高二物理安培力的应用PPT精品课件

三、安培力 ⑴ 安培力的大小： F＝BIL 公式的适用条件：导线与磁场方向垂直 匀强磁场 （或非匀强磁场中的很短的通电导线） ⑵ 安培力的方向：垂直于磁感线和导线所在平面 左手定则
B1
B2
如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央 的上方固定一根直导线 MN ，导线与磁场垂直，给 导线通以由N向M的电流，则： A. 磁铁对桌面的压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B. 磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用 C. 磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用 D. 磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力作用

F
如图所示，在倾角为 30o 的斜面上，放置两条宽 L＝ 0.5m 的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导 轨上，在导轨上横放一根质量为 m＝ 0.2kg的金属棒 ab ， 电源电动势 E ＝ 12V ，内阻 r ＝ 0.3Ω ，磁场方向垂直轨道 所在平面，B＝0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动 变阻器的使用电阻 R应为多大？（ g 取 10m/s2 ，其它电阻 不计）
F B= IL
2. 注意点： ⑴ B反映了磁场本身的力的特性，与放入的通电导线无关 ⑵ B 的单位：特斯拉；符号T ⑶ B的大小：反映了磁场的强弱 ⑷ B的方向：就是磁场中某点的磁场的方向 3. 匀强磁场：磁场区域中，磁感应强度的大小和方向 处处相同。 如两个异名磁极间的磁场；通电螺线管内部的磁场
第二节 安培力 磁感应强度
一、决定安培力大小的因素 1. 与磁场和电流的夹角有关 2. 与电流大小有关：F∝I 3. 与通电导线在磁场中的长度有关： F∝L 结论：F＝BIL F 或者 B= IL
二、磁感应强度 1. 定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线， 所受安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比 值叫做磁感应强度。

详细描述
直线电流的安培力公式为F=ILBsin(θ)，其中F表示安培力，I 表示电流强度，L表示导线长度，B表示磁感应强度，θ表示导 线与磁场方向的夹角。当导线与磁场方向垂直时，安培力最 大。
环形电流的安培力公式
总结词
环形电流的安培力公式是用来计算环形电流在磁场中所受的安培力的重要公式。
详细描述
环形电流的安培力公式为F=2πrILBsin(θ)，其中F表示安培力，I表示电流强度，L 表示导线长度，B表示磁感应强度，θ表示导线与磁场方向的夹角，r表示导线的 半径。当导线与磁场方向垂直时，安培力最大。
当两条平行的导线通上同向电流时，这两条导线将相互吸引；反之，通上反向电 流时，这两条导线将相互排斥。
磁场分布与相互作用的关系
导线通上电流后，将在其周围产生磁场，磁场线的方向与电流方向有关。当另一 条导线与该导线平行且与距离和电流强度成正比时，它们之间的相互作用力的大 小也与电流强度成正比。
通电螺线管的磁场
负载与转速
直流电机的转速受负载影响，负 载增加会导致转速下降，反之亦 然。
交流电机的应用
交流电机的种类
交流电机根据用途可分为工业 电机、家用电器电机和特种电
机等。
工作原理
交流电机通过定子线圈的交流 电流产生旋转磁场，与转子磁 铁相互作用产生安培力，驱动
转子旋转。
能耗与效率
交流电机的能耗与工作负载、 转速以及电机效率等因素有关
均匀电流在磁场中的受力实验
总结词
该实验通过观察均匀电流在磁场中的运动情况，验证了安培力的存在。
详细描述
首先，将电源、开关、电流表、导线、磁铁等实验器材组装好。然后，闭合开关 ，观察电流表和导线的运动情况。发现当导线中通入电流后，导线会受到磁铁的 吸引力，使导线发生运动。这一现象验证了安培力的存在。

