第二册(必修加选修)第十五章第1-3节磁场、磁感线;安培力、磁感应强度;电流表的工作原理同步练习

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。

●备课资料安培力定量演示器设计与实验研究1.问题的提出磁场对电流的作用力——安培力F=IlB sinθ是高中物理的重点教材，高二、高三课本都有涉及.课本主要以定性演示和理论推导来揭示这个规律.教材无法定量演示:①“当导线方向与该处磁场方向平行时,通电导线所受的力最小,等于零;当导线方向与该处磁场方向垂直时,通电导线所受的力最大.”②当“…成任一角度,磁场对电流有作用力…但比相互垂直的情形要小.”③“安培力F的大小与Il的乘积成正比.”④“安培力F的大小与sinθ成正比”等等，使得教材在很多关键问题上常常用“我们知道”或“通过实验会发现”或“实验表明”一带而过，缺乏说服力.为此,我们设计、制作了“安培力定量演示器”，并通过定量实验及其分析来揭示安培力的规律，展示物理学科特点和研究方法，解决教材编写、实验配套之不足.2.实验设计2.1 设计目的和思路“安培力定量演示器”突出定量实验为主，辅之以理论分析，着重解决以下几个问题：（1）当导线方向跟磁场方向垂直时，安培力最大；当导线方向跟磁场方向平行时，安培力最小.(2)当导线方向跟磁场方向垂直时,在磁感应强度B、导线电流I、导线长度l这3个量中保持两个量不变的情况下,安培力F与第3个量成正比.(3)当导线方向跟磁场方向成一角度θ时,磁场B在垂直于导线方向的分量B⊥=B sinθ有“贡献”（F⊥=B⊥Il),在平行于导线方向的分量B∥无“贡献”（F∥=0），从而得出F=BIl sinθ,即安培力介于最大值与零之间.(4)在磁场B、电流I、导线长度l大小不变的情况下,安培力F与sinθ成正比.2.2 仪器选择及自制器材选择仪器及自制器材以取材容易、结构简单、制作方便、演示效果良好为原则,以国家教育部关于“中小学理科和电教器材配备目录”中指定的仪器为主,辅之以适当的自制仪器相结合.(1)J0110单盘天平(200型)该天平为数字显示电子天平,有自动归零、自动校准、自动去皮、量制转化等功能.最大量程为200 g，最小分度值为0.1 g,最大引用误差Δ=0.1 g.为把读数误差控制在η=5%以下,必须使安培力的测量值在Δ/η=0.1/5%=2.0 g以上.(2)J2431电磁感应演示器(磁极)该磁极磁感应强度B≥7 MT,匀强磁场面积为216 mm×180 mm,磁极宽度107 mm,磁极不均匀度≤4%,磁极体电源为串接DC24 V,2.5 A.(3)自制受力线圈该线圈宽度必须小于磁极的宽度107 mm,以便做“平行”时F=0；线圈和支架的总重量小于天平的最大量限200 g.因此用10 mm×10 mm的铝合金U形槽按图1尺寸切开(不能切断),折成85 mm×180 mm的矩形线框;用69 mm×18 mm的铝合金U形槽切65 mm做支架;把线框有切口的A、B端用铆钉与支架结合,如图2;用直径0.32 mm的漆包线双线并绕 200匝+200匝(可改变l、2l).整体质量192 g,直流电阻27 Ω+27 Ω.图1 图2最后把线圈固定在天平的称盘上,在称盘上做通过线圈平面和垂直线圈平面的四个角度标记.如图5.(4)自制角度定位器用方格坐标纸按图3尺寸制成角度定位器,并用双面胶粘贴在单盘天平上,如图5.这样线圈平面与磁场方向的夹角可由角度定位器读出.图3 图4 图5(5)自制磁极固定架用25 mm×25 mm的不锈钢方管按图4尺寸焊接成磁极固定架.