探究安培力的影响因素参考资料
高中物理安培力实验
高中物理安培力实验是一种用来研究电流在磁场中所受力的实验。
安培力是电流在磁场中受到的力，其大小与电流强度、磁感应强度以及电流与磁场的夹角有关。
在进行安培力实验时，通常会使用导线、电源、磁铁和测力计等器材。
首先，将导线放置在磁场中，并通以电流。
然后，使用测力计测量导线所受的安培力大小，并记录下来。
接下来，可以通过改变电流的大小、磁场的方向和导线的放置位置等方式，来研究安培力大小与这些因素之间的关系。
在实验过程中，需要注意以下几点：
1. 保持电流、磁场和导线方向的稳定，避免外界干扰对实验结果的影响。
2. 在测量安培力时，需要保证测力计的精度和准确性，以避免误差的产生。
3. 在改变实验条件时，需要逐一改变，以便观察每个因素对安培力大小的影响。
通过安培力实验，可以帮助学生更好地理解电流在磁场中所受力的原理，加深对电磁现象的认识和理解。
同时，实验也可以培养学生的动手能力和实验技能，提高他们的科学素养和实验能力。
第三节探究安培力
2.当电流与磁场方向夹θ角时 F = BILsinθ
第三节 探究安培力
【练习3】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m， 与水平面夹角为450，金属棒MN的质量为0.1kg，处 在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电 动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则 电阻R应为多少？(其他电阻不计)
【答案】R=0.2Ω
第三节 探究安培力
三.磁通量 我们将磁感应强度B 与面积S 的乘积，叫做穿过这个面
的磁通量，简称磁通。用φ表示。 即：φ=BS
φ=BS
φ=BS cosθ
在SI单位制中，磁通量的单位为：韦伯（Wb） 是标量
第三节 探究安培力
【练习4】下列各种说法中，正确的是： A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小； B.磁感应强度越大，磁通量也越大； C.磁通量小，一定是磁感应强度小； D.磁感应强度很大，而磁通量可能为零。
【答案】AD
线所受的安培力F 跟电流I 和导线的乘积IL的比值叫做
磁感应强度。用B表示。
即：B F IL
单位：特斯拉（T）
注意 磁感应强度B的大小由磁场本身决定，与电流的有
无、大小无关
第三节 探究安培力
磁感应强度的方向：为该处磁场的方向 磁感应强度是 矢量 磁感应强度的大小也可以用磁感线的疏密程度来判断
匀强磁场：磁感应强度的大小和方向都相同的磁场 如：两个距离很近的异名磁极之间的磁场 通电螺线管内中间部分的磁场
【注意】安培力的方向永远与导线垂直。
第三节 探究安培力 【练习2】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。
【注意】安培力的方向永远与导线垂直。
第三节 探究安培力
安培力
实验表明：安培力大小与通电导线的长度成 正比关系。 F L 3、保持电流强度、导线长度不变，研究安培力大小与磁场
强弱的关系。
实验表明：安培力大小与磁场强弱的大小成正比 关系。 FB
精确的实验表明：通电导 线与磁场垂直时，磁场对 通电导线的作用力的大小 与导线的长度、电流强度 都成正比，其比值与该处 的磁场强弱有关。导线与 磁场平行时没有力的作用。
例：如图，把轻质导线圈用绝缘细线悬 挂在磁铁 N极附近，磁铁的轴线穿过线 圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内 通入如图所示的电流后，判断线圈如何 运动？
向左摆动
4.等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或 小磁针也可以等效为环形电流，通电螺线管可等效为 多个环形电流或条形磁铁。
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
如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流, 线圈将会( A )
A.纵向收缩,径向膨胀
B.纵向伸长,径向膨胀
C.纵向伸长,径向收缩
纵向
D.纵向收缩,径向收缩
一条形磁铁水平放在桌 面上，一通电导线在磁 铁上方，如图所示。试 判断磁铁对桌面的压力 如何变化.
