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第一章安培力与洛伦兹力第1节磁场对通电导线的作用力教材分析：本节课程将深入探讨安培力的方向和大小，以及安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系（左手定则），这些内容是本章的重点和难点。
需要强调的是，安培力的方向始终与电流和磁感应强度的方向垂直，但电流方向与磁感应强度的方向之间可以存在任意角度。
当电流方向与磁感应强度的方向垂直时，安培力达到最大值。
对于这些概念的准确理解和应用，是本章的另一个难点。
物理核心素养：物理观念：安培力的方向始终与电流和磁感应强度的方向垂直，这是由于安培力是由电流在磁场中受到的力，而电流的方向与磁感应强度的方向相互垂直，因此安培力的方向也会与这两个方向垂直。
这一结论在物理学中有着广泛的应用，特别是在电力和磁力相互作用的场景中。
科学思维：推导匀强磁场中安培力的表达式，计算匀强磁场中安培力的大小科学探究：观察安培力与哪些因素有关的实验，记录实验现象并得出相关结论。
科学态度与责任：通过实验演示、动手操作仪器，让学生体验安培力的特点，将理论联系实际。
教学重难点：1、教学重点：安培力的方向和大小2、教学难点：安培力、电流和磁感应强度三者的空间关系教学方法与教具：多媒体、视频片断、安培力演示仪、三维立体坐标等教学过程：一、新课引入初次与大家见面，我并没有准备贵重的礼物，但为了表达我的诚意和心意，我亲手制作了一个小爱心。
这个爱心虽然微小，但寄托了我的祝福和希望，希望你们能够喜欢这份简单而真挚的礼物。
(播放动图、音频）问题：为什么“心”会转动？其中会有怎么样的规律呢？通过前面的学习我们知道了磁场对通电导线会有力的作用。
安培在这方面有杰出的贡献，为了纪念他，我们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。
电流的单位是A ，说的就是他。
大家应该熟悉了吧。
我们高一学习力的时候，知道力的三要素是力的大小，力的方向和作用点。
通电导线在磁场中所受的作用力作用点肯定在导线上。
那么问题：安培力的大小和方向是怎么样的呢？二、新课教学一、知识回顾如何描述磁场强弱？在必修课中，我们已经知道了磁场对通电导线有作用力，并从这个现象入手定义了物理量——磁感应强度B ILF B 安培在研究磁场与电流的相互作用方面作出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中受的力称为安培力（Ampère force），把电流的单位定为安培安德烈-马里安培（法语∶André-Marie Ampere，FRS，1775年1月20日-1836年6月10日）是法国物理学家、数学家，经典电磁学的创始人之一。
磁场对通电导线的作用力
磁场对通电导线的作用力
磁力场是由磁性物质和电流产生的力量，一个悬停的电线会在某种特定的磁力
场中受到不同程度的影响力。
在量子物理学中，磁性物质会与周围环境互相作用，形成一个磁力场。
由于通电导线多用于传输电流，因此它们会受到来自磁力场的影响。
由于磁场的作用，电线会受到磁力的拉力或推力。
在电磁铁和磁铁素材中，会
产生有吸引作用的磁力场，当电线置于其中时，将会受到有吸引作用的磁力的拉力。
此外，如果电线两端有电流经过，也会产生有推力作用的磁力场，当电线悬停于其中时，将会受到推力作用的磁力。
由于磁场作用力和电网串流电流角度不同，所以使电线受到极其复杂的作用力。
为此，有分析磁场作用力这一研究方向，通过建立的分析模型，能够极大地准确地研究出通电导线在磁力场中的被影响情况。
综上所述，磁场作用对通电导线具有极大的重要性，它会影响电线的运行状态
并产生作用力，若未能正确掌握其影响机制及分析方法，将可能给电力系统带来安全隐患，必须分析准确研究磁力场在影响通电导线运行情况上的作用力，从而保证电力系统的安全运行。
《磁场对通电导线的作用力》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解磁场的观点，以及磁场对通电导线的作用力。
2. 掌握安培力的观点和计算方法。
3. 能够运用安培力原理解决相关问题。
二、教学重难点1. 教学重点：理解磁场的观点，掌握安培力的观点和计算方法。
2. 教学难点：运用安培力原理解决实际问题。
三、教学准备1. 准备教学PPT，包含图片、动画和视频等多媒体素材。
2. 准备实验器械，包括通电导线、磁铁等，用于演示磁场和安培力的作用。
3. 准备习题集，包含各种类型的问题，供学生练习和稳固知识。
4. 安排实验室或教室，进行现场教学。
5. 邀请有经验的教师或工程师参与授课，提供实践经验和案例分析。
四、教学过程：（一）引入1. 回顾磁场观点及描述方法。
2. 展示通电导线，提问：在磁场中会发生什么现象？3. 引出本节课主题：磁场对通电导线的作用力。
（二）新课教学1. 讲解磁场的观点，介绍磁感线，让学生了解磁场的方向、强度等基本性质。