(6)J0416—D大屏幕多用测试仪该仪器采用大型高亮数码管显示,可视距离在20 m以上.(7)J1209型高中教学电源该电源最大优点是直流稳压输出和细调,能方便准确调节所需电流值.受力线圈电流值取0~0.7 A,需用2台J1209串联供电.励磁电流0~2.5 A,用1台J1209供电.3.定量实验按图5装配实验装置.［演示1］当载流导线与磁场方向平行时,安培力为零.①取线圈N=400匝,励磁电流I B=2.0 A,线圈电流I L=0.4 A.②转动线圈使单盘天平的称盘标记指向0°,此时天平示数F=0.③在0~2.5 A之间改变励磁电流和在0~0.7 A之间改变线圈电流I L,都有F=0.［演示2］当载流导线与磁场方向垂直时,安培力最大.①取线圈N=400匝,励磁电流I B=2.0 A,线圈电流I L=0.4 A.②转动线圈使θ增大,则安培力F随之增大,当θ=90°时,F有最大值.［演示3］垂直磁场方向的通电导线,受到的安培力F与电流I L成正比,已知N=400匝,l=400×85 mm,I B=2.5 A,θ=90°,测量结果如表1所示.表1根据最小二乘法理论得:截距:a=0.07±0.24,取a=0.0±0.24,斜率:b=34.46±0.12,关联系数:r=0.99986.F与I L的正比关系还可由图6所示F－I L图象表示.图6［演示4］垂直于磁场方向的通电导线,受到的安培力F与导线的长度l成正比.已知N=200匝,l=200×85 mm,I B=2.5 A,θ=90°,测量结果如表2所示.表2根据最小二乘法理论得：截距：a=0，取a=0.0±0.1,斜率：b=17.00±0.0,关联系数：r=1.0.(在仪器精度范围内）综合上述两表对比如表3所示.(I B=2.5 A,θ=90°)结论：同等情况下，减小一半，其安培力也减小一半.［演示5］垂直于磁场方向的通电导线受到的安培力F与磁感应强度B成正比.由于磁感应强度B与励磁电流I B成正比,因此F与B的定量演示便转化为F与I B的定量演示.已知N=400匝,l=400×85 mm,I L=0.4 A,θ=90°,测量结果如表4所示.根据最小二乘法理论得：截距：a=0.12±0.06，取a=0.12±0.1,斜率：b=5.40±0.04,关联系数：r=0.99988.F与B的正比关系还可由如图7所示的F－I B图象表示.［演示6］在磁场B、电流I、导线长度l大小不变的情况下,安培力F与sinθ成正比.已知N=400匝,l=400×85 mm,I B=2.5 A,I L=0.4 A,测量结果如表5所示.图7根据最小二乘法理论得:截距:a=0.05±0.06,取a=0.0±0.1(×0.0098 N)，斜率:b=13.55±0.08,关联系数:r=0.99991.F与sinθ的正比关系还可由如图8所示的F－sinθ图象表示.图8。

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。

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。