F1
⊙
N
F2
B
F1 F2
N F2 G
A I
I
1.直接判断：先分析导线或线圈所在位置的磁感线情况 ，然后根据左手定则判定安培力的方向，再进行分析
两条导线互相垂直，但相隔一小段距离， 其中ab固定，cd可以自由活动，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
探究安培力
如图，倾角为θ＝ ° 例：如图，倾角为 ＝30°的光滑导轨上端接入一电动势 E=3v，内阻不计的电源。滑轨间距 ，内阻不计的电源。滑轨间距L=10cm。将一个质量 。 的金属棒水平放在滑轨上， 为m=30g，电阻 ，电阻R=0.5Ω的金属棒水平放在滑轨上，若滑 的金属棒水平放在滑轨上 轨处在垂直于滑轨平面的匀强磁场中．当闭合开关后， 轨处在垂直于滑轨平面的匀强磁场中．当闭合开关后，
、T8
实验演示2： 实验演示 ：平行通电直导线间的作用
接电源
结论： 结论：同向平行电流相互吸引 反向平行电流相互排斥
接电源
练习2：见学海导航Ｐ 练习 ：见学海导航Ｐ78 T6
、T7
二、安培力的大小 实验演示3： 实验演示 ：
结论：电流越大，磁场越强， 结论：电流越大，磁场越强， 导线在磁场中的长度越长， 导线在磁场中的长度越长， 通电导线所受的安培力越大
θ
金属棒刚好静止在滑轨上． 金属棒刚好静止在滑轨上．求匀强磁场的磁感应强度大 小和方向． 小和方向． 解：先画出侧视图（三维 二维） 先画出侧视图（三维→二维 二维） 对导体棒受力分析如图 Ｅ 开关闭合后， 开关闭合后，有Ｉ＝ ＝６(A) Ｒ 导体平衡．Ｆ必沿斜面向上． ．Ｆ必沿斜面向上 垂直导轨平面向下． 导体平衡．Ｆ必沿斜面向上．故Ｂ垂直导轨平面向下． 由平衡条件得 F－mgsin θ ＝０ － 即BIL－mgsin θ＝0 － ＝ mgsin θ ∴ B＝ ＝ 0.25(T) IL
安培力计算式： 安培力计算式： Ｆ＝ＢＩＬ（在 Ｆ＝ＢＩＬ（在Ｂ⊥Ｌ时） Ｆ＝ＢＩＬsinθ（在Ｂ与Ｌ的夹角为θ时） （ Ｆ＝ＢＩＬ 的夹角为 时
公式说明： 公式说明： １、该公式适应于匀强磁场的安培力计算。 该公式适应于匀强磁场的安培力计算。 ２、Ｌ为有效长度。 、Ｌ为有效长度。 为有效长度 有效长度：导线两端点的连线在垂直磁场方向上的投影长度。 有效长度：导线两端点的连线在垂直磁场方向上的投影长度。
《实验探究安培力》 知识清单
《实验探究安培力》知识清单一、安培力的定义安培力是指通电导线在磁场中受到的力。
简单来说，当电流通过导线时，如果导线处于磁场中，就会受到一种力的作用，这个力就是安培力。
二、安培力的大小安培力的大小与多个因素有关，主要包括以下几点：1、电流的大小（I）：电流越大，安培力通常越大。
2、导线在磁场中的有效长度（L）：指的是通电导线在垂直于磁场方向上的投影长度。
有效长度越长，安培力越大。
3、磁感应强度（B）：磁场越强，即磁感应强度越大，安培力越大。
安培力的大小可以用公式 F ＝BILsinθ 来计算，其中θ 是电流方向与磁场方向的夹角。
当电流方向与磁场方向垂直时（θ ＝ 90°），sinθ ＝ 1，安培力最大，F ＝ BIL。
当电流方向与磁场方向平行时（θ ＝ 0°或 180°），sinθ ＝ 0，安培力为零。
三、安培力的方向安培力的方向可以用左手定则来判断。
伸出左手，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是安培力的方向。
需要注意的是，安培力的方向总是既垂直于电流方向，又垂直于磁场方向。
四、实验探究安培力的装置1、电源：提供稳定的电流。
2、导线：通常选择粗细均匀、材质相同的直导线。
3、磁场产生装置：可以是蹄形磁铁、通电螺线管等，以产生稳定的磁场。
4、测力计：用于测量导线所受安培力的大小。
五、实验步骤1、连接电路：将电源、导线和开关等组成闭合电路。
2、放置导线：将导线放置在磁场中，确保导线与磁场方向有一定的夹角。
3、接通电源：观察导线的运动情况以及测力计的示数。
4、改变电流大小：通过调节电源的输出，改变电流的大小，观察安培力的变化。
5、改变磁场方向：转动磁场产生装置，改变磁场的方向，观察安培力的方向变化。
6、改变导线在磁场中的有效长度：更换不同长度的导线，或者改变导线在磁场中的位置，观察安培力的变化。
六、实验注意事项1、电路连接要正确、稳固，避免接触不良导致实验结果不准确。
