新教材2025版高中物理第一章磁吃電流的作用1.安培力學(xué)生用書教科版選擇性必修第二冊

1.安培力課標(biāo)要求1．通過試驗，相識安培力．2．能推斷安培力的方向，會計算安培力的大?。季S導(dǎo)圖必備學(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．相識安培力定義：磁場對________的作用力．2．安培力的方向(1)方向：用________推斷．推斷方法：伸出左手，四指并攏，使大拇指和其余四指________，并且都跟手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過________，四指指向________，則________所指方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向．(2)安培力方向的特點安培力的方向與________方向、磁感應(yīng)強度的方向都垂直，即垂直于磁場方向與電流方向所在的________．二、安培力的大小1．I∥B時，F(xiàn)＝________．2．I⊥B時，F(xiàn)＝________．3．I與B夾角為θ時，F(xiàn)＝________．[導(dǎo)學(xué)1]當(dāng)電流方向與磁場方向中一個反向時，安培力方向反向；當(dāng)兩者同時都反向時，安培力方向不變．[導(dǎo)學(xué)2]當(dāng)導(dǎo)線(電流I)與磁場B方向夾角為θ時，可用兩種方法求安培力：(1)分解磁感應(yīng)強度B(如圖上所示)，F(xiàn)＝B2IL＝BILsinθ(θ為B與I的方向夾角)；(2)投影導(dǎo)線(如圖下所示)，F(xiàn)＝BIL1＝BILsinθ(θ為B與I的方向夾角)．關(guān)鍵實力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點一安培力的方向?qū)W(xué)探究依據(jù)如圖所示進行試驗．(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？(3)細致分析試驗現(xiàn)象，結(jié)合課本說明安培力的方向與磁場方向、電流方向有怎樣的關(guān)系？歸納總結(jié)1.安培力方向的特點安培力的方向既垂直于電流方向，也垂直于磁場方向，即垂直于電流I和磁場B所確定的平面．(1)當(dāng)電流方向跟磁場方向垂直時，安培力的方向、磁場方向和電流方向兩兩相互垂直．應(yīng)用左手定則推斷時，磁感線從掌心垂直進入，拇指、其余四指和磁感線三者兩兩垂直．(2)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方向，也垂直于磁場方向．應(yīng)用左手定則推斷時，磁感線斜著穿入掌心．2．推斷安培力方向的步驟(1)明確探討對象．(2)用安培定則或依據(jù)磁體的磁場特征，畫出探討對象所在位置的磁場方向．(3)由左手定則推斷安培力方向．3．應(yīng)用實例應(yīng)用左手定則和安培定則可以判定平行通電直導(dǎo)線間的作用力：同向電流相互吸引，反向電流相互排斥．典例示范例1畫出圖中各磁場對通電直導(dǎo)線的安培力的方向(與紙面垂直的力只需用文字說明)．素養(yǎng)訓(xùn)練1在赤道上空，水平放置一根通以由西向東方向的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線()A．受到豎直向上的安培力B．受到豎直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向東的安培力素養(yǎng)訓(xùn)練2一個環(huán)形電流的中心有一根通電導(dǎo)線，如圖所示．關(guān)于通電直導(dǎo)線的受力狀況是()A．受向左的磁場力B．受向右的磁場力C．受磁場力使直導(dǎo)線偏離圓環(huán)中心D．不受磁場力探究點二安培力的大小導(dǎo)學(xué)探究在勻強磁場B中，導(dǎo)線中的電流為I，當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線成θ角時，導(dǎo)線所受安培力F應(yīng)怎樣求解？歸納總結(jié)1.公式F＝IlBsinθ中B對放入的通電導(dǎo)線來說是外加磁場的磁感應(yīng)強度，不必考慮導(dǎo)線自身產(chǎn)生的磁場對外加磁場的影響．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磁場中所受安培力的矢量和肯定為零，如圖所示．典例示范例2長度為L、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強磁場中，電流方向與磁場方向分別如圖所示，已知磁感應(yīng)強度均為B，對于下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小計算正確的是()素養(yǎng)訓(xùn)練3將長1m的導(dǎo)線ac從中點b折成如圖所示的形態(tài)，放于B＝0.08T的勻強磁場中，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．32NB．3C．1ND．2N素養(yǎng)訓(xùn)練4如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面對里)垂直．