高中物理新课标教材必修1第一章运动的描述1 质点参考系和坐标系2 时间和位移3运动快慢的描述——速度4 实验：用打点计时器测速度5速度变化快慢的描述一一加速度第二章匀变速直线运动的研究1 实验：探究小车速度随时间变化的规律2 匀变速直线运动的速度与时间的关系3 匀变速直线运动的位移与时间的关系4 匀变速直线运动的速度与位移的关系5 自由落体运动6 伽利略对自由落体运动的研究第三章相互作用1 重力基本相互作用2 弹力3 摩擦力4 力的合成5 力的分解第四章牛顿运动定律1 牛顿第一定律2 实验：探究加速度与力、质量的关系3 牛顿第二定律4 力学单位制5 牛顿第三定律6 用牛顿运动定律解决问题（一）7 用牛顿运动定律解决问题（二）学生实验课题研究课外读物高中物理新课标教材必修2第五章曲线运动1. 曲线运动2. 平抛运动3. 实验：研究平抛运动4. 圆周运动5. 向心加速度6. 向心力第六章万有引力与航天1. 行星的运动2. 太阳与行星间的引力3. 万有引力定律4. 万有引力理论的成就5. 宇宙航行6. 经典力学的局限性第七章机械能守恒定律1. 追寻守恒量——能量2. 功3. 功率4. 重力势能5. 探究弹性势能的表达式6. 实验：探究功与速度变化的关系7. 动能和动能定理8. 机械能守恒定律9. 实验：验证机械能守恒定律10. 能量守恒定律与能源课题研究课外读物高中物理新课标教材选修1-1第一章电场电流一、电荷库仑定律二、电场三、生活中的静电现象四、电容器五、电流和电源六、电流和热效应第二章磁场一、指南针与远洋航海二、电流的磁场三、磁场对通电导线的作用四、磁场对运动电荷的作用五、磁性材料第三章电磁感应一、电磁感应现象二、法拉第电磁感应定律三、交变电流四、变压器五、高压输电六、自感现象涡流七、课题研究：电在我家中7. 生活中的圆周运动第四章电磁波及其应用一、电磁波的发现二、电磁波谱三、电磁波的发射和接收四、信息化社会五、课题研究：社会生活中的电磁波附录课外读物推荐高中物理新课标教材选修1-2第一章分子动理论内能一、分子及其热运动二、物体的内能三、固体和液体四、气体第二章能量的守恒与耗散一、能量守恒定律二、热力学第一定律三、热机的工作原理四、热力学第二定律五、有序、无序和熵六、课题研究：家庭中的热机第三章核能一、放射性的发现二、原子与原子核的结构三、放射性衰变四、裂变和聚变五、核能的利用第四章能源的开发与利用一、热机的发展与应用二、电力和电信的发展与应用三、新能源的开发四、能源与可持续发展五、课题研究：太阳能综合利用的研究高中物理新课标教材选修2-1 第一章电场直流电路第1 节电场第2 节电源第3 节多用电表第4 节闭合电路的欧姆定律第5 节电容器第2 章磁场第1 节磁场磁性材料第 2 节安培力与磁电式仪表第3 节洛伦兹力和显像管第 3 章电磁感应第1节电磁感应现象第2节感应电动势第3节电磁感应现象在技术中的应用第 4 章交变电流电机第1节交变电流的产生和描述第2节变压器第3节三相交变电流第5 章电磁波通信技术第1节电磁场电磁波第2节无线电波的发射、接收和传播第3节电视移动电话第4节电磁波谱第6 章集成电路传感器第1节晶体管第2节集成电路第3节电子计算机第4节传感器课题研究课外读物及网站推荐高中物理新课标教材选修2-2第 1 章物体的平衡第1节共点力平衡条件的应用第2节平动和转动第3节力矩和力偶第4节力矩的平衡条件第5节刚体平衡的条件第6节物体平衡的稳定性第 2 章材料与结构第 1 节物体的形变第2 节弹性形变与范性形变第3 节常见承重结构第 3 章机械与传动装置第 1 节常见的传动装置第 2 节能自锁的传动装置第 3 节液压传动第 4 节常用机构第 5 节机械第4章热机第1 节热机原理热机效率第2 节活塞式内燃机第3 节蒸汽轮机燃气轮机第4 节喷气发动机第5 章制冷机第1 节制冷机的原理第2 节电冰箱第3 节空调器课题研究高中物理新课标教材选修2-3第一章光的折射第1 节光的折射折射率第2 节全反射光导纤维第3 