人教版物理选修3-1第三章磁场：3.4通电导线在磁场中受力
把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来 ,使它的下端 刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电 波,当开关接通后,将看到的现象 是( ) C
A.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长
S
C.弹簧上下振动 D.弹簧仍静止不动
如图所示，导线abc为垂直折线,其中电流为I,ab=bc=L, 导线拓在的平面与匀强磁场垂直,匀强磁场的磁感应强 度为B,求导线abc所受安培力的大小和方向.
课堂练习
12、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的 上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂 直纸面向外的电流，则（ ） A A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用
则它们的大小关系是（
A. Φ1 > Φ2 > Φ3 C. Φ1 < Φ2 < Φ3
1
2
C）
D. Φ1 < Φ2 = Φ3
3
B. Φ1 > Φ2 = Φ3
N
S
第3章 第4节 通电导线在磁场中受到的力
一、知识回顾
如何描述磁场强弱？
F B IL
(B I )
安培力(Ampere force)的方向
θ
Φ 最大 Φ 较小 Φ=0
思考：哪些情况可以引起磁通量的变化？
c
d b
a
如上图，若磁感应强度为B，面积为S，则以 cd为轴转过900，磁通量怎样变化？转过1800磁通 量怎样变化？
3.如图所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积
之间的关系为 S1 ＞ S2 = S3 ，且 “3”线圈在磁铁的
正中间。设各线圈中的磁通量依次为 Φ1 、 Φ2 、 Φ3
电流表的工作原理
如图所示，当电 流通过线圈时，线圈 上跟轴线平行的两边 在安培力作用下，使 线圈绕轴线转动，从 而使螺旋弹簧被扭动。 当安培力产生的力矩 和弹簧的扭转力矩相 平衡时，线圈才停止 转动。
θ
电流表的工作原理
由于安培力与电流成 正比，当线圈中流入的电流越 大时，线圈上产生的安培力越 大，线圈和指针转过的角度也 越大。因此，根据指针偏转角 度的大小，可以知道被测电流 的强弱。
匀强磁场。
3.特点：匀强磁场的磁感线是间距相等的平行直线
磁通量
1.定义：磁感应强度B与垂直磁场方 向的平面面积S的乘积叫穿过这个面 积的磁通量。 2.定义式：φ =BS 适用条件：匀强磁场、S⊥B
φ =BSsinθ
3.单位：韦伯（Wb） 1Wb=1T m2 4.标量性：正负只表示穿向 5.磁通密度：垂直磁场的单位面积 上的磁通量φ /S称为磁通密度。
a
b
c
如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁场中，有两根
相同的弹簧，下面挂一条长为0.5m，质量为0.1kg的
金属棒MN，此时弹簧伸长10cm，欲使弹簧不伸长则棒
上应通过的电流的大小和方向如何？
B M
N
课堂练习
2、下列说法中正确的是（ ABD ） A、电荷处在电场强度为零的地方，受到 的电场力一定为零 B、一小段通电导线放在磁感应强度为零 的地方，受到的安培力一定为零 C、一小段通电导线在某处不受磁场力的 作用，则该处磁感应强度为零 D、电荷在某处不受电场力的作用，则该 处电场为零
L
L
L
F=BIL
例题：如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将 金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b 的稳定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根 细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法： ( ) AC
（A）适当增大电流I （B）将电流反向并适当改变大小 a I b
（C）适当增大磁场
（D）将磁场反向并适当改变大小
GGLX 巩固练习
将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一 匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感 应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大 小和方向
B I B I B I
30°
0
0.02N
水平向右
0.02N 垂直导线， 斜向左上方
例题
自由
˙
1、定义：磁场对电流的作用力称为安培力， 是为了纪念安培而命名的。
思考与讨论
在电场中，电场强度的方向就是正电荷 所受电场力的方向。那么，在磁场中，磁感 应强度的方向是不是通电导体在磁场中的受 力方向呢？
实验表明：通电导体在磁场中受力方向与 电流方向和磁场方向有关。
实验结果分析
试画出下述两实验结果的正视图：
由N极出发，进入S极，在磁体内部磁感线由S极 指向N极。
几种常见的磁场
条形磁铁和蹄形磁铁的磁场：
外部从N到S，内部从S到N .
