14安培力及其应用

安培力的原理和应用1. 安培力的概述安培力是指在电流通过导线时，由于导线周围存在磁场而对导线产生的力。

安培力是电磁感应现象的一种表现，它是由安培定律所描述。

安培力在电磁学和电子工程中具有重要的应用。

2. 安培力的原理安培力的产生是基于安培定律，即当电流通过导线时，会在导线周围产生磁场，而这个磁场会在导线上产生一个力。

安培定律可以用数学公式表示为：$$ F = BIL \\sin(\\theta) $$其中，F是安培力的大小，B是磁场强度，I是电流强度，L是导线长度，θ是磁场与导线方向的夹角。

根据安培定律，当电流方向与磁场方向垂直时，安培力达到最大值；当电流方向与磁场方向平行时，安培力为零。

3. 安培力的应用3.1 电磁铁电磁铁是一种利用安培力原理制作的设备。

它由一个铁芯、绕线和电源组成。

当电流通过绕线时，会在铁芯上产生一个磁场，并因此产生安培力。

这样，电磁铁就可以吸引铁磁材料。

电磁铁广泛应用于工业、交通、医疗等领域，如起重机、磁悬浮列车和磁共振成像设备等。

3.2 电动机电动机是一种将电能转化为机械能的设备，其中就用到了安培力。

电动机的核心部件是绕组和磁场，当电流通过绕组时，会在磁场中产生安培力，从而实现电转机械运动。

电动机广泛应用于电力工业、交通运输、家电等领域，如电动汽车、洗衣机和电风扇等。

3.3 电子磁铁电子磁铁是一种小型的电磁铁，常用于科学实验和精密仪器中。

由于电子磁铁体积小、重量轻，并能够实现快速开关和控制，因此在一些特殊的应用中有广泛的需求。

电子磁铁的制造和使用，都离不开对安培力原理的深入理解。

3.4 磁悬浮磁悬浮是一种利用磁场和安培力原理实现的悬浮运动的技术。

通过利用安培力排斥或吸引的特性，可以使物体悬浮在磁场中，并实现无接触的运动。

磁悬浮技术被广泛应用于高速列车、悬浮摩托车和磁悬浮滚珠轴承等领域，提高了运行的稳定性和效率。

4. 总结安培力作为电磁感应现象的一种表现，在电子工程和电磁学中有广泛的应用。

2024年【获奖课件】安培力及其应用.一、教学内容本节课我们将学习《电磁学》教材第十一章“安培力及其应用”部分，详细内容涉及安培力的定义、计算公式、左手定则的应用，以及安培力在实际问题中的应用案例。

二、教学目标1. 理解安培力的概念，掌握安培力的计算公式及其应用。

2. 学会使用左手定则判断安培力的方向。

3. 能够运用安培力的知识解决实际问题。

三、教学难点与重点教学难点：安培力的计算公式及其应用，左手定则的掌握。

教学重点：安培力的定义，安培力在实际问题中的应用。

四、教具与学具准备1. 教具：电流表、磁铁、导线、电源、演示用安培力实验装置。

2. 学具：计算器、笔记本、教材、草稿纸。

五、教学过程1. 实践情景引入通过演示实验，观察电流在磁场中受到的力，引导学生思考电流与磁场之间的关系。

2. 知识讲解(1) 安培力的定义及计算公式。

(2) 左手定则的应用。

(3) 安培力在实际问题中的应用案例分析。

3. 例题讲解结合教材中的例题，讲解安培力的计算方法，引导学生运用左手定则判断安培力方向。

4. 随堂练习出示若干练习题，让学生现场计算安培力，巩固所学知识。

5. 课堂小结六、板书设计1. 安培力的定义与计算公式。

2. 左手定则。

3. 安培力应用案例分析。

4. 练习题及答案。

七、作业设计1. 作业题目：(1) 计算给定电流和磁场强度下的安培力。

(2) 判断给定电流方向和磁场方向下的安培力方向。

(3) 分析实际问题中的安培力。

2. 答案：(1) 安培力F = BILsinθ。

(2) 使用左手定则判断安培力方向。

(3) 结合实际案例分析安培力的应用。

八、课后反思及拓展延伸1. 反思：通过本节课的学习，学生对安培力的概念及其计算方法有了更深入的理解，但左手定则的应用仍需加强练习。

2. 拓展延伸：课后可引导学生研究安培力在电动机、发电机等设备中的应用，提高学生的实际应用能力。

重点和难点解析1. 安培力的计算公式及其应用。

安培力的应用一、安培力的方向判断：1.左手定则左手定则内容：______________________________________________________________ ___________________________________________________________________________说明：（1）安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直,即F跟BI所在的面垂直．但B与I的方向不一定垂直．（2）安培力F、磁感应强度B、电流I三者的关系①已知I,B的方向，可惟一确定F的方向；②已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定I的方向；③已知F,I的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定2.用“同性相斥，异性相吸”(只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时)．3.用“同向电流相吸，反向电流相斥”(反映了磁现象的电本质)．可以把条形磁铁等效为长直螺线管(不要把长直螺线管等效为条形磁铁)．4.安培力作用下物体的运动方向的判断（1）电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段电流所受合力方向，最后确定运动方向．（2）特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向．（3）等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．（4）利用结论法：①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；②两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．（5）转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向．例1．(2014·惠州月考)图中的D为置于电磁铁两极间的一段通电直导线，电流方向垂直于纸面向里。

