资源简介

(共32张PPT)
幻灯片 1：封面
课程标题：14.5 磁场对通电导线的作用力
学科与年级：北师大版 九年级物理
教师姓名：[教师姓名]
幻灯片 2：学习目标
理解磁场对通电导线产生作用力（安培力）的条件，明确作用力的方向与磁场方向、电流方向的关系（左手定则）。
通过实验探究，掌握影响安培力大小的因素（电流大小、磁场强弱、导线长度），能结合实验数据总结规律。
了解安培力的应用（电动机、电流表、电磁炮），能分析电动机的工作流程，建立 “力→运动→能量转化” 的逻辑链。
培养实验观察与分析能力，理解 “电与磁” 的相互作用在技术发明中的核心价值。
幻灯片 3：课程引入 —— 从 “通电导线偏转” 到 “电机转动”
情境展示：
图片 1：通电导线悬挂在 U 形磁铁磁场中，导线向一侧偏转（实验现象）；
图片 2：电动机内部线圈在磁场中高速转动（应用场景）；
视频片段：实验室中，改变电流方向或磁场方向，观察导线偏转方向变化；调节电流大小，观察偏转角度变化。
核心疑问：为什么通电导线在磁场中会受到力的作用？这个力的方向和大小由什么决定？它又是如何推动电动机持续转动的？
引入逻辑：上节课我们学习了电磁铁的 “电生磁”，本节课将聚焦 “磁对电的作用”—— 探究磁场对通电导线的作用力，揭开电动机等设备的工作奥秘。
幻灯片 4：安培力的产生与方向判断（左手定则）
1. 安培力的产生条件
实验探究：
器材：U 形磁铁（提供匀强磁场）、铜棒（可自由移动的通电导线）、电源、开关、导线。
步骤：
不通电：将铜棒放入磁场中（与磁场方向垂直），铜棒静止，无作用力；
通电（电流方向与磁场方向垂直）：闭合开关，铜棒明显向一侧偏转，证明受到力的作用；
电流方向与磁场方向平行：调整导线方向，使电流与磁场方向一致，铜棒不偏转，无作用力。
结论：磁场对通电导线产生作用力（安培力）的条件是 ——电流方向与磁场方向不平行（垂直时作用力最大，平行时作用力为零）。
2. 安培力方向的判断 —— 左手定则
定则内容：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，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。
操作步骤：
确定磁场方向：磁感线从磁铁 N 极出发，指向 S 极，让磁感线垂直穿过掌心（掌心朝向 N 极）；
确定电流方向：四指弯曲或伸直，指向电流从正极到负极的方向；
确定力的方向：拇指自然伸直，所指方向即为安培力方向（与磁场方向、电流方向均垂直）。
示例验证：
磁场方向：U 形磁铁 N 极在上，S 极在下（磁感线向下）；
电流方向：铜棒中电流从左向右；
左手定则应用：掌心向上（磁感线从掌心进入），四指向右（电流方向），拇指向前（安培力方向），与实验中铜棒向前偏转一致。
关键规律：安培力方向始终与磁场方向、电流方向垂直（三者两两垂直），只要其中一个方向反向，安培力方向也反向；若两个方向同时反向，安培力方向不变。
幻灯片 5：影响安培力大小的因素（实验探究）
1. 实验设计（控制变量法）
器材：U 形磁铁（可更换不同磁性强度的磁铁）、不同长度的铜棒、电源（可调电压）、滑动变阻器、弹簧测力计（测量安培力大小）、导线、开关。
实验思路：将铜棒固定在弹簧测力计挂钩上，放入磁场中，通电后弹簧测力计的示数变化量即为安培力大小（F = F 示数 - F 重力）。
2. 探究 1：安培力大小与电流大小的关系（控制磁场、导线长度不变）
步骤：
选用同一 U 形磁铁（磁场强弱不变）、同一根铜棒（长度 L 不变），接入电路；
调节滑动变阻器，使电流为 I =0.2A，记录弹簧测力计示数 F ；
增大电流至 I =0.4A，记录示数 F ；计算安培力 F = 示数 - 重力。
数据示例：
| 电流 I（A） | 0.2 | 0.4 | 0.6 |