安培力的方向
根据左手定则判断，即伸开左手，让大拇指与四指在同一平面内并垂直，然后将左手放入 磁场中，让磁感线穿过掌心，四指指向电流方向，大拇指所指方向即为安培力的方向。
安培力的大小和方向
安培力的大小
根据公式F=BILsinθ计算，其中B为磁感应强度，I为电流强度，L为导线在磁场 中的有效长度，θ为电流与磁场的夹角。
左手定则
将左手伸开，让大拇指与其余四指垂直，然后将左手放入磁 场中，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，大拇指 所指方向即为安培力方向。
判断安培力的方向
电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向与电流方向垂直； 电流方向与磁场方向平行时，安培力方向与电流方向平行。
右手定则：将右手伸开，让大拇指与其余四指垂直，然后将 右手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向电流 方向，四指所指方向即为安培力方向。
感谢观看
磁悬浮列车的工作原理
总结词
磁悬浮列车利用安培力实现列车与轨道 的完全分离，减少摩擦力，提高运行速 度。
VS
详细描述
磁悬浮列车通过在轨道和列车底部安装电 磁铁，当电流通过轨道上的电磁铁时，产 生磁场，与列车底部电磁铁的磁场相互作 用，产生向上的安培力，使列车悬浮在轨 道上方。由于没有接触，摩擦力大大减少 ，因此列车可以高速运行。
安培力计算中的单位换算
• 安培力单位为牛（N），电流单位为安（A），磁感应强度单位 为特（T），长度单位为米（m）。在进行单位换算时，需要将 各个物理量的单位统一到国际单位制中。例如，可以将安培力 的单位换算为牛米（Nm），电流的单位换算为安秒（As）， 磁感应强度的单位换算为特米（Tm）等。
THANKS
根据安培力的公式F=BIL，安培力的大小与电流的大小成正比，电流越大，安培力越大。

I1
I1
I2
×
F×
12
×
×
×
×
×
×
×
×
· ·
· ·
F
· · 21
· ·
· ·
同向电流
I2
同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。
I1
I1
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
F12
F21
I2
I2
反向电流
例 如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流，
a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受
C.在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关
谢 谢！
圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，
安培力的大小不受磁场影响，线圈所受安培力的
方向始终与线圈平面垂直，线圈平面都与磁场方
向平行，表盘刻度均匀。
S
N
（4）优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（量程小）。
要测较大的电流，必须进行改装。
磁电式电流表
例 图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均
（2）通电线圈转动到与磁场方向垂直的位置时(平衡位置)，受力平衡，由于惯性继续转
动。(图b)
想一想
用什么办法能使线圈持续转动呢？
当线圈刚过平衡位置时，要及时改变线圈中导体ab和cd所受力的方向。
用什么办法能改变力的方向呢？哪种方法更方便？

37
13
如图所示，通电直导线A与贺形通电导线环B固
定放置在同一水平面上,通有如图所示的电流
时,通电直导线受到水平向 右 的安培力作
用.当A、B中电流大小保持不变,但同时改变方
向时,通电直导线A所受的安培力方向水平
向右.
B
A
I
I
14
二、安培力的大小
1.当电流与磁场方向垂直时：
B I F
B F IL
F = ILB
怎样提高磁电式电流表的灵敏度？
34
3 、在倾角为30o的斜面上，放置两条宽L＝0.5m的光滑
平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，
在导轨上横放一根质量为m＝0.2kg的金属棒ab，电源电 动势E＝12V，内阻r＝0.3Ω，磁场方向垂直轨道所在平 面，B＝0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器 的使用电阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计）
2A，方向从M到N
M I
B N
25
2 、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正
中央的上方固定一根直导线MN，导线与磁场垂直，
A 给导线通以由N向M的电流，则(
)
A. 磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用
B. 磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用
C. 磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用
A．匀强磁场中通电导线所受安培力F，磁感应强度B及电
流I，三者在方向上一定互相垂直
(BDF)
B．若I、B方向确定，则F方向唯一确定
C．若F与B方向确定，则I方向唯一确定
D．若F与B方向确定，则I方向不唯一确定，但I一定在与F 垂直的平面内
E．若F与I方向确定，则B方向唯一确定