線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力為()A．方向沿紙面對上，大小為(2＋1)ILBB．方向沿紙面對上，大小為(2－1)ILBC．方向沿紙面對下，大小為(2＋1)ILBD．方向沿紙面對下，大小為(2－1)ILB探究點三安培力作用下的平衡問題歸納總結(jié)安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題是常見的一類題型，體現(xiàn)了學(xué)科內(nèi)學(xué)問的綜合應(yīng)用及學(xué)問的遷移實力，解決這類問題的關(guān)鍵是對導(dǎo)體進行正確的受力分析．(1)對導(dǎo)體受力分析時先將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，將抽象的空間受力分析轉(zhuǎn)移到紙面上進行，一般是畫出與導(dǎo)體垂直的平面，將題中的角度、電流的方向、磁場的方向標(biāo)注在圖上，然后進行分析．(2)正確的受力分析依次是：先重力，后安培力，最終是彈力和摩擦力．這是因為彈力和摩擦力的有無和方向與其他力有關(guān)．(3)特殊留意安培力的方向判定：安培力垂直于磁場方向的同時又垂直于電流方向，即肯定垂直于磁場方向和電流方向所確定的平面．典例示范例3質(zhì)量為m＝0.02kg的通電細桿ab置于傾角為θ＝37°的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d＝0.2m，桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，磁感應(yīng)強度B＝2T的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖所示．現(xiàn)調(diào)整滑動變阻器的滑片，試求出為使桿ab靜止不動，通過ab桿的電流范圍．名師點撥(1)安培力作為一種性質(zhì)力，在受力分析時要單獨分析，不行與其他力混為一談．(2)為便利對問題的分析和便于列方程，在受力分析時先將立體圖畫成平面圖，即畫成俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等．素養(yǎng)訓(xùn)練5如圖所示，在傾角為θ的光滑斜面上，水平放置一根質(zhì)量為m、長為L的銅棍，將其兩端用軟導(dǎo)線與電源連接，使其中有圖示方向的恒定電流，電流強度為I，空間存在豎直向上的勻強磁場，銅棍處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度為g，則勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為()A．mgsinθC．mgtanθ素養(yǎng)訓(xùn)練6如圖所示，一根導(dǎo)體棒用兩根細線懸掛在勻強磁場中，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.2T，導(dǎo)體棒與磁場方向垂直，長度L＝0.2m，導(dǎo)體棒質(zhì)量m＝0.014kg，其中向右的電流I＝1A，重力加速度g取10m/s2.下列說法正確的是()A．該導(dǎo)體棒所受安培力大小為0.04NB．該導(dǎo)體棒所受安培力大小為0.02NC．每根懸線的張力大小為0.07ND．每根懸線的張力大小為210隨堂演練·自主檢測——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達標(biāo)1.一段直導(dǎo)線懸掛在蹄形磁鐵的兩極間，通以如圖所示的電流后，該直導(dǎo)線所受安培力的方向是()A．向上B．向下C．向左D．向右2．如圖所示，一根有質(zhì)量的金屬棒MN，兩端用細軟導(dǎo)線連接后懸于a、b兩點，棒的中部處于方向垂直紙面對里的勻強磁場中，棒中通有電流，方向從M流向N，此時懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以()A．適當(dāng)減小磁感應(yīng)強度B．使磁場反向C．適當(dāng)增大電流D．使電流反向3.如圖所示，在南北方向安放的長直導(dǎo)線的正上方用細線懸掛一條形小磁鐵，當(dāng)導(dǎo)線中通入圖示的電流I后，下列說法正確的是()A．磁鐵N極向里轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力小于磁鐵所受的重力B．磁鐵N極向外轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力小于磁鐵所受的重力C.磁鐵N極向里轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力大于磁鐵所受的重力D．磁鐵N極向外轉(zhuǎn)，懸線所受的拉力大于磁鐵所受的重力4．將一段通電直導(dǎo)線abc從中點b折成120°，分別放在如圖所示的勻強磁場中，圖甲中導(dǎo)線所在平面與磁場的磁感線平行，圖乙中導(dǎo)線所在平面與磁場的磁感線垂直，若兩圖中兩導(dǎo)線所受的安培力大小相等，則甲、乙兩圖中磁場的磁感應(yīng)強度大小之比B1A．33B．C．36D．5．如圖所示，導(dǎo)線框中電流為I，導(dǎo)線框垂直于磁場放置，磁感應(yīng)強度為B，AB與CD相距為d，則MN所受安培力大小為()A．