从微观角度对安培力机制的研究
从微观角度对安培力机制的研究安培力是指电流在导体中流动时所产生的力。
安培力机制来源于磁场力，即磁场对流动电荷的作用力，其方向垂直于磁场和电流方向之间的平面。
从微观角度，安培力来自于交互作用力，即当电流通过导体时，每个电子都受到一个由其运动产生的磁场力的作用。
该力的作用会导致每个电子沿磁场力的作用方向移动，并与其它电子相互碰撞，使整个导体受到一个安培力的合力作用。
电流通过导体时，每个电子都会发生定向的运动。
当这些电子沿着导体移动时，它们的磁场会与外部磁场相互作用。
这种相互作用会导致安培力的产生。
安培力的大小取决于电流强度、磁场强度和导体的几何形状。
在直线导体中，电流方向和磁场方向垂直时，产生的安培力最大，大小为F=BIl，其中B为磁感应强度，I为电流强度，l为导体的长度。
导体中的每个电子都感受到了相同的大小的安培力，但由于它们在导体中的位置不同，因此作用方向不同。
由于电子运动方向随机分布，因此导体中的安培力只能被视为杂乱无章的运动。
由于安培力来源于磁场力，因此其方向垂直于电流和磁场间的平面，与通电导体的形状和方向无关。
根据右手定则，安培力的方向始终与通过该导体的电流方向和外部磁场的垂直方向形成一个右手笛卡尔坐标系。
在实际应用中，安培力在电动机、发电机、变压器和电器中起着重要的作用。
例如，在电动机中，安培力使得旋转的磁极可以与导体之间产生作用，从而导致导体旋转，并在机轴上产生转矩。
在变压器中，安培力可使线圈中的电流和铁芯中的磁场相互作用，产生电压变换和电力传输。
总之，安培力是从微观角度来理解的，它源于磁场力，即磁场对流动电荷的作用力。
因此磁场强度是安培力的重要决定因素之一。
安培力的产生不仅取决于电流强度和磁场强度，还取决于导体的几何形状和方向。
在实际应用中，安培力在电动机、发电机、变压器和电器中起着重要的作用。
5.4 探究安培力2
受力如图， 解：要使细线的拉力为NM受力如图， 要使细线的拉力为 受力如图 则导体棒中需要通过由M→N方向 方向 则导体棒中需要通过由 F安=G 时 即 BIL=mg mg F安
mg 0.02 × 10 I= = = 1.25(安) LB 0.4 × 0.4
2、如图（甲）所示，两平行导轨与水平面成θ角倾 、如图（ 所示，两平行导轨与水平面成 角倾 斜放置，电源、电阻、 斜放置，电源、电阻、金属细杆及导轨组成闭合回 路，细杆与导轨间的摩擦不计。整个装置分别处在 细杆与导轨间的摩擦不计。 如图（ 所示的匀强磁场中， 如图（乙）所示的匀强磁场中， 其中可能使金属细杆处于静止状态 的是 ( B ) B θ A I I θ B (乙) 乙 θ C I B B θ D θ (甲 ) I
高 中 物 理 沪科版》选修3 《沪科版》选修3-1 第五章 第四节
探究安培力的大小
一、安培力的大小 【猜想与验证】影响安培力 大小的因素 ①磁场的强弱B 磁场的强弱 ②电流的大小I 电流的大小 ③电流的长度L 电流的长度
安培力的大小
1.当电流与磁场方向垂直时，F = ILB 当电流与磁场方向垂直时， 当电流与磁场方向垂直时
I
3、质量为m长为 的导体棒MN电阻为 ，静止于光滑的水平轨 、质量为 长为L的导体棒 电阻为R， 长为 的导体棒 电阻为 道上，电源电动势为 ，内阻不计．匀强磁场的磁感应强度为B， 道上，电源电动势为E，内阻不计．匀强磁场的磁感应强度为 ， 角斜向上方， 其方向与轨道平面成θ角斜向上方，开关闭合后导体棒开始运 动．其余电阻不计，则以下说法中正确的是( 其余电阻不计，则以下说法中正确的是 A．导体棒所受安培力水平向左 ． B．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为 ．开关闭合瞬间导体棒 所受安培力为BEL/R 所受安培力为 C．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为 ．开关闭合瞬间导体棒 所受安培力为BELsin θ/R 所受安培力为 D．开关闭合瞬间导体棒MN的加速度为 ．开关闭合瞬间导体棒 的加速度为BELsin θ (mR) 的加速度为 BD )
巧用天平探究“安培力的决定因素”