形成闭合曲线
同名磁极间磁感线
异名磁极间磁感线
环形电流的磁场
正视图
右视图
三种常见电流的磁场
安培定则 直 线 电 流 以导线上任意点为圆心的同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱 环 形 电 流 立体图 横截面图 纵截面图
课堂练习
7、在赤道上空，水平放置一根通 以由西向东的电流的直导线，则此 导线 ( A ) A、受到竖直向上的安培力 B、受到竖直向下的安培力 C、受到由南向北的安培力 D、受到由西向东的安培力
课堂练习
8、把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在水平方向 的匀强磁场中，匀强磁场的方向与铝盘平面垂直， 盘的下边浸在水银糟内，将转轴和水银用导线直 接连在电源的两极上，如图所示，则下列说法正 确的是（ ） B A、由于磁场对电流的作用，铝盘将顺时针转动 B、由于磁场对电流的作用，铝盘将逆时针转动 C、将电源两极对调，铝盘的转动方向不会改变 D、将电流及磁场方向同时改 变，铝盘的转动方向改变
3.3 几种常见的磁场
磁感线
目的：为形象地描述磁场而人为引入的假想曲线 定义：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，这样的曲线就叫做磁感线。
B A
C
磁感线都是闭合的！
磁感线的特点：
磁感线是不存在、不相交的闭合曲线。 磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向。 磁感线的疏密表示磁场的强弱。 磁感线都是闭合曲线。在磁体外，磁感线都是
F F F
× F
课堂练习
5、试画出下列各图中通电导体棒ab所 受安培力的方向：
课堂练习
6 、在垂直纸面向里的匀强磁场 B 中，有一 个垂直磁感线的环形线圈，通有顺时针电流 I，如图所示，则下列叙述中正确的是 AD A、环形线圈所受的磁力的合力为零 B、环形线圈所受的磁力的合力不为零 C、环形线圈有收缩的趋势 D、环形线圈有扩张的趋势
由左手定则可知，当 流入线圈中的电流方向改变时， 线圈上产生的安培力的方向也 改变，从而使线圈和指针偏转 的方向也改变。所以，根据指 针偏转的方向，可以知道被测 电流的方向。
θ=NBIS/k
电流表的特点
1、灵敏度高，可以测量很弱的电流， 但是绕制线圈的导线很细，允许通 过的电流很小；
2、电流和安培力成正比，所以电流 表的刻度是均匀的； 3、电流方向改变，安培力方向也 改变，线圈朝相反方向转动。
内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏 通 电 螺 线 管
ห้องสมุดไป่ตู้
内部为匀强磁场，且比外部强，方向由 S 极指向 N 极；外部类似 条形磁铁，由 N 极指向 S 极
匀强磁场
1.定义：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小 和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。 2.产生方法:距离很近的两个异名磁极之间的磁场， 通电螺线管内部的磁场（除边缘部分外）都可认为是
θ表示磁场方向与电流方向间的夹角
注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场
问题1:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以
概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？
问题2：F、B、I一定两两垂直吗？
结论：F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一 定垂直。
思考与讨论
F=BIL中的L为有效长度
试指出下述各图中的安培力的大小。
课堂练习
9、两条导线互相垂直， 但相隔一小段距离，其中 AB固定，CD可自由活动， 当通以如图所示电流后， CD导线将（ ） D A、顺时针方向转动，同时靠近AB B、逆时针方向转动，同时离开AB C、顺时针方向转动，同时离开AB D、逆时针方向转动，同时靠近AB
课堂练习
11、下列措施可以提高电流表线圈的灵敏 度的是（注：电表的灵敏度可以表示为 θ/I=NBS/k）（ AB） A、增加线圈的匝数； B、增强磁极间的磁感应强度； C、减小线圈的电阻； D、换用不易扭转的弹簧
B B2
θ
一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ 另一分量与导线平行 B2=Bcosθ
I
平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力， 通电导线所受作用力仅由B1决定
