新教材2025版高中物理第一章安培力與洛倫茲力1.磁吃通電導(dǎo)線的作用力學(xué)生用書新人教版選擇性必修第二冊

1.磁場對通電導(dǎo)線的作用力【素養(yǎng)目標(biāo)】1.駕馭安培力的概念，了解安培力的產(chǎn)生條件．會用左手定則推斷安培力的方向．(物理觀念)2．駕馭安培力大小的計算公式，并能進(jìn)行有關(guān)計算．(科學(xué)思維)3．經(jīng)驗安培力方向的探究過程，進(jìn)一步理解安培力方向的推斷方法．(科學(xué)探究)4．通過磁電式電流表的結(jié)構(gòu)和原理分析、體會科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展的促進(jìn)作用．(科學(xué)看法與責(zé)任)必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、安培力的方向1．安培力符合牛頓第三定律通電導(dǎo)線在________中受的力稱為安培力．2．安培力方向的特點(diǎn)安培力方向與________方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直，即垂直于導(dǎo)線、磁感應(yīng)強(qiáng)度確定的平面．3．左手定則用左手定則推斷安培力的方向：伸開________手，使拇指與其余四個手指________，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向________的方向，這時________所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向．安培力垂直于電流、垂直于磁場二、安培力的大小如圖甲、乙、丙所示，導(dǎo)線電流為I，長度為l，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則：1．如圖甲所示，通電導(dǎo)線與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，此時安培力F＝________．2．如圖乙所示，通電導(dǎo)線與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行，此時安培力F＝________．夾角影響安培力的大小3．如圖丙所示，通電導(dǎo)線與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向成θ角，此時安培力F＝________．三、磁電式電流表利用了安培力與電流的關(guān)系1．構(gòu)造及特點(diǎn)(1)構(gòu)造：磁鐵、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴、鐵質(zhì)圓柱．(如圖甲所示)(2)特點(diǎn)：兩極間的極靴和極靴中間的鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場都沿________方向勻稱分輻向磁場不是勻強(qiáng)磁場布，使線圈平面都與磁感線________，使表盤刻度________．(如圖乙所示)2．原理(1)通電線圈在磁場中受________作用發(fā)生________．螺旋彈簧變形，以________線圈的轉(zhuǎn)動．(2)電流越大，安培力就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的________也越大，所以從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能推斷通過電流的________；依據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)________，可以知道被測電流的方向．3．優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn)：________，可以測出很弱的電流．(2)缺點(diǎn)：線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流________(幾十微安到幾毫安)．走進(jìn)生活生活中常用的電動機(jī)一般都可簡化為如圖的結(jié)構(gòu)．