属盘 架 ， 绳 的 两 端拴 紧在 线 圈 的一 条 边 的 细 两端 ， 使线 圈底边 水平 ， 然后 放 上左 盘． ４ 把七 块相 同 的较 小蹄 形 磁 铁靠 紧 固定 ．
量 探究 安 培 力 决 定 因 素 的 实 验 ， 变演 示 实 验
为 学生 探究 实 验 ， 学 生 正 确 理解 磁 感 应 强 对 度 的概念 有较 大 的帮 助．
形 磁铁 五 块 、 同 的 较 小 的 蹄 形 磁 铁 七 块 、 相 ３Ｏ ０ ０ 一４ ０匝边长 为 ８ １ ｍ 的 正方 形 线 圈 — ０ｃ
一
线 圈 串联 起来 ， 开 始 时 滑 动 变 阻 器 置 于最 且
大 位置处 ．
６ 在 右 盘 中逐 渐 加 上 砝 码 ， 到 天 平 横 ． 直 梁平衡 ， 下 右 盘 中砝 码 的克 数 。 闭 合 电 记 ．
一
在 支架 上 ， 节 支架 的方 向及 高度 ， 天 平平 调 使 衡 时 线 圈 的下 边 正 好 浸 没在 匀 强磁 场 区 ， 并
且 在磁铁 Ｎ、 Ｓ极 的 中央 与磁 场垂 直． ５ 把 电池 组 、 ． 滑动 变 阻 器 、 流表 、 电 电键 、
、
实验 器材
物理 天 平 一 架 （ 码 ） 相 同 的较 大 的 蹄 砝 、
天平平 衡 ， 下 加 入 砝 码 的克 数 ． 记 同上 步
１实 验装 置 如 图 １所 示． 验 中 使 用 的 ． 实
线 圈实验 室 一 般 配 有 ， 没 有 ， 若 自己 可 以 制 作． 在一 块木 板上 用一 直尺 作一 边长 为 ８ ０ —１ ｃ 的正 方形 ， ｍ 然后 在 正 方形 的 四个 顶点 垂 直 钉上 四枚 钉 子 ， 把 漆 包 线 绕 着 钉 子 绷 紧 缠 再 绕 上去 ， 记下 匝数 ， 出线 头 ， 引 去掉 钉 子 ， 胶 用 带 把线 圈包 紧备用 ． 验 时 ， 根 据不 同需 要 实 可
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师：[设疑]前面学习了电场和磁场，电和磁之间是否存在着某种内在联系？
[flash演示]奥斯特实验
[提问]
小磁针的偏转说明了什么？
[分析与讨论]
小磁针在磁场中受磁场力的作用才会发生偏转，实验结果说明，不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。
通电导线通过周围产生的磁场对磁体有力的作用（电流→磁场→磁体）。
那根据牛顿第三定律可知，磁体通过周围的磁场对通电导线也应该有力的作用（磁体→磁场→电流？）。
下面我们就用一个迷你小实验来探究一下磁场对通电导线是否也有力的作用呢？
2、学生回答：不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。
[板书]
一、探究磁场对电流的作用
1、安培力
[迷你实验]
第一种第二种第三种第四种
[分析与讨论]
实验中观察到什么现象？可以得到什么实验结果？
[总结]
当通电导线附近有磁体时，通电导线会受到力的作用。
物理学上把磁场对电流的作用力称为安培力。
2、方向的判断——
[提出问题]
从前面的实验中发现，当通电导线的电流方向改变或磁体的磁极位置交换时，通电导线的受力方向也会发生改变。
说明安培力的方向与电流方向和磁场方向有关。
怎样具体确定安培力的方向？
[过渡]
安培力是个矢量，之前我们已经研究了它的方向，那么它的大小到底会与哪些因素有哪些？
3、大小的探究——控制变量法
[提出问题]
请同学们在上述实验的基础上提出猜想，安培力的大小可能与哪些因素有关？
[猜想与假设]
引导学生在上述实验的基础上提出猜想，安培力可能与通电导线的长度
（通电导线在磁场中的长度）、电压（电流）以及磁场（磁感应强度）等因素有关。
（导线材料？横截面积？）
[总结]
基于有些因素前任已经排出了其可能性，今天我们就研究一下安培力与电流大小I、磁场中导线长度L及磁感应强度B的关系。
(引导学生进行讨论交流设计实验)
[研究方法]
从上面的分析可知，影响安培力的因素很多，如果将它们混在一起考虑，无法知道每个因素是怎样影响安培力的。
因此，实验中通常只让某个因素(变量)变化，不让其他因素变化(控制变量)，这样便知道这个因素是如何影响安培力的了。
这就是物理学中一种重要的思想方法——控制变量法。
（类似于探究牛顿第二定律a与F、m的关系）
[设计实验]
（1）研究F与I的关系：
控制B、L不变