即F=ILB1 将B1=Bsinθ代入得 F=ILBsinθ
0o
90O
F 0
F IBL
三、安培力的大小
公式： F=ILBsinθ
B
B
F
I
I
F
F、B、I方向关系 遵循左手定则
安培力方向既与电流方向垂直又与 磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所 在的平面
F B I
示意图 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 同一平面内;让磁感应线从掌心进 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 再次提醒：一定要使用左手！
课堂练习
2、下列说法中正确的是（ ABD ） A、电荷处在电场强度为零的地方，受到 的电场力一定为零 B、一小段通电导线放在磁感应强度为零 的地方，受到的安培力一定为零 C、一小段通电导线在某处不受磁场力的 作用，则该处磁感应强度为零 D、电荷在某处不受电场力的作用，则该 处电场为零
人教版高中物理选修3-1：第三章 3.4通电导线在磁场中受到的力 课件2
(2)导体棒所受静摩擦力的大小和方
向． y
FN Ff
图1 F安
x
mg
2.如图所示，光滑的平行导轨倾角 为θ ，处在磁感应强度为B的匀强 磁场中，导轨中接入电动势为E、 内阻为r的直流电源．电路中有一 阻值为R的电阻，其余电阻不计， 将质量为m、长度为L的导体棒由静 止释放， 求导体棒在释放瞬间的 加速度的大小．
当电流通过线圈时， 导线受到安培力的作用， 线圈转动，
越大 ， 螺旋弹簧变形， 反抗线圈的转动， 电流越大， 安培力就_____ 越大 。I 与指针偏角 θ 成正比，表盘 螺旋弹簧的形变也就_______ 均匀 (选填“均匀”、“不均匀”)。所以，从线圈偏 刻度______
转的角度就能判断通过电流的大小。
通电线圈在磁场中受到的力矩—磁力矩 a
I
d a
F F F
俯视图 F •d F
b
c
F
F
F 结论: 当线框平面与磁场平行时，磁力矩最大(M=nBIs)；当 线框平面与磁场垂直时，磁力矩最小 。
三、电流表的结构 I=Kθ/nBLd 其中对同一个电流表来说: K.n.B.L.d是一定的，因此 I． 所以通过偏角θ的值可以反映 电流I值的大小，且电流刻度 是均匀的．当θ取最大值时， 通过电流表的电流最大，称 为满偏电流Ig，所以使用电流 表时应注意不要超过满偏电 流 I g．
（1）明确研究对象；
（ 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）根据平衡条件：F合＝0列方程求解求解。
2．分析求解安培力时注意的问题
（1）首先画出通电导线所在处的磁感线的方向，再根据左手定则判断安培力方向； (2)安培力大小与导线放置的角度有关，但一般情况下只要求导线与磁场垂直的情 况，其中L为导线垂直于磁场方向的长度为有效长度．
高中物理人教版选修3-1 第三章 第四节 通电导线在磁场中受到的力
左手定则和安培定则
如何区分左手定则和安培定则？ ③在因果关系上：
安培定则中的“电流”是“因”，磁场为“果”，正是有 了电流(直流电流、环形电流、螺线管电流)才出现了由该电 流产生的磁场；
左手定则中的“磁场”和“电流”都是“因”，磁场对通 电导线的作用力是“果”，有因才有果，而此时的两个“ 因”对产生磁场的作用力来说缺一不可。
②当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定 的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿 过手心，而是斜穿过手心。
安培力和电场力
电场力和安培力的方向有何区别和联系？
电荷在电场中某一点受到的静电力是一定的， 方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。 电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方 向有关。 电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零； 电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于BIL。 一般情况下的安培力大于零，小于BIL 安培力的方向均与磁场方向垂直
问题与练习
磁场中有一条通电导线，其余方向与磁场方向垂直。图甲、乙、丙分 别标明了电流、磁感应强度和安培力三个量中两个量的方向，试画出 第三个量的方向。（“·”表示磁感线垂直纸面向外，“ ×”表示磁感 线垂直纸面向里，”⊙“表示电流垂直纸面向外，”“表示电流垂直 纸面向里。）