那么接通電源后究竟是哪種力在拖動電機(jī)轉(zhuǎn)動呢？關(guān)鍵實(shí)力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究一安培力的方向【情境探究】依據(jù)如圖所示進(jìn)行試驗：(1)僅上下交換磁極的位置以變更磁場方向，導(dǎo)線受力的方向是否變更？(2)僅變更導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向是否變更？【核心歸納】1.安培力的方向：(1)左手定則：(2)安培力F的方向特點(diǎn)：F⊥I，F(xiàn)⊥B，即F垂直于B和I所確定的平面．(3)當(dāng)電流方向跟磁場方向不垂直時，安培力的方向仍垂直于電流與磁場所確定的平面，所以仍可用左手定則來推斷安培力的方向，只是磁感線不再垂直穿過手心，而是斜穿過手心．2．安培定則與左手定則的對比理解安培定則左手定則用途推斷電流產(chǎn)生的磁場方向推斷通電導(dǎo)線在磁場中的受力方向因果關(guān)系電流是因，磁場是果電流和磁場都是因，安培力是果結(jié)論推斷安培力的方向不是用安培定則，而是用左手定則【應(yīng)用體驗】例1[2024·江蘇卷]如圖所示，兩根固定的通電長直導(dǎo)線a、b相互垂直，a平行于紙面，電流方向向右，b垂直于紙面，電流方向向里，則導(dǎo)線a所受安培力方向()A．平行于紙面對上B．平行于紙面對下C．左半部分垂直紙面對外，右半部分垂直紙面對里D．左半部分垂直紙面對里，右半部分垂直紙面對外[試解]【針對訓(xùn)練】1．如圖所示，一段半圓形粗銅線固定在絕緣水平桌面(紙面)上，銅線所在空間有一勻強(qiáng)磁場，磁場方向豎直向下．當(dāng)銅線通有順時針方向電流時，銅線所受安培力的方向()A．向前 B．向后C．向左 D．向右2．[2024·廣東肇慶高二檢測]下列情景中，關(guān)于通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向推斷正確的是()A．通電導(dǎo)線靜止，磁場垂直紙面對里B．磁場與豎直方向的夾角為θ，電流方向垂直紙面對里C．磁場豎直向上，導(dǎo)軌水平放置D．導(dǎo)體棒靜止，磁場豎直向上探究二安培力的大小【情境探究】如圖為一探究安培力的簡易試驗器材．(1)運(yùn)用該試驗裝置應(yīng)如何推斷安培力的大小？(2)變更導(dǎo)體棒的放置方向，視察導(dǎo)體棒擺起夾角會怎樣變更？【核心歸納】1.安培力的三種情形2．公式F＝IlBsinθ中θ是B和I方向的夾角(1)當(dāng)θ＝90°時，即B⊥I，sinθ＝1，公式變?yōu)镕＝IlB.(2)當(dāng)θ＝0°時，即B∥I，F(xiàn)＝0.3．公式F＝IlBsinθ中l(wèi)指的是導(dǎo)線在磁場中的“有效長度”，彎曲導(dǎo)線的有效長度l，等于連接兩端點(diǎn)直線的長度(如圖所示)；相應(yīng)的電流沿導(dǎo)線由始端流向末端．推論：對隨意形態(tài)的閉合平面線圈，當(dāng)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(qiáng)磁場中所受安培力的矢量和肯定為零．【應(yīng)用體驗】例2[2024·浙江1月]利用如圖所示裝置探究勻強(qiáng)磁場中影響通電導(dǎo)線受力的因素，導(dǎo)線垂直勻強(qiáng)磁場方向放置．先保持導(dǎo)線通電部分的長度L不變，變更電流I的大小，然后保持電流I不變，變更導(dǎo)線通電部分的長度L，得到導(dǎo)線受到的力F分別與I和L的關(guān)系圖像，則正確的是()[試解]例3[2024·山東濟(jì)南高二檢測](多選)三根導(dǎo)線MN、NP、PQ連接成如圖所示的形態(tài)，然后與直流電源相連．NP段導(dǎo)線是以O(shè)點(diǎn)為圓心的圓?。甅O、OQ、MN、NO、PO、PQ等長，M、O、Q在同始終線上．垂直于導(dǎo)線所在平面的磁場被ON與OP所在直線劃分為三個區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，方向如圖所示．已知導(dǎo)線MN受到的安培力大小為F.則()A．導(dǎo)線NP受到的安培力大小為π3F，方向豎直B．導(dǎo)線NP受到的安培力大小為F，方向豎直向下C．導(dǎo)線MNPQ受到的安培力為零D．