4通电导线在磁场中受到的力[学习目标] 1.知道什么是安培力，会用左手定则判定安培力的方向.2.掌握安培力的公式F＝ILB sin θ，并会进行有关计算.3.了解磁电式电流表的构造及其工作原理．一、安培力的方向1．安培力：通电导线在磁场中受的力．2．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个平面内；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．3．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B与I所决定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁场B放置、长为L的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为F＝ILB. 2．当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，公式F＝ILB sin_θ.三、磁电式电流表1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大．根据线圈偏转的方向，可以知道被测电流的方向．2．构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．3．特点：极靴与圆柱间的磁场沿半径方向，线圈转动时，安培力的大小不受磁场影响，电流所受安培力的方向总与线圈平面垂直．线圈平面与磁场方向平行，如图1所示．图14．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点：线圈导线很细，允许通过的电流很弱．1．判断下列说法的正误．(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同．(×)(2)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．(√)(3)对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的．(√)(4)对于磁电式电流表，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大．(√)(5)对于磁电式电流表，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．(√)2．如图2所示，已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为L，磁场磁感应强度为B，当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，并写出安培力的方向．图2答案(1)ILB垂直于导体棒斜向左下(2)ILB垂直纸面向外(3)ILB垂直于导体棒斜向右下(4)0一、安培力的方向按照如图3所示进行实验．图3(1)仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线受力的方向是否改变？(2)仅改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？仔细分析实验结果，结合课本说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系？答案(1)受力的方向改变(2)受力的方向改变安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则1．安培力方向的特点安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即垂直于电流I和磁场B所决定的平面．(1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直．应用左手定则判断时，磁感线从掌心垂直进入，拇指、其余四指和磁感线三者两两垂直．(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向．应用左手定则判断时，磁感线斜着穿入掌心．2．平行通电直导线间的相互作用同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．例1画出图4中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)．图4答案如图所示解析无论B、I是否垂直，安培力总是垂直于B与I所决定的平面，且满足左手定则．二、安培力的大小(1)在如图5所示的探究影响安培力大小的有关因素的实验中，把导线垂直放入磁场(磁感应强度为B)中，得出的安培力F与导线长度L、电流大小I有怎样的关系？图5(2)当导线平行磁场方向放入时，它受到的安培力多大？(3)当导线和磁场方向的夹角为θ时，它受到的安培力多大？答案(1)F＝BIL(2)0(3)将磁感应强度B沿导线方向和垂直导线方向进行分解，如图所示，则B⊥＝B sin θ，F＝B⊥IL＝BIL sin θ.对公式F＝ILB sin θ的理解1．公式F＝ILB sin θ中B对放入的通电导线来说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁场对外加磁场的影响．2．公式F＝ILB sin θ中L指的是导线在磁场中的“有效长度”，弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图6所示)；相应的电流沿导线由始端流向末端．图63．公式F＝ILB sin θ中θ是B和I方向的夹角(1)当θ＝90°时，即B⊥I，sin θ＝1，公式变为F＝ILB.(2)当θ＝0°时，即B∥I，F＝0.例2长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向分别如图所示，已知磁感应强度均为B，对于下列各图中导线所受安培力的大小计算正确的是()答案 A解析 题A 图中，导线不和磁场垂直，将导线投影到垂直磁场方向上，故F ＝BIL cos θ，A 正确；题B 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，B 错误；题C 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，C 错误；题D 图中，导线和磁场方向垂直，故F ＝BIL ，D 错误．例3 (多选)如图7所示，一段导线abcd 位于磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab 、bc 和cd 的长度均为L ，且∠abc ＝∠bcd ＝135°，流经导线的电流为I ，方向如图中箭头所示．关于导线abcd 所受到的磁场的作用力的合力，下列说法正确的是( )图7A ．方向沿纸面垂直bc 向上，大小为(2＋1)ILBB ．方向沿纸面垂直bc 向下，大小为(2＋1)ILBC ．若在纸面内将abcd 逆时针旋转30°，力的大小不变D ．若在纸面内将abcd 逆时针旋转60°，力的大小减半答案 AC解析 整段导线的有效长度为(2＋1)L ，由安培力公式F ＝BIL 可知，导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力大小为(2＋1)BIL ，方向竖直向上．在纸面内将abcd 旋转任何角度，安培力的大小均不变，故A 、C 正确，B 、D 错误．三、安培力的实际应用例4 (2020·北京市朝阳区高二期中)一种可测量磁感应强度大小的实验装置如图8所示．磁铁放在水平放置的电子测力计上，两极之间的磁场可视为水平匀强磁场．其余区域磁场的影响可忽略不计．此时电子测力计的示数为G 1.将一直铜条AB 水平且垂直于磁场方向静置于磁场中．两端通过导线与电源、开关、滑动变阻器和电流表连成闭合回路．闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，当电流表示数为I 时，电子测力计的示数为G 2，测得铜条在匀强磁场中的长度为L .铜条始终未与磁铁接触，对上述实验下列说法正确的是( )图8A ．铜条所受安培力方向竖直向下B ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 1－G 2ILC ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 2－G 1ILD ．铜条所在处磁场的磁感应强度大小为G 1＋G 2IL答案 C解析 由左手定则可知，铜条所受安培力方向竖直向上，选项A 错误；由牛顿第三定律可知，铜条对磁铁有向下的作用力，使得电子测力计的示数增加，由平衡条件可知：G 2－G 1＝BIL ，则铜条所在处磁场的磁感应强度大小为B ＝G 2－G 1IL，选项C 正确，B 、D 错误．1．(安培力的方向)(2019·静海一中高二上调研)图中B 表示磁感应强度，I 表示通电长直导线中的电流，F 表示磁场对导线的作用力．它们三者的方向间的关系，正确的是( )答案 A解析 由左手定则可知，A 中导线所受安培力向上，B 中导线所受安培力向左，C 中导线所受安培力向下，D 中导线所受安培力向左，故A 正确．2．(安培力的大小)如图9所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流为I ，磁感应强度为B ，则各导线所受到的安培力分别为：图9F A ＝______，F B ＝______，F C ＝______，F D ＝______.答案 BIL cos α 2BIL 2BIR 03．(磁电式电流表)(多选)(2019·银川一中高二上期末)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表．这种电流表的构造如图10甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，如图乙所示，下列说法正确的是( )图10A．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀强磁场B．磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用答案CD。