问题与练习
把一根通电导线ab放在磁场中，导线所在区域的磁感线呈弧形，如图 所示。导线可以在空中自由移动和转动，导线中的电流方向由a向b. (1)描述导线的运动情况。 (2)虚线框内有产生以上弧形磁感线的磁场源，它可能是条形磁体、蹄 形磁体、通电螺线管、直线电流。请你分别按每种可能考虑，大致画出 它们的安放位置。（1）通电导线的端a和b端受到的安培力分别垂直纸面向外和垂直纸面向内，所以导线会
(选修3—1)3.4通电导线在磁场中受到的力
个整体；
b、蹄形磁铁内置软铁是为了（和
铁芯一起）造就辐向磁场；
c、观察——铁芯转动时螺旋弹簧
会形变。
回答：电流表主要是由永久磁铁、铁 芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘 等六部分组成。
直线电流磁场的磁感线是一些以导线 上各点为圆心的同心圆，这些同心圆 都在跟导线垂直的平面上。
问题 9、分子电流假说的内 容是什么？
通辽实验中学新课标物理教学设计
问题 11、阅读课本，请学生 自己归纳电流表的工作原 理： ①线圈的转动是怎样产生 的？ ②线圈为什么不一直转下 去？ ③为什么指针偏转角度的大 小可以说明被测电流的强 弱？ ④如何根据指针偏转的方向 来确定电路上电流的方向？
⑤使用时要特别注意什么？
张程
回答：
①当线圈里通入很小的电流时，线圈 受到磁场的作用力，将会发生偏转 ②线圈转动时螺旋弹簧形变，反抗线 圈的转动 ③电流越大，安培力就越大，螺旋弹 簧的形变也就越大。所以，从线圈偏 转的角度就能判断通过电流的大小。 ④线圈中的电流方向改变时，安培力 的方向随着改变，指针的方向也随着 改变。所以，根据指针的偏转方向， 可以知道被测电流的方向。 ⑤允许通过的电流很小，注意不要超 过量程。
2、关于通电导线所受安培力 F 的方向，磁场 B 的方向和电流 I 的方向之间的关系，下列说 法正确的是( ) A．F、B、I 三者必须保持相互垂直 B．F 必须垂直 B、I，但 B、I 可以不相互垂直 C．B 必须垂直 F、I，但 F、I 可以不相互垂直 D．I 必须垂直 F、B，但 F、B 可以不相互垂直
（选修 3-1 第三章磁场 第四节 通电导线在磁场中受到的力 第 2 页，共 6 页）
通辽实验中学新课标物理教学设计
问题 6、当 磁感应强度 B 的 方向与导线的方向的平行 时，安培力是多少？
人教版选修3-1 第三章 第四节 通电导线在磁场中受到的力 (共21张PPT)
无安培力 B FI
BI
30 F
°
B
I
垂直BI面向外
B
F I
I B
垂直BI面向里
6
三、安培力的方向
影响因素： 电流方向 磁场方向
掌法 （1）伸开左手，使大拇指与四指
垂直，并且在同一个平面内；
左手定则
指法
（2）让磁感线从掌心进入，并使 四指指向电流的方向；
结论
（3）大拇指所指的方向就是通电导 线在磁场场中所受安培力的方向。
磁 电 式 电 流 表
10
电风扇
11
各种类型数控机床
12
13
14
15
有轨电车
16
各种机器人
17
中国电磁炮
18
如此丰富多彩的电动世界因为
有安培力的作用
19
一、安培力的定义
磁场对通电导线的作用力称为安培力
二、安培力的大小：
F=I L B sinθ
三、安培力的方向 左手定则
四、安培力的应用 电动机
B与I可以不垂直，但安培力F的方向既垂直于磁场B方向， 又垂直于电流方向，安培力垂直于电流与磁场所在平面
7
问题：如图所示，两条平行的通电直导线之 间会不会通过磁场发生相互作用呢?
? 电流方向相同时，相互吸引; 电流方向相反时，相互排斥。
8
分析：
F
I
I
F
电流方向相同
电流方向相反
FI
F I
9
四、安培力的应用
20
人教版选修3-1第三章第四节
通电导线在磁场中受到的力
1
一、安培力的定义
磁场对通电导线的作用力 称为安培力
高中物理人教版课件选修3-1 3.4通电导线在磁场中受到的力
课前感知·预习
课堂导学·探究
分层达标·训练
4．安培力的特点 垂直 ，即安培力F______ 垂直 于 与电流方向、磁感应强度的方向都_____
B和I所决定的平面。
课时目标·导航
课前感知·预习
课堂导学·探究
分层达标·训练
二、安培力的大小及磁电式仪表
1.安培力的大小 (1)当通电导线垂直磁场方向放置时所受安培力的大小为： ILB 。 F=____ (2)当磁感应强度B的方向与通电导线平行时，导线所受安培 0。 力F=__ (3)当磁感应强度B的方向与通电导线方向成θ角时， ILBsinθ 。θ为B与I的夹角。 F=_________
基本原理。
课时目标·导航
课前感知·预习
课堂导学·探究
分层达标·训练
重点：1.正确应用左手定则判断安培力的方向。 2.匀强磁场中安培力大小的计算。 难点：安培力、电流、磁感应强度三者方向的空间关系。
课时目标·导航
课前感知·预习
