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鲁科版 选择性必修第二册 第1章 安培力与洛伦兹力
第1章 安培力与洛伦兹力
第1节 安培力及其应用
安培力
1. 闭合开关后会有什么现象？
细铜杆运动起来。
2. 将磁极的位置上下交换，有什么现象？
细铜杆运动方向相反。
3. 改变变流方向，有什么现象？
细铜杆运动方向相反。
第1节 安培力及其应用
情境思考
1. 安培力：物理学中，将磁场对通电导线的作用力称为安培力。
第1节 安培力及其应用
2．安培力的方向：
左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心____进入，并使四指指向__________，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
垂直
电流的方向
概念记忆
第1节 安培力及其应用
概念记忆
3. 安培力的大小：通电直导线电流 方向与磁场方向平行时，导线所受安培力为零；在匀强磁场中，电流方向与磁场方向垂直时，通电直导线受到的安培力 F 跟电流 I 和直导线长度 l 的乘积成正比，比例系数就是磁感应强度 B。
F = IlB
电流的单位为安培（A），直导线长度的单位为米（m），磁感应强度的单位为特斯 拉（T），安培力的单位为牛顿（N）。
若电流方向与磁场方向成 θ 角时，安培力大小如何计算？
第1节 安培力及其应用
概念记忆
当电流方向与磁场方向有一个夹角 θ 时，可把磁感应强度矢量分解为两个分量与电流方向平行的分量 B1 = Bcos θ ；与电流方向垂直的分量 B2 = Bsin θ。B1 对通电直 导线没有作用力，因此通电直导线所受的作用力 F 完全由 B2 决定，即 F = IlB2，由此可得
F = IlBsin θ
B为矢量，则F也为矢量，遵循平行四边形定则
第1节 安培力及其应用
探究提升
1.安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别。
名称 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则
用途 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力方向
适用对象 直线电流 环形电流或通电螺线管
应用方法 拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向表示电流的环绕方向
结果 四指弯曲的方向表示磁感线的方向 拇指指向轴线上磁感线的方向
第1节 安培力及其应用
探究提升
2.探究两平行通电直导线的相互作用规律（课本P4）
同向电流互相吸引，反向电流互相排斥。
第1节 安培力及其应用
探究提升
3.对导线长度的理解：有效长度
（1）对于求弯曲导线在匀强磁场中所受安培力时，l为有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿l由始端流向末端，如图所示
第1节 安培力及其应用
探究提升
3.对导线长度的理解：有效长度
（2）如图所示，对任意形状的闭合平面线圈，当线圈平面与磁场方向垂直时，线圈的等效长度l＝0，故通电后在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零。
安培力的应用
1.安培力在生活中的应用非常广泛。
当你使用电风扇、吹风机、洗衣机，或者玩电动小车、用电钻打孔时，安培力都在发挥作用。正是安培力使这些电器里的一个重要部件——电动机的转子转了起来
多用电表是检修电气设备必不可少的工具，其核心部分由电流计及与其并联或串联的电阻构成。电流计能发挥作用，也应归功于安培力。
第1节 安培力及其应用
理解运用
2.电流计等磁电式电表
（1）构造特点
①构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。(如图甲所示)
②特点：两极间的极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向均匀分布，如图乙所示，使线圈平面都与磁感线平行，使表盘刻度均匀。
第1节 安培力及其应用
理解运用
2. 电流计等磁电式电表
（2）原理
①通电线圈在磁场中受安培力作用发生转动。螺旋弹簧变形，以反抗线圈的转动。
②电流越大，安培力就越大，线圈偏转的角度也越大，所以根据线圈偏转角度的大小，可以确定被测电流的大小；根据指针偏转的方向，可以知道被测电流的方向。
（3）优缺点：优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。
第1节 安培力及其应用
理解运用
3.用电流天平“称”安培力
如图 1-9 所示，天平左盘放砝码，右盘下悬挂线圈，线圈处于磁场中。当线圈没有通电时，天平处于平衡状态。
线圈通电后，在磁场中的导线 a、 b、 c 段分别受安培力作用。由左手定则可知， a、 c 段的安培力大小相等、方向相反，互相抵消，而 b 段导线的安培力方向向上，从而使天平的平衡被破坏。通过在右盘加砝码（或移动游码）使天平重新平衡，根据砝码的质量可推知线圈所受安培力的大小。进一步由线圈的匝数、电流的大小、磁场中导线的长度，还可确定磁感应强度的大小。
第1节 安培力及其应用
理解运用
4.电磁炮和电磁弹射器原理
电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进武器，与传统的火药推动的大炮相比，电磁炮可以大大提高弹丸的速度和射程。电磁弹射器和电磁炮的原理是一样的，把电磁炮的体积和驱动电流大大加强，就可以通过抛射物牵引飞机从航空母舰上起飞，这就是航空母舰上帮助舰载机起飞的电磁弹射器，它比上一代的蒸汽弹射器更为优越。
第1节 安培力及其应用
理解运用
4.电磁炮和电磁弹射器原理
第1节 安培力及其应用
理解运用
轨道式电磁炮
课本练习
1. 下列图中标出了电流 I、磁感应强度 B、安培力 F 这三个物理量中的两个物理量的方向。已知导线垂直于磁场摆放，请标出另一物理量的方向。
第1节 安培力及其应用
1.