F＝BIdB．F＝BIdsinθC．F＝BIdsinθD．F＝BId1．安培力必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、1．通電導(dǎo)線2．(1)左手定則垂直手心電流方向大拇指(2)電流平面二、1．02．ILB3．ILBsinθ關(guān)鍵實力·合作探究探究點一【導(dǎo)學(xué)探究】提示：(1)受力的方向變更．(2)受力的方向變更．(3)安培力的方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系滿意左手定則．【典例示范】例1解析：無論B、I是否垂直，安培力總是垂直于B與I所確定的平面，且滿意左手定則．對于A、B、C、D選項，干脆用左手定則推斷．E選項中由安培定則可推斷出通電導(dǎo)線A處的磁場方向如圖甲所示，由左手定則可推斷出A受到的安培力方向如圖甲所示．F選項中由安培定則可推斷出通電導(dǎo)線A處的磁場如圖乙所示，由左手定則可推斷出A受到的安培力方向如圖乙所示．答案：素養(yǎng)訓(xùn)練1解析：赤道上空的地磁場方向是由南向北的，電流方向由西向東，畫出此處磁場和電流的方向如圖所示，由左手定則可推斷出導(dǎo)線受到的安培力的方向是豎直向上的，A正確．答案：A素養(yǎng)訓(xùn)練2解析：依據(jù)安培定則可知，環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場方向沿軸線的方向，此時通電直導(dǎo)線的電流方向與磁場方向相同，即B平行I，所以通電直導(dǎo)線不受安培力的作用，即F＝0，D正確．答案：D探究點二【導(dǎo)學(xué)探究】提示：把磁感應(yīng)強度B分解為兩個重量：一個重量與導(dǎo)線垂直B1＝Bsinθ，另一重量與導(dǎo)線平行B2＝Bcosθ(如圖)，平行于導(dǎo)線的重量B2不對通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B1確定，即F＝IlB1.將B1＝Bsinθ，代入得F＝IlBsinθ.【典例示范】例2解析：題A圖中，導(dǎo)線不和磁場垂直，將導(dǎo)線投影到垂直磁場方向上，故F＝BILcosθ，A正確；題B圖中，導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，B錯誤；題C圖中，導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，C錯誤；題D圖中，導(dǎo)線和磁場方向垂直，故F＝BIL，D錯誤．答案：A素養(yǎng)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＝BIL＝BIlsin60°＝0.08×25×1×32N＝答案：B素養(yǎng)訓(xùn)練4解析：應(yīng)用F＝ILB求安培力，其中I⊥B，L為導(dǎo)線的有效長度．導(dǎo)線段abcd的有效長度為線段ad的長度，由幾何學(xué)問知Lad＝(2＋1)L，故線段abcd所受的合力大小F＝ILadB＝(2＋1)ILB，導(dǎo)線有效長度的電流方向為a→d，據(jù)左手定則可以確定導(dǎo)線所受合力方向沿紙面對上，A正確．答案：A探究點三【典例示范】例3解析：桿ab中的電流為a到b，所受的安培力方向平行于導(dǎo)軌向上．當(dāng)電流較大時，桿有向上的運動趨勢，所受靜摩擦力向下，當(dāng)靜摩擦力達到最大時，安培力為最大值F1，此時通過ab的電流最大為Imax；同理，當(dāng)電流最小時，應(yīng)當(dāng)是桿受向上的最大靜摩擦力，此時的安培力為最小值F2，電流最小為Imin.正確地畫出兩種狀況下的受力圖，由平衡條件列方程求解．如圖甲所示，有F1－mgsinθ－f1＝0，N－mgcosθ＝0又f1＝μN，F(xiàn)1＝BImaxd解得Imax＝0.46A如圖乙所示，有F2＋f2－mgsinθ＝0，N－mgcosθ＝0又f2＝μN，F(xiàn)2＝BImind解得Imin＝0.14A所以通過ab桿的電流范圍是0.14A≤I≤0.46A.答案：0.14A≤I≤0.46A素養(yǎng)訓(xùn)練5解析：依據(jù)銅棍沿斜面方向受力平衡，可知mgsinθ＝BILcosθ，解得B＝mgtan答案：C素養(yǎng)訓(xùn)練6解析：依據(jù)安培力公式F＝ILB，帶入數(shù)據(jù)可得F＝0.04N，A正確，B錯誤；對導(dǎo)體棒受力分析，由正交分解法2Tcos45°＋F＝mg帶入數(shù)據(jù)可得T＝220答案：A隨堂演練·自主檢測1．解析：依據(jù)左手定則：伸開左手，拇指與手掌垂直且共面，磁感線穿過掌心，四指指向電流方向，則大拇指的方向指向右，則安培力的方向向右，D正確．答案：D2．解析：首先對MN進行受力分析，MN受豎直向下的重力G，受兩根軟導(dǎo)線的豎直向上的拉力和安培力．處于平衡時：2F＋BIl＝mg，重力mg恒定不變，欲使拉力F減小到0，應(yīng)增大安培力BIl，所以可增大磁場的磁感應(yīng)強度B或增加通過金屬棒中的電流I，或二者同時增大，C正確．答案：C3．解析：由條形磁鐵的磁場分布，并由左手定則，可知導(dǎo)線左半部分受到安培力方向垂直紙面對外，右半部分受到的安培力方向垂直紙面對里，由牛頓第三定律得磁鐵左半部分受到安培力方向垂直紙面對里，右半部分受到的安培力方