02
安培力在生活中的应用
电磁铁工作原理及类型
电磁铁工作原理
电磁铁是利用安培力原理工作的装置，当导线通电后，在导线周围产生磁场，使 得铁芯被磁化，从而产生强大的磁力。
电磁铁类型
根据用途和特性，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。直流电磁铁具有稳定 的磁力和较好的控制性能，而交流电磁铁则具有较大的磁力和较快的响应速度。
优势
磁悬浮列车具有无接触、无磨损、低 噪音、低能耗和高速度等优点，是未 来城市轨道交通的重要发展方向。
超导材料中安培力特性
超导材料中的安培力
在超导材料中，电流可以无阻力地流动，形成强大的磁场。安培力在这种环境下表现出独特的性质， 如超导磁悬浮和超导电机等。
应用前景
超导材料中的安培力特性为超导技术的应用提供了广阔的空间，如超导磁体、超导储能、超导电机和 超导量子干涉仪等。这些技术在能源、交通、医疗和科研等领域具有巨大的应用潜力。
扬声器和话筒中安培力作用
扬声器中安培力作用
扬声器是将电信号转换为声音信号的装置。在扬声器中，安培力使得音圈在磁场中振动，从而驱动振膜发出声音 。安培力的大小和方向决定了扬声器的音质和音量。
话筒中安培力作用
话筒是将声音信号转换为电信号的装置。在话筒中，声音信号通过振膜转换为机械振动，然后经过磁场的作用， 将机械振动转换为电信号。安培力在这个过程中起到了关键的作用，它使得话筒能够准确地捕捉声音并转换为相 应的电信号。
法拉第电磁感应定律联系
法拉第电磁感应定律表明，当穿过回 路的磁通量发生变化时，回路中就会 产生感应电动势。而安培力是磁场对 电流的作用力，因此安培力与电磁感 应现象密切相关。
当导体在磁场中运动时，如果导体中 的自由电荷随导体一起运动，那么这 些自由电荷就会受到洛伦兹力的作用 。洛伦兹力会使自由电荷发生定向移 动，从而形成感应电流。这个感应电 流又会受到安培力的作用，进一步影 响导体的运动状态。

安培力公式
安培力的大小可以通过公式F=BIL来计算，其中F为安培力，B为磁感应强度，I为电流强 度，L为导线在磁场中的有效长度。
安培力方向
安培力的方向可以用左手定则来判断，即伸开左手，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。
03
动生和感生电动势的计算方法
根据法拉第电磁感应定律和洛伦兹力公式，可以推导出动生和感生电动
势的计算公式，从而计算出相应的电动势大小。
03
安培力在磁场中运动规律
洛伦兹力与霍尔效应
洛伦兹力
运动电荷在磁场中所受到的力，其方向垂直于磁场方向和电 荷运动方向所构成的平面，遵循左手定则。
霍尔效应
当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直 于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两 端产生电势差。
通过测量磁通量的变化率，可以计算出感应电动势的大小，从而了解电磁感应现 象的本质和规律。
动生和感生电动势计算
01 02
动生电动势
当导体在磁场中运动时，会在导体中产生动生电动势。动生电动势的大 小与导体的运动速度、磁场的磁感应强度以及导体与磁场的相对角度有 关。
感生电动势
当磁场发生变化时，会在导体中产生感生电动势。感生电动势的大小与 磁通量的变化率有关。
VS
无线电波接收
通过天线接收空中的电磁波，并将其转换 为高频电流。接收过程中的关键元件包括 接收器、解调器和放大器等。通过解调器 将高频信号还原为原始信号，实现信息的 接收和识别。
05
实验：测量安培力大小和方向
实验目的和器材准备
实验目的

电路实物图
电脑界面图
三、安培力的大小
1.表达式:
F=ILBsin θ
2.适用条件: 匀强磁场
3.理解:
• θ是导线与磁场方向的夹角
• F与B、I、L及θ均有关
• 对于弯曲导线，L是有效长度
L 等于连接两端点直线的长度，
相应的电流沿 L 由始端流向末端。
三、安培力的大小
3、解决问题
在如图所示的实验中，两根固定的金属导轨间距离为 L，处于蹄形磁铁两极中间的磁场可近似看成是
二、安培力的方向
3、判断安培力方向的理论方法
弗莱明的理论方法：
将左手的大拇指、食指和中指
伸直，使其在空间中相互垂直
，食指方向代表磁场方向，中
指代表电流方向，那拇指所指
的方向就是受力方向。
二、安培力的方向
4、左手定则
伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直且都与手掌共面；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
根据左手定则，可知金属棒受到
的安培力方向为水平向右。
解决问题
在如图所示的实验中，两根固定的金属导轨间距离为 L，处
于蹄形磁铁两极中间的磁场可近似看成是匀强磁场，磁感应
强度为B且垂直导轨平面，金属棒长度为l(L<l)，测得电路中
电流大小为I。金属棒由干受到安培力作用而沿轨道向前滚动，
忽略金属棒与导轨之间的摩擦。
同学丙：适当增大金属棒中的电流。谁的建议可行？为什么？
解决问题
在如图所示的实验中，两根固定的金属导轨间距离为 L，处
于蹄形磁铁两极中间的磁场可近似看成是匀强磁场，磁感应
分析：
导体棒作为研究对象
强度为B且垂直导轨平面，金属棒长度为l(L<l)，测得电路中