2. 介绍通电导线在磁场中受到的作用力——安培力。
3. 通过实验演示，让学生观察通电导线在磁场中的运动情况，理解安培力的产生原因和方向。
4. 讲解安培力的应用，如电动机、发电机等。
5. 引导学生思考：改变磁场的方向或强度，安培力会如何变化？6. 讨论影响安培力大小的因素，如电流、磁场的强度和方向等。
（三）实践活动1. 分组实验：让学生自己动手操作，通过改变条件观察安培力的变化，加深对安培力的理解。
2. 要求学生根据所学知识，设计一个利用磁场对通电导线作用的装置。
（四）教室小结1. 回顾本节课的主要内容：磁场、安培力、应用等。
2. 强调安培力在实际生活中的应用。
（五）安置作业1. 完成课后练习题。
2. 搜集有关磁场和安培力的实际应用案例，进行分享和讨论。
教学设计方案（第二课时）一、教学目标1. 知识与技能：理解安培力的大小和方向观点，掌握安培力的大小计算方法。
2. 过程与方法：通过实验操作，培养学生的观察和实验能力。
磁场对通电导线的作用力【教学目标】一、知识与技能1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BILsinθ。
2．知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。
3．了解磁电式电流表的工作原理。
二、过程与方法通过演示实验归纳、总结安培力的方向与电流、磁场方向的关系——左手定则。
三、情感、态度与价值观1．通过推导一般情况下安培力的公式F=BILsinθ，使学生形成认识事物规律要抓住一般性的科学方法。
2．通过了解磁电式电流表的工作原理，感受物理知识的相互联系。
【教学重点】安培力的大小计算和方向的判定。
【教学难点】用左手定则判定安培力的方向。
【教学过程】一、复习提问、新课导入教师：我们已经初步了解磁场对通电导线的作用力。
安培在这方面的研究做出了杰出的贡献，为了纪念他，人们把通电导线在磁场中所受的作用力叫做安培力。
这节课我们对安培力作进一步的讨论。
二、新课教学（一）安培力的方向教师：安培力的方向与什么因素有关呢？演示：如图所示，连接好电路。
实验：（1）改变电流的方向，观察发生的现象。
［现象］导体向相反的方向运动。
（2）调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象。
［现象］导体又向相反的方向运动。
［教师引导学生分析得出结论］①安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系。
②安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。
教师：如何判断安培力的方向呢？通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大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。
【例】判断下图中导线A所受磁场力的方向。
解答：（垂直于纸面向里）教师：通电平行直导线间的作用力方向如何呢？演示：如图所示，连接好电路。
实验：（3）电流的方向相同时，观察发生的现象。
1．如图所示，三条长直导线都通以垂直纸面向外的电流，且I1=I2=I3，则距三条导线等距离的A点处磁场方向为：（）A．向上 B．向右 C．向左 D．向下【答案】B【名师点睛】此题考查了右手定则以及磁场的叠加问题；关键是掌握右手定则来判断各个导线在A点形成的磁场的方向，因为磁场是矢量，故叠加时满足平行四边形法则；此题难度不大，是基础题，考查学生对基本方法的运用能力.2．如图所示，用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝，线圈由粗细均匀、单位长度的质量为2.5 g的导线绕制而成，三条细线呈对称分布，稳定时线圈平面水平，在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁,磁铁的中轴线OO′垂直于线圈平面且通过其圆心O，测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0.5 T，方向与竖直线成30°角，要使三条细线上的张力为零，线圈中通过的电流至少为：（）A．0.1 A B．0.2 A C．0.05 A D．0.01 A【答案】A【解析】设圆环的半径为r，则圆环的质量m环=2πr×2.5×10-3 g，磁场的水平分量为Bsin30°，环受到的安培力为：F=B sin30°×I×2πr，由于环所受向上的安培力等于环的重力，则2πr×2.5×10-3×10=B sin30°×I×2πr，解得：I=0.1A，选项A正确。