安培力的应用原理安培力的定义安培力（Ampere’s Force）是指当电流通过一段导体时，在该导体周围会产生一个磁场，产生磁场的导线受到的力称为安培力。

安培力是磁场与电流之间的相互作用力，是电动力学的基本原理之一。

安培力的公式安培力的大小可以通过安培力的公式计算：F = BIL其中，F为安培力的大小，B为磁场的强度，I为电流的大小，L为导线的长度。

安培力的方向安培力的方向可以通过安培力的左手定则来确定：1.伸直左手，让四指指向电流的方向。

2.弯曲的大拇指所指的方向就是安培力的方向。

安培力的应用安培力在许多领域都有重要的应用，下面列举了一些常见的应用：1.电磁铁：电磁铁是应用安培力的一种常见设备，通过通电产生磁场，从而产生安培力，将铁磁物质吸附在电磁铁上。

这种原理在电梯的开关、磁选机等设备中得到了广泛应用。

2.电动机：电动机是应用安培力的另一种常见设备。

电动机内部的线圈通电后，产生磁场，与磁场相互作用的力驱动电动机运转。

电动机广泛应用于交通工具、工厂生产线、家用电器等领域。

3.线圈式电流表：线圈式电流表利用安培力的作用原理，通过线圈产生磁场，测量通过导线的电流大小。

线圈式电流表通常用于电路的测试和故障排除。

4.电动磁铁：电动磁铁是一种能够通过通电自身成为电磁的装置，利用了安培力的作用原理。

它可以用于吸附、分选和输送金属物品。

5.电磁振荡器：电磁振荡器是应用安培力的一种实验装置，通过改变电流大小和方向，可以使振荡子受到安培力的作用，产生振荡。

安培力的实验为了观察和验证安培力的作用原理，可以进行以下实验：1.安培力的方向实验：将一根直导线通电，然后在导线附近悬挂一根杆状磁铁。

观察磁铁的运动方向，验证安培力的方向。

2.安培力的大小实验：利用直导线和磁场强度计，测量不同电流下的安培力大小，绘制安培力与电流关系的曲线。

小结安培力是电流通过导线时产生的磁场与导线相互作用的力，其大小和方向可以通过安培力的公式和左手定则来确定。

安培力原理的应用1. 什么是安培力原理？安培力原理是指通过电流在导线中产生的磁场对其他导体或磁体产生力的现象。

根据安培力原理，当电流通过导线时，会在其周围产生一个磁场，而这个磁场会对其他导体或磁体产生力。

2. 安培力原理的应用安培力原理在日常生活和工业领域中得到了广泛的应用，下面列举了一些常见的应用：•电动机：电动机是利用安培力原理工作的设备之一。

通过在导线中通过电流，产生磁场，在磁场中放置一个导体，则导体会受到施加在它上面的力，从而产生运动，实现电能转换为机械能。

•电磁铁：电磁铁是一种利用安培力原理制作的设备。

通过在铁芯上绕制导线，并通过电流，产生强磁场，以实现对铁制物体的吸附和释放，常用于起重吊运、电磁锁等方面。

•变压器：变压器是利用安培力原理来实现电能转换和调节的设备。

通过在一个闭合的铁芯上绕制两个相互绝缘的导线圈，通过其中一组导线圈中的电流产生磁场，从而在另一组导线圈中诱发电流，实现电能的转换和调节。

•磁悬浮列车：磁悬浮列车是一种利用安培力原理来实现悬浮和推进的交通工具。

通过在轨道上设置电磁线圈，产生磁场，使列车悬浮在轨道上。

同时，在列车下方的导轨上放置导体，通过电流产生的磁场相互排斥，实现列车的推进和驱动。

3. 安培力的计算公式安培力的大小可以使用以下公式来计算：\[ F = BIL \]其中，F表示安培力的大小，B表示磁场的强度，I表示通过导线的电流，L表示导线的长度。

根据这个计算公式，可以得出以下结论：•当磁场的强度增加时，安培力的大小也会增加。

•当通过导线的电流增大时，安培力的大小也会增加。

•当导线的长度增加时，安培力的大小也会增加。

4. 安培力的应用案例4.1 电磁铁的应用电磁铁是一种非常常见的应用安培力原理的设备。

它由一个铁芯和绕制在铁芯上的导线组成。

当电流通过导线时，产生的磁场使得铁芯具有磁性，从而可以实现对铁质物体的吸附。

电磁铁广泛应用于起重吊运、电磁锁、电磁制动等方面。