课堂导学·探究
分层达标·训练
一、安培力的方向 1．安培力
通电导线 在磁场中受的力。 _________
课堂导学·探究
分层达标·训练
【误区警示】对于安培力、电流方向和磁场方向的空间关系， 学生常常误认为三者两两垂直，教师要向学生明确安培力的方
向一定与电流、磁场方向都垂直，但电流方向与磁场方向可以
成任意角度。
课时目标·导航
课前感知·预习
课堂导学·探究
分层达标·训练
3.当通电导线与磁场不垂直时，如何判断安培力方向? 【思路分析】当通电导线和磁场不垂直时 安培力方向的判断是一难点，这里教师可
2．决定安培力方向的因素 电流 方向。 (1)_____ 磁感应强度 方向。 (2)___________
高二物理人教版选修31 3.4通电导线在磁场中受到的力
高二物理人教版选修31 3.4通电导线在磁场中受到的力（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。
如何判断安培力的方向呢？人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律一一左手定则。
左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向。
（如图）。
【说明】左手定则是一个难点，涉及三个物理量的方向，涉及三维空间，而学生的空间想像力还不强，所以教师应引导学生如何将三维图形用二维图形表达(侧视图、俯视图和剖面图等等)，还要引导学生如何将二维图形想像成三维图形。
---可将右图从侧视图、俯视图和剖面图一一引导学生展示。
*一般情形的安培力方向法则介绍…结论：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手心，只要不从手背传过就行。
*至于大小法则，如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解，取垂直分量代入公式即可；从这个角度不难理解——如果电流和磁场平行，那么安培力是多少？[学生]为零。
【演示】平行通电直导线之间的的相互作用。
引导学生区别安培定则和左手定则，并且用这两个定则去解释“平行通电导线之间的相互作用”这一演示实验，解释时应明白左边的通电导线受到的安培力是右边的通电导线所产生的磁场施加的，反之亦然。
2、安培力的大小通电导线（电流为I、导线长为L）和磁场（B）方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小：F = BIL（最大）。
两种特例：即F = ILB(I⊥B)和F = 0(I∥B)。
一般情况：当磁感应强度B的方向与导线成θ角时，有F = ILB sinθ。
【注意】在推导公式时，要让学生明确两点：一是矢量的正交分解体现两个分量与原来的矢量是等效替代的关系，二是从特殊到一般的归纳的思维方法。
高中物理选修3-1人教版3-4通电导线在磁场中受到的力
解析：杆 ab 中的电流为 a 到 b，所受的安培力方向平行 于导轨向上。当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受 静摩擦力向下；当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值 F1， 此时通过 ab 的电流最大为 Imax；同理，当电流最小时，应该 是导体受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为 F2，电流为 Imin。
方向
环形电流可等效成小磁针，通电螺线管 可以等效成条形磁铁或多个环形电流， 等效法 反过来等效也成立。等效后再确定相互
作用情况 两平行直线电流在相互作用过程中，无 转动趋势，同向电流互相吸引，异向电 结论法 流互相排斥；两不平行的直线电流相互 作用时，有转到平行且电流方向相同的
趋势
定性分析磁体在电流磁场作用 下如何运动或运动趋势的问 转换研 题，可先分析电流在磁体磁场 究 中所受的安培力，然后由牛顿 对象法 第三定律，确定磁体所受电流 磁场的作用力，从而确定磁体
F＝ILB⊥＝ILBsinθ，即 F＝ILBsinθ。 四、分析导体在磁场中运动情况的几种常用方法
把整段弯曲导线分为多段直线
电流元 法
电流元，先用左手定则判断每 段电流元受力的方向，然后判 断整段导线所受合力的方向，
从而确定导线运动方向
通电导线转动到某个便于分析 特殊位 的特殊位置时，判断其所受安 置法 培力的方向，从而确定其运动
所受合力及运动方向。
[特别提醒](1)导体处于非匀强磁场中时，通常用电流元 法判断其受力情况。
(2) 判 断 条 形 磁 铁 ( 或 小 磁 针 ) 与 环 形 电 流 间 的 相 互 作 用 时，通常选择等效法。
名师误区点拨