|------------|-----|-----|-----|
| 安培力 F（N） | 0.1 | 0.2 | 0.3 |
结论：在磁场强弱、导线长度不变时，安培力大小与电流大小成正比（I 增大几倍，F 也增大几倍）。
3. 探究 2：安培力大小与磁场强弱的关系（控制电流、导线长度不变）
步骤：
保持电流 I=0.3A、铜棒长度 L 不变，先使用普通 U 形磁铁（磁场弱），记录 F ；
更换为强磁性 U 形磁铁（磁场强），记录 F 。
数据示例：
| 磁场强弱 | 弱磁场 | 强磁场 |
|----------|--------|--------|
| 安培力 F（N） | 0.15 | 0.3 |
结论：在电流、导线长度不变时，磁场越强，安培力越大（磁场强度增大几倍，F 近似增大几倍）。
4. 探究 3：安培力大小与导线长度的关系（控制磁场、电流不变）
步骤：
保持磁场强弱不变、电流 I=0.3A，选用长度 L =10cm 的铜棒，记录 F ；
更换为长度 L =20cm 的铜棒（与磁场方向垂直的有效长度），记录 F 。
数据示例：
| 导线长度 L（cm） | 10 | 20 | 30 |
|-----------------|----|----|----|
| 安培力 F（N） | 0.15 | 0.3 | 0.45 |
结论：在磁场、电流不变时，安培力大小与导线在磁场中的有效长度成正比（L 增大几倍，F 增大几倍）。
5. 定量公式（初中阶段了解）
当导线与磁场方向垂直时，安培力大小：F = BIL
（B：磁感应强度，反映磁场强弱，单位特斯拉 T；I：电流 A；L：导线有效长度 m；F：安培力 N）。
幻灯片 6：安培力的应用 —— 电动机的工作原理
1. 电动机的核心结构
定子：固定的磁体（提供磁场，如永磁体或电磁铁）；
转子：可转动的线圈（通电后在磁场中受到安培力，产生转动）；
换向器：由两个半铜环组成，与线圈两端连接，随线圈一起转动；作用是改变线圈中的电流方向，确保线圈持续向同一方向转动；
电刷：固定在外壳上，与换向器接触，将外部电源的电流导入线圈（电刷与换向器摩擦较小，避免线圈转动时导线缠绕）。
2. 工作流程（“通电受力→转动→换向→持续转动”）
初始状态：线圈平面与磁场方向平行，电流从电刷流入线圈，线圈两侧导线电流方向相反；
受力转动：根据左手定则，线圈两侧导线受到方向相反的安培力，形成力矩，线圈绕中心轴顺时针转动；
平衡位置：线圈转动至平面与磁场方向垂直时（平衡位置），两侧导线受力大小相等、方向相反，力矩为零，线圈由于惯性继续转动；
换向器作用：线圈越过平衡位置时，换向器随线圈转动，与电刷接触的半铜环切换，线圈中的电流方向反向；
持续转动：电流方向反向后，根据左手定则，两侧导线的安培力方向也反向，线圈继续顺时针转动，重复上述过程，实现持续转动。
3. 能量转化与应用
能量转化：电能→机械能（部分转化为内能，属于损耗）；
应用场景：
家用电器：洗衣机、电风扇、空调的电机；
工业设备：工厂的动力电机、传送带电机；
交通工具：电动汽车、高铁的驱动电机（功率可达数百千瓦）。
幻灯片 7：其他应用 —— 安培力的技术延伸
1. 电流表（磁电式电流表）
工作原理：电流表内部有永久磁体（产生磁场）和可转动的线圈（通有待测电流），线圈通电后受到安培力的力矩作用，带动指针偏转；电流越大，安培力越大，偏转角度越大，根据指针位置可读出电流大小。
特点：精度高，适合测量直流电流（交流电流需加装整流装置）。
2. 电磁炮
工作原理：利用强磁场对大电流通电导体的安培力，推动弹丸高速运动（弹丸可视为通电导线的一部分）；通过增大电流（可达数十万安培）和磁场强度，使弹丸获得极高速度（可达数千米 / 秒，远超传统火炮）。
应用前景：军事领域（防空、反导）、航天领域（发射小型卫星，降低发射成本）。
3. 磁悬浮列车（推进系统）