導(dǎo)線MNPQ受到的安培力大小為2F，方向豎直向上[試解]【針對訓(xùn)練】3.將長l＝1m的導(dǎo)線ac從中點(diǎn)b折成如圖所示的形態(tài)，放于B＝0.08T的勻強(qiáng)磁場中，abc平面與磁場垂直．若在導(dǎo)線abc中通入I＝25A的直流電，則整個導(dǎo)線所受安培力的大小為()A．32N B．3C．1N D．2N探究三磁電式電流表【情境探究】磁電式電流表中磁場分布如圖所示，結(jié)合安培力大小的確定因素，思索磁場這樣分布的緣由是什么．【核心歸納】1.電流表的靈敏度：是指在通入相同電流的狀況下，指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，偏角越大，靈敏度越高．2．提高靈敏度的方法：假如要提高磁電式電流表的靈敏度，就要使在相同電流下導(dǎo)線所受的安培力增大，可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實(shí)現(xiàn)．【應(yīng)用體驗】例4(多選)試驗室常常運(yùn)用的電流表是磁電式電流表，這種電流表的構(gòu)造如圖甲所示．極靴和軟鐵間的磁場是勻稱輻向分布的，如圖乙所示，下列說法正確的是()A．磁電式電流表內(nèi)部的極靴和軟鐵間的磁場是勻強(qiáng)磁場B．磁電式電流表的指針偏轉(zhuǎn)角度的大小與被測電流的大小成反比C．磁電式電流表的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，缺點(diǎn)是允許通過的電流很弱D．磁電式電流表的工作原理是安培力對通電線圈的轉(zhuǎn)動作用[試解]【針對訓(xùn)練】4.[2024·山西太原高二檢測]磁電式電流表的線圈放在磁體的兩極間，磁體產(chǎn)生輻向分布磁場(如圖所示)，線圈的左右兩邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都相等，當(dāng)線圈中通有圖示方向的電流時()A．線圈左邊受到向上的安培力，右邊受到向下的安培力B．線圈左右兩邊受到的安培力方向相同C．線圈轉(zhuǎn)到不同位置受到的安培力大小不同D．當(dāng)線圈中的電流方向發(fā)生變更時，線圈的轉(zhuǎn)動方向并不變隨堂演練·達(dá)標(biāo)自測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．在如圖所示的四幅圖中，正確標(biāo)明通電直導(dǎo)線所受安培力F方向的是()2．一根長為0.2m、通過電流為1A的導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中，通電導(dǎo)線與磁場方向的夾角為30°，則導(dǎo)線受到安培力的大小為()A．0.4NB．0.3NC．0.2ND．0.1N3.[2024·貴州遵義高二檢測]如圖所示，將六分之一圓弧導(dǎo)線固定于方向垂直紙面對外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，圓弧導(dǎo)線兩端點(diǎn)A、C連線豎直．若給導(dǎo)線通以方向由A到C、大小為I的恒定電流，圓弧的半徑為R，則導(dǎo)線受到的安培力的大小和方向是()A．IRB，水平向左B．IRB，水平向右C．π3D．π34．(多選)如圖所示，閉合線框abcd中a、b、c三點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(0，L，0)，(L，L，0)，(L，0，0)．整個空間處于沿y軸正方向的勻強(qiáng)磁場中，閉合線框中通入電流I，方向如圖所示，關(guān)于閉合線框的四條邊受到的安培力，下列敘述中正確的是()A．a(chǎn)b邊受到的安培力方向沿著z軸負(fù)方向B．a(chǎn)b邊與bc邊受到的安培力大小相等C．a(chǎn)d邊不受安培力作用D．cd邊受到的安培力最大5．(多選)如圖(a)所示，揚(yáng)聲器中有一線圈處于磁場中，當(dāng)音頻電流信號通過線圈時，線圈帶動紙盆振動，發(fā)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()A．當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里B．當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外C．