误区：安培定则与左手定则容易混淆。 点拨：比较两个定则，可以从它们各自的适用对象、因 果关系、选取原则等方面寻找区别和联系。
高中物理选修3-1第三章第4节通电导线在磁场中受到的力(教案)
通电导线在磁场中受到的力一、教学目标核心素养层面：教学目标：1.知识与技能（1）知道安培力，会计算安培力的大小（2）知道安培力的方向与电流、磁场方向都垂直，会用左手定则判断安培力的方向；（3）知道磁电式电表的基本构造以及运用它测量电流大小和方向的基本原理.2.过程与方法（1）经历推导磁场中安培力的表达式，感受逻辑的力量；（2）通过学生分组实验，经历探究磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，体验控制变量探究物理规律的方法.3.情感、态度与价值观（1）了解安培力在生产、生活中的作用，培养学生将科学技术服务于人类社会的意识；（2）经历磁场对电流的作用力的方向和电流方向、磁场方向的关系这一过程，培养学生的科学探究意识和正确的科学态度以及责任心.二、教学内容与学情分析1、教材分析：本节教材系人教版物理选修3-1第三章第4节的内容，磁场对电流的作用――安培力，在教材中起着承上启下的作用。
它不仅是与上节知识（磁场性质）的联系点，而且是学习电流表工作原理和推导洛伦兹力公式的基础。
安培力方向与电流、磁场方向关系的实验探究是采用控制变量法探究物理基本规律的一节课，涵盖了科学探究的基本因素，有助于培养学生物理学科的核心素养。
2、学情分析学生在学习本节课之前，已经学习了磁场，知道了磁体和电流周围磁场的性质及特点，了解到磁体间的相互作用、电流周围存在着磁场以及电与磁之间有联系。
学生通过高一物理“必修”课程的学习，经历了牛顿第二定律等实验探究过程，已经掌握了变量控制实验探究的一些科学研究方法，为本节的探究性学习做了铺垫。
三、任务分解四、教学活动教学过程设计教师教学活动设计活动设计复习一：（1）图中已知磁场方向，根据安培定则判断电流方向？教师教学活动设计活动设计复习一：（1）图中已知磁场方向，根据安培定则判断电流方向？（2）图中已知电流方向，请判断小磁针转动方向？提出问题：（1）在通电导线旁边的小磁针为什么会转动？（2）根据逆向思维，小磁针的磁场会不会对通电导线也有力的作用呢？引入新课：【活动一】创设情境，提出本节课的核心任务（1）创设情景（视频展示）央视国际频道的一则电磁轨道炮的新闻. （2）提出课题电磁轨道炮，是一种新式武器，既安全精准又威力巨大，各国正在争相研发，它与常规炮弹靠化学剂的推动不同，电磁轨道炮利用的是一种新型的推进方式，它的原理是怎样的呢？这节课，我们就来揭秘“电磁轨道炮”.【活动二】感受小型“电磁轨道炮”，经历理性分析实验现象过程（1）介绍实验装置如图1，这也是一个小型的电磁轨道炮.它是由竖直向下的匀强磁场，金属轨道和炮弹（金属棒）组成.（2）实验演示将导体棒放在磁场中，接通电源，导体棒就通上电，同学们观察到：电磁轨道炮被发射出去了.（3）解释现象提问：通电导体棒为什么会被发射出去？说明什么？实验验证①撤去磁场，其它不变，发现金属棒不动.说明金属棒受到的力的施力物体确实是磁场；②切开电源，其它不变，发现金属棒不动.说明这个力是磁场对通电导线（电流）的力.（4）提出概念为了纪念法国物理学家安培在电磁学中做出的卓越贡献，我们把磁场对通电导线（电流）的力叫做安培力.（5）提出从刚才的实验中我们看到，安培力就是电磁炮发射的动力，为了有效的发射电磁轨道炮我们必须知道这个力的方向是怎样的，受哪些因素影响，下面我们通过实验来探究.新课教学：【活动三】实验探究安培力的方向与磁场方向和电流方向的关系演示：按照右图所示进行实验：复习电流磁效应，为后面做铺垫以尖端科技（电磁轨道炮）引入新课，学生感觉很新奇，可以有效激发学生学习兴趣，将学生的注意力集中到课堂.通过演示实验，模拟电磁轨道炮的发射过程，学生获得感性认识，为本课题学习提供必要的感性材料.通过对问题的参与与自我尝试，培养独立思考的品质和探索精神（科学态度）（1）改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变？（2）上下交互磁场的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化？（3）提出猜测通过刚才的演示，你认为安培力的方向跟哪些因素有关系呢？接下来我们通过分组实验来探究安培力方向与磁场、电流方向之间有怎样的关系.有没有更简洁的方法表达这个关系呢？课堂练习：练习1、2、3练习4：两条靠近的平行导线在通电时会出现什么现象？（看视频）（引导学生先理论分析，得到同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.）【活动四】理论探究安培力大小的表达式提出问题：根据左手定则，我们可以准确的设定电磁炮的发射方向了，我们还需要进一步研究怎样让电磁炮具有更强的杀伤力，这与它的动力系统有着密不可分的联系.