原理：列车两侧的轨道上安装电磁铁，通过改变电磁铁的电流方向，使列车受到向前的安培力（推力）；同时利用磁极间的排斥力实现悬浮，减少摩擦，使列车高速前进。
幻灯片 8：课堂小结
知识框架回顾：
安培力产生：条件是电流与磁场方向不平行，垂直时力最大；
安培力方向：用左手定则判断，与磁场、电流方向两两垂直；
安培力大小：与电流大小、磁场强弱、导线长度成正比，公式 F=BIL（了解）；
应用：电动机（核心应用，换向器确保持续转动）、电流表、电磁炮，能量转化为电能→机械能。
重点强调：左手定则是判断安培力方向的核心工具，需结合磁场和电流方向准确应用；电动机的换向器是解决 “线圈反转” 问题的关键，体现了技术设计对物理原理的优化。
幻灯片 9：课堂练习 1
关于磁场对通电导线的作用力，下列说法正确的是（ ）
A. 只要导线通电，在磁场中就一定受到力的作用
B. 安培力的方向与磁场方向、电流方向都垂直
C. 电流方向与磁场方向平行时，安培力最大
D. 安培力的大小与电流大小无关
用左手定则判断安培力方向时，下列说法正确的是（ ）
A. 磁感线从拇指进入掌心
B. 四指指向安培力的方向
C. 拇指指向电流的方向
D. 磁感线从掌心进入，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向
电动机中换向器的作用是（ ）
A. 改变磁场的方向
B. 改变线圈中的电流方向，使线圈持续向同一方向转动
C. 增大线圈中的电流，提高转速
D. 减小线圈的电阻，减少能量损耗
幻灯片 10：课堂练习 2
如图所示，U 形磁铁 N 极在左，S 极在右（磁场方向从左向右），通电导线中电流方向垂直纸面向外（用 “⊙” 表示）。请用左手定则判断导线所受安培力的方向，并说明判断步骤。
某通电导线长度为 0.2m，垂直放入磁感应强度为 0.5T 的磁场中，通过的电流为 2A，求导线所受安培力的大小（利用公式 F=BIL）。若电流增大到 4A，其他条件不变，安培力变为多少？
分析电动机工作时，线圈在平衡位置为什么不会停止转动？换向器在平衡位置附近如何改变电流方向？
幻灯片 11：课堂练习答案
B（解析：A 选项，电流与磁场平行时不受力；C 选项，平行时力为零；D 选项，力与电流成正比）
D（解析：左手定则中，磁感线从掌心进入，四指指向电流，拇指指向安培力）
B（解析：换向器的核心作用是改变线圈电流方向，避免线圈在平衡位置来回摆动）
答：判断步骤：① 确定磁场方向：从 N 极到 S 极，水平向右，让磁感线从掌心进入（掌心朝左）；② 确定电流方向：垂直纸面向外，四指弯曲指向纸外（与掌心垂直）；③ 拇指自然伸直，指向竖直向上，因此安培力方向竖直向上。
答：① F=BIL=0.5T×2A×0.2m=0.2N；② 电流增大到 4A 时，F'=0.5T×4A×0.2m=0.4N（力与电流成正比）。
答：① 线圈在平衡位置时，由于惯性会继续越过平衡位置，不会立即停止；② 线圈越过平衡位置时，换向器随线圈转动，原本与正极电刷接触的半铜环切换为与负极电刷接触，原本与负极接触的半铜环切换为与正极接触，从而改变线圈中的电流方向，使安培力方向不变，线圈持续转动。
幻灯片 12：拓展思考
为什么电动机工作时会发热？如何减少发热损耗？（提示：线圈有电阻，电流通过时产生焦耳热 Q=I Rt；减少损耗的方法：选用电阻率小的导线（如铜）、增大导线横截面积、采用散热风扇或散热片）
若将电动机的电源正负极反接，电动机的转动方向会如何变化？为什么？（提示：转动方向会反向；因为电流方向反向，根据左手定则，安培力方向反向，线圈受力方向改变，转动方向随之反向）
幻灯片 13：结束语
总结与延伸：本节课我们学习了磁场对通电导线的作用力（安培力），掌握了其方向判断和大小影响因素，也理解了电动机的工作原理。下一节课我们将学习 “电磁感应”，探索如何利用磁体和导线的相对运动产生电流，这是发电机的核心原理，进一步完善 “电与磁” 的相互转化认知。希望大家课后观察电动机的拆解视频，结合今天的知识分析其内部结构与工作流程！