如何改变I？通过调整滑动变阻器的滑片位置改变电流的大小（一种短路，一种较大电阻）如何通过现象判断F与I的关系？观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角（安培力越大，摆动角度越大）
[实验方案]
①将导体棒用细铜丝悬挂起来，细铜丝与电源相连，导体棒置于蹄形磁铁中，并与磁感线垂直。
（蹄形磁铁中间的磁场可以近似认为是匀强磁场）
②在磁感应强度和通电导线在磁场中的长度不变的情况下，合上开关，移动滑片位置改变电流的大小，探究电流的大小对安培力的影响。
观察其现象。
[由学生分析现象]
当增大流过通电导线的电流时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。
（由力的平衡条件可得，F越大，夹角越大）→（定性研究得出）I越大，F越大；I越小，F越小→（经物理学家的进一步定量研究得出）F与I成正比。
（2）研究F与L的关系：
控制B、I不变（使滑动变阻器处于被短路状态）
如何改变L？通过并列放置2块磁感应强度磁铁改变磁场中导体的长度。
如何放置2块磁铁？（注意：磁铁的并列放置，N与N同向；如果N与S 同向，则2个磁场相互抵消）
如何通过现象判断F与L的关系？观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角
[实验方案]
①将导体棒用细铜丝悬挂起来，细铜丝与电源相连，导体棒置于蹄形磁铁中，并与磁感线垂直。
②在磁感应强度与电流的大小情况下，改变通电导线在磁场中的长度，合上开关，探究通电导线在磁场中的长度对安培力的影响。
观察其现象。
[由学生分析现象]
当增大通电导线在磁场中的长度时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。
→（定性研究得出）L越长，F越大；L越短，F越小→（经定量研究得出）F与L成正比。
（3）研究F与B的关系：
控制I、L不变（由于时间关系进行演示，使滑动变阻器处于被短路状态）
如何改变B？通过换用1块宽度一样磁性更强的磁铁，改变磁场的磁感应强度。
（用两块小的蹄型磁铁的等效宽度和磁性强的磁铁宽度一样）
如何通过现象判断F与B的关系？观察通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角
[实验方案]
①将导体棒用细铜丝悬挂起来，细铜丝与电源相连，导体棒置于蹄形磁铁中，并与磁感线垂直。
②在电流和通电导线在磁场中的长度不变的情况下不变的情况下，通过换用磁感应强
度不同的磁铁，改变磁场的磁感应强度的大小，探究磁感应强度的大小对安培力的影响。
观察其现象。
[教师分析现象]
当增大磁感应强度时，通电导线摆动后悬线与竖直方向的夹角变大。
→（定性研究得出）B越大，F越大；B越小，F越小→（进一步定量研究得出）F 与B成正比。
经进一步研究表明：在匀强磁场中，当通电直导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力最大，等于磁感应强度B、电流I和导线长度L的乘积，即F=BIL
强调：
①公式的适用条件——匀强磁场且B与I垂直。
②各物理量单位：F－N，B－T，I－A，L－m（强调L指磁场中通电导线的长度）
③公式应用的推广：在非匀强磁场中，上述公式可近似用于很短的一段通电导线。
因为当导线很短时，可近似认为各点的磁感应强度相等。
书P111
[课后思考]
设疑：当电流方向与磁场方向有一个夹角θ时，安培力大小如何计算？
讨论：将磁感应强度分解为两个分量(教材中图6-6)：与电流方向平行的分量B1对电流没有作用力，因此电流所受的作用力F完全由与电流方向垂直的分量B2决定，即
F= B2IL=BsinθIL
上式包含了两种特例：当通电导线的方向和磁场方向平行(θ=0°或θ=180°)时，安培力等于零；当通电导线的方向和磁场方向垂直（θ=90°）时，安培力最大，F=ILB。
【板书设计】
一、探究磁场对电流的作用
1、安培力：磁场对电流的作用力
2、方向的判断——左手定则
3、大小的探究——控制变量法
（B与I垂直）
1)适用条件：匀强磁场且B与I垂直
2)单位：F－N，B－T，I－A，L－m（L指磁场中通电导线的长度）
3)公式推广：非匀强磁场中，可近似用于很短的一段通电导线。