专题20 安培力及其应用（讲义）一、核心知识一、磁场、磁感应强度1．磁场(1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用．(2)方向：小磁针静止时N极所指的方向，即是N极所受磁场力的方向．2.地磁场的特点(1)在地理两极附近磁场最强，赤道处磁场最弱．(2)地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近．(3)在赤道平面(地磁场的中性面)附近，距离地球表面相等的各点，地磁场的强弱程度相同，且方向水平．3．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的强弱和方向．(2)定义式：B＝FIL(通电导线垂直于磁场)．(3)方向：小磁针静止时N极的指向．二、磁感线电流的磁场1．磁感线(1)引入：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致．(2)特点：磁感线的特点与电场线的特点类似，主要区别在于磁感线是闭合的曲线．(3)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示)．2．安培定则(1)通电直导线：右手握住导线：让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向．(2)环形电流：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向．如图，分别表示通电直导线、环形电流、通电线圈周围的磁场，①表示电流的方向，②表示磁感线的方向．3．匀强磁场强弱、方向处处相同的磁场．三、安培力的大小和方向1．大小(1)公式：F＝ILB sinθ.(其中θ为B与I之间的夹角)(2)说明：①公式F＝ILB中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0.②弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点线段的长度．③闭合线圈通电后，在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零．2．方向(1)用左手定则判定：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个平面内；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．如图，①表示电流的方向，②表示磁场的方向，③表示安培力的方向．(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I决定的平面．(注意：B和I可以有任意夹角)四、安培力作用下受力模型通电导体棒在磁场中的平衡加速问题是一种常见的力学综合模型，该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成．解题时一定要先把立体图转化成平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系或牛顿第二定律关系，如图所示．二、重点题型分类例析题型1：磁感线【例题1】（2020·浙江高三一模）冰箱门软磁条的外部磁感线正面图如图所示，以下说法正确的是（）A．磁感线越密的地方磁场越弱B．软磁条内部a位置应为N极C．磁感线与电场线一样真实存在于空间之中D．软磁条内部ab之间的磁感线方向应为a指向b题型2：地磁场【例题2】（2020·福建厦门市·厦门双十中学高三月考）运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对地球上的生命来说有十分重要的意义．从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，称为宇宙射线，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了带电粒子的运动方向，对地球起到了保护作用．如图所示为地磁场对宇宙射线作用的示意图．现有来自宇宙的一束质子流，以与地球表而垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这束质子在进入地球周围的空间将（）A．竖直向下沿直线射向地面B．向东偏转C．向西偏转D．向北偏转题型3：环形电流的磁场【例题3】（2021·浙江高考真题）（多选）如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。