北师大版2024版物理九年级全册【精做课件】
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14.5磁场对通电导线的作用力
第十四章 电与磁
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
复习：奥斯特实验
回顾知识，猜想磁体是否对通电导体产生力的作用？
观看图片：将电风扇拆掉外壳，发现里面有磁铁，猜想电风扇通电能转动是因为通电线圈在磁场中会受到力的作用。
实验器材：电源、开关、蹄形磁铁（不选用条形磁铁，因为蹄形磁铁的磁场较集中）、导线、滑动导轨（减小阻力）。
实验图：
观察：当我们闭合开关后，你会观察到什么现象？
磁场对通电导体的作用
实验方法：因为通电导线的受力方向可能与多个因素有关，因此我们采取控制变量法。
实验方案：
1.只改变电流的方向，观察导线的运动方向是否改变。
2.只改变磁场的方向，观察导线的运动方向是否改变。
3.同时改变电流和磁场的方向，观察导线的运动方向是否改变。
实验结论：磁场对通电导体具有力的作用，其作用的方向与磁感线的方向和电流的方向有关。
电动机由四部分组成：磁铁、线圈、换向器和电刷.能够转动的线圈（转子），固定不变的磁体（定子）
可以观察到甲图和丙图中，线圈左右两边所受到的力的方向相反，因此，线圈不会连续转动，而是左右摆动。
线圈不能连续转动
线圈不能连续转动
在乙图中，线圈受到的两个力是二力平衡，所以线圈不能转动，这个位置称为平衡位置，线圈依靠惯性越过平衡位置。
怎样才能让线圈连续不断地转下去呢？请分析下图：仔细分析各图线圈的受力方向，你会发现什么？
电动机的转动原理
电动机转动的原理：
通电线圈在磁场中受力转动
电能转化为机械能
通电导体在磁场中受力的方向跟电流方向和磁感线方向有关
1．在物理学中，用表示电流的方向垂直于纸面向里，用表示电流的方向垂直于纸面向外。下列四幅用箭头标明通电导体在磁场中受力方向的图中，有一幅是错误的，则错误的是(　　)
C
2．通电直导线在磁场中受到磁场力的方向可以用左手定则来判断：伸开左手，使大拇指与四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁
感线垂直穿入掌心，并使四指指向
电流的方向，这时大拇指所指的方
向就是通电直导线所受磁场力的方
向，如图甲所示。
由此可以判断，图乙中的线圈是________(选填“顺时针”或“逆时针”)转动的。
顺时针
3．[中考·广西]如图，某兴趣小组利用干电池、铜线框和磁体制作了一个“爱心”电动机，“爱心”能绕电池转动。下列家用电器与“爱心”电动机工作原理相同的是(　　)
A．电饭锅 B．电风扇
C．手电筒 D．电视机
B
4．在装配直流电动机模型时，通电后直流电动机模型不转。电动机不转的原因不可能是(　　)
A．转轴与支架之间摩擦力太大
B．磁体磁性太强
C．电刷与换向器接触不良
D．电源电压太低了
B
知识点1 电磁继电器的结构
1.如图所示是电磁继电器的构造示意
图，请指出下列各部位的名称：
A是________，
B是______，
C是______，
D是________。
电磁铁
衔铁
弹簧
动触点
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知识点2 电磁继电器的原理与应用
2. 二十大报告指出“科技是
第一生产力”。某学校为了培养学生的科
学素养，组织科技拓展大赛，小明在比赛
D
A. 两灯都亮 B. 两灯都不亮
C. 只有绿灯亮 D. 只有红灯亮
中制作了水位自动报警器，原理图如图所示。当水位达到金
属块 时（一般的水都能导电），则( )