當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對里D．當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面對外第一章安培力與洛倫茲力1．磁場對通電導(dǎo)線的作用力必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．磁場2．電流3．左垂直電流拇指二、1．IlB2．03．IlBsinθ三、1．(2)半徑平行勻稱2．(1)安培力轉(zhuǎn)動抗拒(2)角度大小方向3．(1)靈敏度高(2)很弱走進(jìn)生活提示：安培力關(guān)鍵實(shí)力·合作探究探究一情境探究提示：(1)受力的方向變更．(2)受力的方向變更．應(yīng)用體驗[例1]解析：依據(jù)安培定則，可推斷出導(dǎo)線a左側(cè)部分所在的空間磁場方向斜向右上，右側(cè)部分所在的空間磁場方向斜向右下方，依據(jù)左手定則可推斷出左半部分所受安培力方向垂直紙面對外，右半部分所受安培力方向垂直紙面對里．選項C正確．答案：C針對訓(xùn)練1．解析：依據(jù)左手定則可知，安培力的方向肯定和磁場方向垂直，同時也和電流方向垂直，當(dāng)銅線通有順時針方向電流時，可等效為銅線通有向右的電流，故銅線所受安培力的方向向前，A正確．答案：A2．解析：由左手定則可知A圖中通電導(dǎo)線受到的安培力F豎直向上，故A錯誤；B圖中通電導(dǎo)線受到的安培力F斜向右上方且與磁場垂直，故B正確；C圖中通電導(dǎo)線受到的安培力F水平向右，故C錯誤；D圖中導(dǎo)體棒受到的安培力F水平向右，故D錯誤．答案：B探究二情境探究提示：(1)依據(jù)導(dǎo)體棒擺起的高度(或夾角)可推斷安培力的大?。?2)導(dǎo)體棒與磁場垂直時擺起角度最大，轉(zhuǎn)動90°的過程中擺起角度漸漸減小．應(yīng)用體驗[例2]解析：依據(jù)磁場方向與電流方向垂直時的安培力表達(dá)式F＝ILB可知，在只變更電流I時，其安培力F∝I，因此F-I圖線為過坐標(biāo)原點(diǎn)向上傾斜的直線，故選項A錯誤，B正確；同理，在只變更導(dǎo)線通電部分長度L時，其安培力F∝L，因此F-L圖線也為過坐標(biāo)原點(diǎn)向上傾斜的直線，故選項C、D均錯誤．答案：B[例3]解析：依據(jù)幾何關(guān)系，導(dǎo)線NP在磁場中的有效長度與導(dǎo)線MN相等，則導(dǎo)線NP受到的安培力大小為F，依據(jù)左手定則，安培力方向豎直向下，故A錯誤，B正確；依據(jù)左手定則，導(dǎo)線MN受到的安培力大小為F，方向指向左上方，與豎直方向夾角為60°，同理，導(dǎo)線PQ受到的安培力大小為F，方向指向右上方，與豎直方向夾角為60°，則此二力的合力與導(dǎo)線NP受到的安培力大小相等、方向相反，故導(dǎo)線MNPQ受到的安培力為零，故C正確，D錯誤．答案：BC針對訓(xùn)練3．解析：由題意知導(dǎo)線在磁場內(nèi)的有效長度為L＝2·l2sin60°＝lsin60°，故整個通電導(dǎo)線受到的安培力的大小為F＝ILB＝I·lBsin60°＝0.08×25×1×32N＝答案：B探究三情境探究提示：全部磁感線的延長線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零．該磁場并非勻強(qiáng)磁場，但在以鐵芯為中心的某一圓周上，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都相等．應(yīng)用體驗[例4]解析：磁電式電流表的極靴和用軟鐵制成的圓柱間的磁場都沿半徑方向，不是勻強(qiáng)磁場，A錯誤；磁電式電流表的指針偏轉(zhuǎn)角度的大小與被測電流的大小成正比，B錯誤；磁電式電流表的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，缺點(diǎn)是允許通過的電流很弱，C正確；磁電式電流表的工作原理是安培力對通電線圈的轉(zhuǎn)動作用，D正確．答案：CD針對訓(xùn)練4．解析：由左手定則可知，線圈左邊受到向上的安培力，右邊受到向下的安培力，故A正確，B錯誤；線圈轉(zhuǎn)到隨意位置，線圈所在平面與磁感線平行，受到的安培力大小相同，故C錯誤；當(dāng)線圈中的電流方