制约安培力大小的因素有哪些呢？下面我们进一步探究.（1）回顾B的定义提问：磁感应强度是怎样定义的？追问2：对导线的放置有什么要求？追问3：如果导线平行磁场放置，安培力是多大？追问4：如果导线与磁场既不平行也不垂直，安培力是多大？（介于零和垂直放置之间）下面，请同学们推导安培力的表达式.（2）理论推导特殊情况问1：当通电导线垂直磁场放置时，安培力大小？当通电导线平行磁场放置时，安培力大小？（3）理论推导一般情况，如果磁场与电流成θ角时，安培力表达式怎样？请各小组先讨论，并给出结论？（学生思考后给出两种方法，一种是分解B，另一种分解L，得到相同的结果F=BILsinθ，并认识到垂直和平行是两种特殊情况.）【活动五】揭秘电磁轨道炮（1）设置情景电磁轨道炮原理如图所示，整个装置可以把质量为20 g弹体（包括金属杆的质量）发射出去.若轨道宽2m，金属杆上电流为10 A，磁感应强度为1 T，经过t=2 s的加速，问弹体获得速度是多大？思考讨论：如果要提高电磁炮的发射速度，你认为可以怎么办？学生讨论后得到三种方式：①增大电流、②增强磁场、③减轻质量.【活动六】规律应用，探究磁电式电表的工作原理（1）观察磁电式电表如图8，让学生观察磁铁、铝框、线圈、螺旋弹簧、极靴、指针、铁质圆柱等构件，了解它们之中哪些是固定的，哪些是可以动的.（2）看书93页磁电式电流表第1—3段，分组讨论（屏幕上显示如下问题）问1：线圈的转动是怎样产生的？问2：线圈为什么不能一直转动下去？问3：为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱？问4：如何根据指针偏转的方向来确定电路上电流的强弱？问5：使用时要注意什么？（引导）前面我们学过右手螺旋定则，来表达电流方向和磁场的关系，这个方法很简洁的，我们能不能也类似的用手来表达这种关系呢？学生分组实验探究，经历规律发现过程，尝试用“左手”归纳判断安培力方向的方法，可以让学生最大程度的参与课堂；②借助小工具立体展现三个量的方向关系，体验空间关系构建方法.在定义磁感应强度时，学生经历了实验探究的过程，所以此处只进行理论探究，推导出安培力大小的表达式学生经历安培力方向的探究、安培力大小的探究、解决电磁轨道炮的问题，学生意识到看似神秘的电磁炮，其实它的原理并不深奥！先让学生观察磁电式电表的结构，再分组讨论、自学其工作原理，最后让。
人教版高中物理选修3-1习题课件：3.4 通电导线在磁场中受到的力
(3)在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们学习的共 点力平衡相似,一般也是先进行受力分析,再根据共点力平衡的条 件列出平衡方程。其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安 培力。
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类型一
类型二
安培力方向与磁 场方向和电流方 向都垂直
判断方法 结合电场方向和电荷正、负判断 用左手定则判断
特别提醒若已知B、I方向,则由左手定则得F安的方向被唯一确定, 但若已知B(或I)、F安的方向,由于B只要穿过掌心即可,则I(或B)的 方向不唯一。
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2.安培力的大小 (1)对安培力F=ILBsin θ的理解: ①当B与I垂直,即sin 90°=1时,F=ILB;当B与I成θ角时,F=ILBsin θ,θ是B与I的夹角。 ②公式F=ILBsin θ中: a.B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度,不必考虑导 线自身产生的磁场的影响。 b.L是有效长度,匀强磁场中弯曲导线的有效长度L,等于连接两端 点直线的长度(如图);相应的电流沿L由始端流向末端。
答案:A 题后反思在用电流元法分析问题时,要在对称的特殊位置选取电 流元。
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类型一
类型二
类型三
类型四
安培力作用下导体的平衡问题 【例4】 质量为m=0.02 kg的通电细杆AB置于倾角为θ=37°的平行 放置的导轨上,导轨的宽度d=0.2 m,杆AB与导轨间的动摩擦因数 μ=0.4(可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力),磁感应强度B=2 T的 匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下,如图所示。现调节滑动变阻 器的滑片,试求出为使杆AB静止不动,通过AB杆的电流范围为多少?