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3.如图所示的电路，闭合开关后，
电磁铁的上端是它的__
（选填“”或“ ”）极。利用电磁继
电器连成的控制电路，可以实现用
________________的电路控制强电
流、高电压的工作电路。
弱电流、低电压
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4.［2024·西安模拟］如图是小佳
同学设计的短跑比赛“抢跑判断器”。
电磁铁是利用电流的____效应工
作的。当运动员蹲在起跑器上后，
磁
裁判员闭合开关、，发令指示灯亮，运动员抢跑后，
所受压力变小，电阻变小，电磁铁将衔铁吸下，抢跑指示灯
____（选填“”或“ ”）亮，则判定该运动员抢跑。
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知识点3 电磁阀
5. 如图是公共汽车上用电磁阀控制
车门开或关的电路图。、 是固定的电磁铁
线圈，衔铁、 通过横杆相连并可左右移动，
右
带动滑阀（未画出）改变管路连接，使车门开启或关闭。
接通触点时，线圈___（选填“”或“ ”）具有磁性，吸引衔
铁，使横杆向____（选填“左”或“右”）运动。
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6. ［2024·枣庄二模］小区内的路灯能根
据光线亮暗情况实现自动控制，其电路原
理如图所示，是定值电阻， 是光敏电
A
A. 电流表示数减小，电磁铁的磁性减弱，开关 闭合
B. 电流表示数减小，电磁铁的磁性增强，开关 断开
C. 电流表示数增大，电磁铁的磁性增强，开关 闭合
D. 电流表示数增大，电磁铁的磁性减弱，开关 断开
阻，其阻值大小随光照强度的增大而减小。当开关 闭合，
光线变暗时，下列判断正确的是( )
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7. ［2024·聊城三模改编］为了应对即将到来的汛期，某课
外兴趣小组设计了一个检测水库水位的装置，其原理如图所
示。为安全指示灯，电铃为报警器，为定值电阻， 为
竖直放置、粗细均匀且足够长的电阻棒，滑片 可以在电阻
棒上自由滑动，并与浮子通过竖直的绝缘杆连接，可随着浮
子的上下移动而改变电阻棒 接入电路的阻值，从而通过电
流表的示数来反映水位的高低。当滑片指向 的中点时，
水位达到警戒值，电磁铁吸下衔铁报警。则该装置正常工作
时( )
A. 电磁铁的上端为 极
B. 水位较低时，电磁铁的磁性较弱
C. 若减小 的阻值，警戒水位会变高
D. 电流表示数越大，表示水位越低
B
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8. 如图所示为家用燃气热水器
的工作原理示意图。当打开淋浴阀，有流速
很大的水通过活塞右侧时，活塞由于右侧的
减小
磁性
压强______（选填“增大”或“减小”）而向右移动，拉动连杆
使控制开关 闭合，从而接通电磁铁和电子点火器，通电后，
电磁铁具有______，吸引燃气电磁阀，使其打开通入燃气，
电子点火器同步点火，热水器开始工作。电磁铁通电时，电
磁铁的左端为__（选填“”或“ ”）极。
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磁场对通电体的作用
①通电导体在磁场中受到力的作用
自动控制电路
②影响力的方向
电流的方向
磁场的方向
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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