【答案】
第1节 安培力及其应用
2. 某同学探究磁场对通电导体的作用的实验装置如图所示。当闭合开关后，请在图中标出导体所受安培力的方向。若要使导体受到的安培力更大，可采取哪些措施？
第1节 安培力及其应用
2.
【解析】根据F=BIL可知，若要使导体受到的安培力更大，可增大通过导体的电流，或者换一个磁性更强的磁铁，或者换一个更宽一些的磁体。
第1节 安培力及其应用
3. 在电流计中，当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，游丝被扭动，线圈停止转动时满足 NBIS = kθ，式中 N 为线圈的匝数，S 为线圈围成的面积，I 为通过线圈的电流，B 为磁感应强度， θ 为线圈（指针）偏角， k 是与游丝有关的常量。若线圈中通以如图所示的电流时，线圈将如何转动？线圈转动过程中受到的安培力的大小是否变化？该电流计的刻度是否均匀？
第1节 安培力及其应用
3.
【答案】顺时针；不变；刻度均匀
【详解】若线圈中通以如图所示的电流时，根据左手定则，左侧受安培力向上，右侧受安培力向下，故线圈顺时针转动；磁场是均匀地辐向分布，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，线圈转动过程中各个位置的磁场的磁感应强度大小不变，故受到的安培力的大小不变；因为磁场是均匀地辐向分布，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，螺旋弹簧的弹力与转动角度成正比，故该电流表的刻度是均匀的。
第1节 安培力及其应用
4. 自制的简易电动机示意图如图所示。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动，一位同学将左、右转轴下侧的绝缘漆刮掉，另一位同学将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉。哪位同学的方法可行？为什么？
第1节 安培力及其应用
4.
【答案】第一位，见解析
【解析】第一位同学的方法可行。当左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉，通电后根据左手定则可知下边受到的安培力方向垂直纸面向里，线圈开始转动，在前半周转动过程中，线圈中有电流，安培力开始做正功，后半周转动过程中没有电流，不受安培力，由于惯性线圈能够连续转动，当左右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，线圈转动180°后线圈中电流再次受到安培力作用，且使线圈的转动方向与原来方向相反，因此线圈不能连续继续转动。
第1节 安培力及其应用
5.如图（a）所示，扬声器中有一线圈处于辐射状磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音。俯视图（b）表示处于辐射状磁场中的线圈（线圈平面即纸面），磁场方向如图中箭头所示。下列选项正确的是
A. 当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
B. 当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
C. 当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里
D. 当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外
第1节 安培力及其应用
5.
【答案】BC
【解析】AB．将环形导线分割成无限个小段，每一小段看成直导线，则根据左手定则，当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外，故A错误；B正确；
CD．同理，当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里，故C正确；D错误。
故选BC。
第1节 安培力及其应用
6. 如图所示，两根平行放置的长直导线 a 和 b 中通有大小相同、方向相反的电流， a 受到的安培力大小为 F1。当加入与两导线所在平面垂直的匀强磁场后， a 受到的安培力大小变为 F2，则此时 b 受到的安培力大小变为
A. F2
B. F1- F2
C. F1+ F2
D. 2 F1- F2
第1节 安培力及其应用
6.
【答案】B
【解析】长直导线a和b中通有大小相同、方向相反的电流，两导线根据电流的磁效应作用在对方直导线位置的磁场都是垂直于纸面向下，且大小相等。故当加入与两导线所在平面垂直的匀强磁场后，两导线所处位置的合磁场的磁感应强度相同，电流大小又相同，故根据安培力的表达式得长直导线所受的安培力相同，也为F2。故选B。
第1节 安培力及其应用
7. 如图所示，将一根质量为 10 g、长为 10 cm 的铝棒 ab 用两个完全相同的细弹簧水平悬挂在匀强磁场中。磁场的磁感应强度大小为 0.2 T，方向垂直于纸面向里。弹簧上端固定，下端与铝棒绝缘，铝棒通过开关与电池相连。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为 0.5 cm，闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了 0.3 cm，取重力加速度 g = 10 m/s2。试判断安培力的方向，并求出电流的大小。
第1节 安培力及其应用
7.
【答案】向下，3A
【解析】闭合开关后，电流由b指向a，受到的安培力向下
断开时
闭合开关后
受到的安培力为
F = BIL
解得
I = 3A
第1节 安培力及其应用
鲁科版 选择性必修第二册 第1章 安培力与洛伦兹力
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