I長度為L的導(dǎo)線。利用它垂直于磁場時所受安培力F，定義了磁感應(yīng)強(qiáng)度。那么F就應(yīng)該等F=BIL這也就是安培力的計(jì)算公式。但是這個的前提是導(dǎo)線必須與磁場垂直。我們還知道導(dǎo)線平行于磁場時，安培力為0。即當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向垂直時F=ILB當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向

7、與導(dǎo)線方向平行時F=0。問題4：如果通電導(dǎo)線與磁場方向既不平行也不垂直時，導(dǎo)線與磁場夾角時，安培力又該是多大呢？我們知道磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量，所以可以將B正交分解。沿電流B/=Bcos，垂直電流方向B=Bsin，安培力由B產(chǎn)生，所以大小就是F=BILsin（F依然垂直與BI組成的平面）其中=0時，也就是二者平行，sin=0，即F=0。其中=90度時，也就是二者垂直，sin=1，即F=BIL。正是剛才的兩種特殊情況。注意1：B必須是在勻強(qiáng)磁場。如果是非勻強(qiáng)磁場那就必須將導(dǎo)線分割為無數(shù)個小電流元。求出每一個小電流元所受的安培力，最后再讓他們進(jìn)行矢量疊加。注意2：L是有效長度。剛才用的都是直導(dǎo)線，L就

8、是它本身的總長度，如果不是直導(dǎo)線，比如這個圖，還能用總長度計(jì)算嗎？顯然不行，這時就要用到有效長度這個概念，在這個圖中，紅色的線段是對稱的，所以安培力也是大小相等方向相反互相抵消。青色色的線段也是。那只剩這幾段，他們就相當(dāng)于從這兒到這兒的一段線段。這個就是他的有效長度L。它受到的安培力就是F=BIL。既然這樣那如果我在這添一根導(dǎo)線，把線路變成閉合的，那這一段的電流方向就要向上，所受的安培力就跟左邊這部分大小相等方向相反互相抵消了。也就是說閉合回路有效長度就是0，受到的總安培力就是0。對于更復(fù)雜的導(dǎo)線就可以利用這個結(jié)論來解決，比如這個圖如果閉合的話有效長度就是0。所以去掉這段后，剩余部分的有效長度

9、就是這一段這么長，但是電流方向跟這個相反是從原來的起點(diǎn)到原來的終點(diǎn)。也就是說不閉合的導(dǎo)線有效長度就是一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的線段。電流方向也是從起點(diǎn)到終點(diǎn)。那么遇到這種更加這樣更復(fù)雜的弧線，也只需要連接這兩點(diǎn)就可以了，電流方向是從起點(diǎn)指向終點(diǎn)。例3：長度為20cm的通電直導(dǎo)線放在勻強(qiáng)磁場中，電流的強(qiáng)度為1A，受到磁場作用力的大小為2N，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為 （ ）A、B10T B、B10TC、B10T D、不能確定解題提示：（不確定）故選B。（三）磁電式電流表（播放動圖線圈的轉(zhuǎn)動和電流表的指針偏轉(zhuǎn)）磁電式儀表最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈。圖是線圈在磁場中受力情況的圖示。當(dāng)電流通過線圈時

10、，導(dǎo)線受到安培力的作用。由左手定則可以判定，線圈左右兩邊所受的安培力的方向相反，于是安裝在軸上的線圈就要轉(zhuǎn)動。問題：為什么斷電后指針會回復(fù)原來的位置呢？因?yàn)檠b有螺旋彈簧，彈簧會回復(fù)原狀。安培力總與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直。為了使電流表表盤的刻度均勻，兩磁極間裝有極靴，極靴中間又有一個鐵質(zhì)圓柱。這樣，極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，線圈無論轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都跟磁感線平行，表盤的刻度就是均勻的了”。線圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變。所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向。1.1通電導(dǎo)線在磁場中受到的力一、安培力的方向安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所在的平面 掌心磁感線進(jìn)入左手定則 四指電流方向拇指安培力方向平行通電直導(dǎo)線之間的相互作用：同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。二、安培力的大小F=ILB平行時：F0=0時，平行：F0有夾角時：F=ILBsin=90時，垂直：FBIL彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點(diǎn)直接的長度；相應(yīng)的電流沿L由始端