节棱镜和透镜第4 节透镜成像规律第5 节透镜成像公式第2 章常用光学仪器第1 节眼睛第2 节显微镜和望远镜第3 节照相机第3 章光的干涉、衍射和偏振第1 节机械波的衍射和干涉第2 节光的干涉第3 节光的衍射第4 节光的偏振第4 章光源与激光第1 节光源第2 节常用照明光源第3 节激光第4 节激光的应用第5 章放射性与原子核第1 节天然放射现象原子结构第2 节原子核衰变第3 节放射性同位素的应用第4 节射线的探测和防护第6 章核能与反应堆技术第1 节核反应和核能第2 节核裂变和裂变反应堆第3 节核聚变和受控热核反应课题研究第一章静电场1 电荷及其守恒定律2 库仑定律3 电场强度4 电势能和电势5 电势差6 电势差与电场强度的关系7 静电现象的应用8 电容器的电容9 带电粒子在电场中的运动第二章恒定电流1 电源和电流2 电动势3 欧姆定律4 串联电路和并联电路5 焦耳定律6 导体的电阻7 闭合电路的欧姆定律8 多用电表的原理9 实验：练习使用多用电表10 实验：测定电池的电动势和内阻11 简单的逻辑电路第三章磁场1 磁现象和磁场2 磁感应强度3 几种常见的磁场4 通电导线和磁场中受到的力5 运动电荷在磁场中受到的力6 带电粒子在匀强磁场中的运动课题研究附录游标卡尺和螺旋测微器课外读物高中物理新课标教材选修3-2第四章电磁感应1 划时代的发现2 探究感应电流的产生条件3 楞次定律4 法拉第电磁感应定律5 电磁感应现象的两类情况6 互感和自感7 涡轮流、电磁阻尼和电磁驱动高中物理新课标教材选修3-1第五章交变电流1 交变电流2 描述交变电流的物理量3 电感和电容对交变电流的影响4 变压器5 电能的输送第六章传感器1 传感器及其工作原理2 传感器的应用3 实验：传感器的应用附录一些元器件的原理和使用要点课题研究普通高中课程标准实验教科书物理3-3第七章分子动理论1 物体是由大量分子组成的2 分子的热运动3 分子间的作用力4 温度和温标5 内能第八章气体1 气体的等温变化2 气体的等容变化和等压变化3 理想气体的状态方程4 气体热现象的微观意义第九章固体、液体和物态变化1 固体2 液体3 饱和汽与饱和汽压4 物态变化中的能量交换第十章热力学定律1 功和内能2 热和内能3 热力学第一定律能量守恒定律4 热力学第二定律5 热力学第二定律的微观解释6 能源和可持续发展课题研究普通高中课程标准实验教科书物理3-4第十一章机械振动1 简谐运动2 简谐运动的描述3 简谐运动的回复力和能量4 单摆5 外力作用下的振动第十二章机械波1 波的形成和传播2 波的图象3 波长、频率和波速4 波的衍射和干涉5 多普勒效应6 惠更斯原理选修第十三章光1 光的反射和折射2 全反射3 光的干涉4 实验：用双缝干涉测量光的波长5 光的衍射6 光的偏振7 光的颜色色散8 激光第十四章电磁波1 电磁波的发现2 电磁振荡3 电磁波的发射和接收4 电磁波与信息化社会5 电磁波谱第十五章相对论简介1 相对论的诞生2 时间和空间的相对性3 狭义相对论的其他结论4 广义相对论简介课题研究高中物理新课标教材选修3-5第十六章动量守恒定律1实验：探究碰撞中的不变量2动量和动量定理3动量守恒定律选修4碰撞5反冲运动火箭第十七章波粒二象性1 能量量子化2 光的粒子性3 粒子的波动性4 概率波5 不确定性关系第十八章原子结构1 电子的发现2 原子的核式结构模型3 氢原子光谱4 玻尔的原子模型第十九章原子核1 原子核的组成2 放射性元素的衰变3 探测射线的方法4 放射性的应用与防护5 核力与结合能6 重核的裂变7 核聚变8 粒子和宇宙课题研究。