【名师点睛】对环进行受力分析，求出环所受到的安培力是正确解题的关键．把磁场磁感应强度分解为水平分量与竖直分量，磁场竖直分量对电流的安培力为零，由左手定则可知，磁场水平分量对电流的安培力竖直向上；由安培力公式求出安培力，然后求出电流．3．如图，接通电键的瞬间，用丝线悬挂于一点、可自由转动的通电直导线AB将：（）A．A端向上，B端向下，悬线张力不变 B．A端向下，B端向上，悬线张力不变C．A端向纸外，B端向纸内，悬线张力变小 D．A端向纸内，B端向纸外，悬线张力变大【答案】D【名师点睛】此题是安培定则及左手定则的应用问题；判断安培力作用下导体运动的方向，是磁场中的基本题型，这类问题往往是安培定则和左手定则综合应用，并采用电流法、特殊位置法、等效法、推论法等，此题除了选择图中位置外还要选择转过90°角位置进行研究. 4．（多选）关于电场和磁场的概念，以下说法正确的是：（）A．电荷放入电场中某区域内的任意位置，电荷受到的电场力都相同，则该区域内的电场一定是匀强电场B．放入电场中某位置的电荷受到的电场力不为零，则该位置的电场强度一定不为零C．一小段长为L的通有电流I的导体，在磁场中受到的安培力为F，则该磁场的磁感应强度B一定为F ILD．一小段通电导体在磁场中某位置受到的安培力为零，则该位置的磁感应强度一定为零【答案】AB【解析】电荷放入电场中某区域内的任意位置，电荷受到的电场力都相同，则该区域内的电场一定是匀强电场，选项A正确；根据UEd=可知，放入电场中某位置的电荷受到的电场力不为零，则该位置的电场强度一定不为零，选项B正确；一小段长为L的通有电流I的导体，在磁场中如果受到的最大的安培力为F，则该磁场的磁感应强度B一定为FIL，选项C错误；因导线平行磁场方向放置时，所受的安培力为零，则当一小段通电导体在磁场中某位置受到的安培力为零，则该位置的磁感应强度不一定为零，选项D错误；故选AB.【名师点睛】此题考查了学生对电场强度以及磁感应强度的理解；要知道电场强度FEq=和磁感应强度FBIL=，都是采用比值定义法；电场力为零时，电场强度一定为零；而安培力为零时，磁感应强度不一定为零；基础题.5．有两个相同的全长电阻为9Ω的均匀光滑圆环，固定于一个绝缘的水平台面上，两环分别在两个互相平行的、相距为20cm的竖直面内，两环的连心线恰好与环面垂直，两环面间有方向竖直向下的磁感应强度B=0.865T的匀强磁场，两环的最高点A和C间接有一内阻为0.5Ω的电源，连接导线的电阻不计．今有一根质量为10g，电阻为1.5Ω的棒置于两环内侧且可顺环滑动，而棒恰好静止于如图所示的水平位置，它与圆弧的两接触点P、Q和圆弧最低点间所夹的弧对应的圆心角均为θ=60°，取重力加速度g=10m/s2．试求此电源电动势E的大小．（取1.73=）【答案】E=6V【名师点睛】本题主要考查了安培力、闭合电路欧姆定律、共点力作用下物体的平衡等的综合应用。
属于中等难度的题目。
本题是力学和电路知识的综合，关键运用共点力作用下物体的平衡求解安培力，要掌握安培力公式和欧姆定律，明确电路的连接关系进行解答1．如图所示，两根长直通电导线互相平行，电流方向相同，它们的截面处于一个等边三角形abc的顶点a、b处。
两通电导线在c处的磁场的磁感应强度的值都是B，则c处磁场的总磁感应强度是：（）A、2BB、BC、0 D【答案】D【名师点睛】此题考查了磁场的叠加，因为磁感应强度也是矢量，所以满足平行四边形法则，根据平行四边形法则叠加即可，此题难度不大，意在考查学生对基本方法的运用能力.2．据报道，国产航母明年面世，其舰载机发射类似于电磁轨道炮弹体发射。
其工作原理如图所示，待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．恒定电流，从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I 成正比，静止的通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是： （ ）A ．只将轨道长度变为原来的2倍B ．只将电流，增加至原来的4倍C ．只将弹体质量减至原来的一半D ．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度应变为原来的2倍，其他量不变【答案】D【解析】弹体在轨道上运动的加速度2BId kI d a m m==，则弹体出射的速度为：v ==则只将轨道长度变为原来的2倍，倍，选项A 错误；只将电流，增加至原来的4倍，则弹体出射速度变为原来的4倍，选项B 错误；只将弹体质量减至原来倍，选项C 错误；将弹体质量减至原来的一半，轨道长度应变为原来的2倍，其他量不变，则弹体出射速度变为原来的2倍，选项D 正确；故选D.【名师点睛】此题考查了牛顿第二定律以及安培力的应用问题；关键是弄懂题意，搞清楚弹体出射的速度和哪些物理量有关，根据牛顿第二定律和安培力公式列出关系式进行讨论解答；此题难度中等，意在考查学生运用知识能力.3．如图所示，两根平行放置的长直导线a 、b 载有大小都为1A 、方向相反的电流，a 受到b 的磁场力的大小为F 1，今在a 、b 所在平面内距a 、b 相等距离的位置上平行于a 、b 放置另一长直导线c ，c 中电流大小为2A ，与a 中电流方向相同，a 和b 受到c 的磁场力的大小都为F 2．