2019-2020年高中物理人教版选修3-1：3.4通电导线在磁场中受到的力
2019-2020年高中物理人教版选修3-1：3.4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，知道电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力为零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受安培力的大小F=BIL ；电流方向与磁场方向夹角为θ时，安培力F=BILsinθ。
2、左手定则熟练地判定安培力的方向。
3、知道电流表的基本构造，知道电流表测电流大小和方向的基本原理，了解电流表的基本特点【重点难点】安培力的大小、方向，左手定则。
【学法指导】认真阅读教材，观察插图，体会磁场对电流的作用力大小与什么因素有关？力的方向有什么特点？【知识链接】什么是磁感应强度？其定义式为：_______________，注意电流源必须_____________放置。
【学习过程】一、安培力的方向用左手定则判定，安培力始终垂直于和所决定的平面，但和不一定垂直。
若它二者中任一量反向，F将。
二、安培力的大小：如图：一根长为L的直导线，处于磁感应强度为B的匀强磁场中且与B的夹角为θ，当通过电流I时，安培力的大小可表示为F= 。
当θ=0°或θ=180°时，安培力为。
【典型例题】例1、见课本94页第1题例2、如图所示，两根平行放置的导电轨道，间距为L，倾角为 ，轨道间接有电动势为E（内阻不计）的电源，现将一根质量为m、电阻为R的金属杆ab与轨道垂直放于导电轨道上，轨道的摩擦和电阻均不计，要使ab杆静止，（1）所加垂直于导轨平面方向的匀强磁场的磁感应强度多大？方向如何？（2）所加竖直方向的匀强磁场的磁感应强度多大？方向如何？【训练测试】1.关于磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系，正确的说法是()A．磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的B．磁场方向一定与安培力方向垂直，但电流方向不一定与安培力方向垂直C．磁场方向不一定与安培力方向垂直，但电流方向一定与安培力方向垂直D．磁场方向不一定与电流方向垂直，但安培力方向一定既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直2．(2009·汕头模拟)如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是() A．加水平向右的磁场B．加水平向左的磁场C．加垂直纸面向里的磁场D．加垂直纸面向外的磁场3．一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图所示．在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力()A．大小不变，方向不变B．由零增大到最大，方向时刻变C．由最大减小到零，方向不变D．由零增大到最大，方向不变4．已知质量为m的通电细杆ab与导轨间的摩擦系数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图所示，下图是它的四个侧视图四种可能的匀强磁场方向，其中能使杆ab与导轨之间摩擦力为零的图是()5．如图所示，接通开关时，观察到金属棒动起来这说明________，断开开关后，将滑动变阻器的滑动片向左滑动一段距离后，再接通开关时你观察到________；这种现象说明________．6．如图所示，两平行光滑导轨相距为20cm，金属棒MN的质量为10g，电阻R＝8Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8T，方向竖直向下，电源电动势E＝10V，内阻r＝1Ω，当电键K闭合时，MN恰好平衡，求变阻器R1的取值为多少？设θ＝45°.【参考答案】1.答案：D解析：电流放入磁场中，不管电流与磁场是否垂直，安培力均垂直磁场和电流所确定的平面，即安培力总是垂直磁场方向，安培力总是垂直电流方向．2．答案：C解析：为使F＝0，则F安必竖直向上且F安＝mg，由左手定则可判定磁场一定是垂直纸面向里，故选项C正确．3．答案：D解析：导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导体不受安培力；当导体转过一个小角度后，电流与磁场不再平行，导体受到安培力的作用；当导体转过90°时，电流与磁场垂直，此时导体所受安培力最大．根据左手定则判断知，力的方向始终不变．选项D正确．4．答案：AB解析：用左手定则判断各图中导电细杆的受力方向，再判断通电细杆所受的合力．5．答案：通电导线在磁场中受到力的作用；金属棒摆动的角度更大些；电流越强，导线受到的安培力越大6．答案：7Ω解析：先根据左手定则判定安培力的方向，然后根据平衡条件列方程，再利用安培力公式以及闭合电路欧姆定律进行求解．金属棒平衡时的平面受力图，如图2所示．当MN平衡时，有mg sinθ－BIL cosθ＝0①由全电路欧姆定律，得I＝ER＋R1＋r②由①、②式联立并代入数据，得R1＝7Ω.【学习反思】安培力的方向、磁感应强度的方向、电流的方向三者之间的关系怎样？画图说明。