12/10/2021
第九页，共三十四页。
[学科素养] 例1根据安培力的方向来判断导体的运动方向.这是基于事实证据进行科学 推理，体现了“科学思维”学科素养的“科学推理”这个(zhège)要素.
12/10/2021
第十页，共三十四页。
针对训练1 (2018·扬州中学(zhōngxué)高二期中)如图2所示，通电直导线ab位于两平行导线
图4
(1)请在图乙中画出导体棒受力的示意图；
答案 见解析图 12(/1d0á/2à02n1)
第十七页，共三十四页。
(2)求出导体(dǎotǐ)棒所受的安培力大小；
答案(dáàn) mgtan α 解析 由平衡条件，磁场(cíchǎng)对导体棒的安培力F＝mgtan α
12/10/2021
第十九页，共三十四页。
的上方，如图7所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导
线ab受到安培力的作用后的运动情况(qíngkuàng)为
A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管
B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管
C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管
√D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管
图7
12/10/2021
第十五页，共三十四页。
二、安培力作用(zuòyòng)下的平衡
1.解题步骤 (1)明确研究对象(duìxiàng)； (2)先把立体图改画成平面图，并将题中的角度、电流的方向、磁场的方向标注在图上； (3)正确受力分析(包括安培力)，然后根据平衡条件：F合＝0列方程求解. 2.分析求解安培力时需要注意的问题 (1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方向，再根据左手定则判断安培力方向；
1234
第二十六页，共三十四页。

（2）保持线圈中电流的大小不变，使电流
方向反向，通过在天平左盘加上质量m为的 砝码使天平再次平衡。
问题1：此时，线圈所受安培力的方向又是怎样的
？大小怎样表示？方向：竖直向下 大小：F安=nBIL 问题2：根据共点力平衡知识，此时，又应满足什
么样的关系？ m1 mg m2g nBIL
电流天平
m1g m2g nBIL
问题1：线圈所受安培力的方向是怎样的？大小
怎样表示？ 方向：竖直向上 大小：F安=nBIL 问题2：根据共点力平衡知识，天平平衡时，应满
足什么样的关系？ m1g m2 g nBIL
电流天平
如图所示是等臂电流天平的原理图。在天平的右端挂一矩形线圈， 设线圈匝数为n ，底边cd长L，放在待测匀强磁场中，线圈平面与磁 场垂直，磁场方向垂直于纸面向里。
方法一：增加线圈匝数
方法二：增强电流计中永久磁 铁的磁感应强度
方法三：换用弹性较小的游丝
方法四：增大线圈面积
nBIL d nBIL d nBILd
2
2
直流电动机
生活中装配了直流电动机的设备
原理：利用安培力使通电线圈转动 能量转化：电能转化成机械能
如图所示是直流电动机的内部结构示意图。 主要部件：蹄形磁铁、线圈、电刷和换向器
（１）用笔画线代替导线，在图中画线完成实验电路图．
（２）补充完成下列实验步骤．
①按照实验电路图连接电路．
②保持开关Ｓ断开，在托盘内加入适量细沙，使Ｄ处于平衡状态． 然后用天平称出细沙质量m1． ③闭合开关Ｓ，调节电阻Ｒ的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使Ｄ重新处于平
衡状态． 然后读出电流表的示数Ｉ，并用天平测量此时细沙的质量ｍ２ ．
M N