下列关于导线a 、b 受磁场力的合力大小和方向的判断，正确的是： （ ）A ．a 导线受到磁场力的合力大小为F 1+ F 2，方向向左B ．b 导线受到磁场力的合力大小为F 1+ F 2，方向向左C ．a 导线受到磁场力的合力大小为F 2—F 1，方向向右D ．b 导线受到磁场力的合力大小为F 2—F 1，方向向右【答案】C【名师点睛】此题考查了通电电流之间的相互作用问题；要知道同向电流相互吸引，异向电流相互排斥；解决本题的关键将某个电流所受的磁场力看成剩余两个电流对它作用力的合力；此题难度中等，考查学生灵活运用知识的能力.4．（多选）如图所示，一根长度L 的直导体棒中通以大小为I 的电流，静止放在粗糙导轨上，垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应强度为B ，B 的方向与竖直方向成θ角。
下列说法中正确的是： （ ）A ．导体棒受到安培力大小为BLIsin θB ．导体棒对轨道压力大小为θsin BIL mg -C ．导体棒受到导轨摩擦力为(sin )mg BIL μθ-D ．导体棒受到导轨摩擦力为BLIcos θ【答案】BD【名师点睛】此题考查了安培力及物体的平衡问题；注意安培力的求解公式F= BLIsin θ ，其中的θ角是B 与I 的夹角；在求解摩擦力之前首先要看看是静摩擦力还是滑动摩擦力，只有滑动摩擦力才能根据N f F μ= 求解，静摩擦力只能通过平衡知识或者牛顿定律求解.5．水平面上有电阻不计的U 形导轨NMPQ ，它们之间的宽度为L ，M 和P 之间接入电动势为E 的电源(不计内阻)．现垂直于导轨搁一根质量为m ，电阻为R 的金属棒ab ，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方，如图所示，求：(1)当ab 棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少；(2)已知ab 棒与导轨间动摩擦因素μ=且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
若B 的大小和方向均能改变，则要使ab 棒刚好发生滑动时，B 的大小至少为多大且此时B 的方向如何．【答案】（1）BLEcos N mg R θ=-，BLEsin f R θ=．（2）2mgR B EL= 【解析】从b 向a 看其受力如图所示．（1）水平方向：f=F A sin θ…①竖直方向：N+F A cos θ=mg…② 又A E F BIL B L R==…③ 联立①②③得：BLEcos N mg R θ=-，BLEsin f R θ=． （2）当刚好发生滑动时，则F=F A sin θ=μF N =μ（mg-F A cos θ） 即A mg F sin cos μθμθ+＝ 当B 取最小值时，A F θ=60° 解得2mgRB EL= 【名师点睛】本题考查共点力平衡与安培力知识的综合，将立体图转化为平面图是解决本题的关键；解题时要画出规范的受力分析图，利用平衡条件列得方程求解.1．【2017·新课标Ⅲ卷】如图，在磁感应强度大小为B 0的匀强磁场中，两长直导线P 和Q 垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l 。
在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I 时，纸面内与两导线距离均为l 的a 点处的磁感应强度为零。
如果让P 中的电流反向、其他条件不变，则a 点处磁感应强度的大小为： （ ）A ．0B 0BC 0BD ．2B 0 【答案】C【名师点睛】本题关键为利用安培定则判断磁场的方向，在根据几何关系进行磁场的叠加和计算。
2．【2017·新课标Ⅱ卷】（多选）某同学自制的简易电动机示意图如图所示。
矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。
将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。
为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将： （ ）A ．左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B ．左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉C ．左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉D ．左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉【答案】AD【名师点睛】此题是电动机原理，主要考查学生对物理规律在实际生活中的运用能力；关键是通过分析电流方向的变化分析安培力的方向变化情况。
