人教版高中物理选择性必修第2册全册教学课件.pptx

人教版高中物理选择性必修第二册全册教学课件

奥斯特发现通电导线能使磁针发生偏转，不仅开启了研究电与磁联系的序幕，还使人们认识了这种神奇的“力”。很快，人们就在实验中发现了通电导线在磁场中会受到力的作用。电流表扬声器、电动机中都有这种作用力。现在，这种力还能应用到交通工具上，让电动车行驶在街头；应用到发射台上，射出数倍音速的炮弹……未来的某一天，可能还会应用到发射塔上，发射航天器……

第一章安培力与洛伦兹力1.1磁场对通电导线的作用力

电和磁的实验中最明显的现象是，处于彼此距离相当远的物体之间的相互作用。因而，把这些现象化为科学形式的第一步就是，确定物体之间作用力的大小和方向。——麦克斯韦

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。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，把电流的单位定为安培。

一安培力的方向如图1.1-1所示，把一段导体棒悬挂在蹄形磁体的两极间，通以电流。研究安培力的方向与哪些因素有关。

安培力的方向按照图1.1-1所示，组装好器材，进行实验，观察导体棒受力方向。1.上下交换磁极的位置以改变磁场的方向，观察导体棒受力方向是否改变。2.改变导体棒中电流的方向，观察受力方向是否改变。

实验现象表明，通电导体棒受力方向与磁场方向、电流方向有关。你能尝试把各种情况下三者的方向画出来进行归纳分析，找到规律吗?

众多事实表明，通电导线在磁场中所受安培力的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直(图1.1-2)。

安培力的方向可用以下方法判定：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；让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流的方向，这时指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向(图1.1-3)。这就是判定通电导线在磁场中受力方向的左手定则。

磁场、安培力的问题，在很多方面都与电场、库仑力的问题相似。然而，安培力要比库仑力复杂。研究库仑力时，受力的物体是点电荷，点电荷受力的方向与电场的方向相同或相反；但在研究安培力时，受力的物体是通电导线，通电导线受力的方向与磁场的方向、电流的方向不但不在一条直线上，而且不在一个平面里。因而，研究安培力的问题要涉及三维空间。

二安培力的大小在必修课的学习中我们已经知道，垂直于磁场B的方向放置的长为l的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力F＝IlB其中力F、电流I、导线长度l、磁感应强度B的单位分别为牛顿(N)、安培(A)、米(m)、特斯拉(T)。

当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，导线受力为0。

当通电导线中的电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时，我们应该如何计算安培力呢?

若磁感应强度B的方向与电流方向成θ角，根据矢量的运算法则，B可以分解为与电流方向垂直的分量B和与电流方向平行的分量B(图1.1-4)B⊥＝BsinθB∥＝Bcosθ

其中B∥对通电导线没有作用力，导线所受的安培力只是B⊥产生的。由此得到F＝IlBsinθ这就是一般情况下安培力的表达式，F的方向如图1.1-5所示。

三磁电式电流表图1.1-6展示了我们实验中常用的磁电式电流表的结构，它所依据的物理学原理就是通电线圈因受安培力而转动。

磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。线圈在磁场中受力的情况如图1.1-7所示。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用。由左手定则可以判定，线圈左右两边所受的安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动。

线圈转动时，图1.1-6中的螺旋弹簧变形，以反抗线圈的转动。电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大，达到新的平衡。所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。

从前面的分析可知，安培力总与磁感应强度的方向重直。电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。这样，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向如图1.1-8所示。线圈无论转到什么位置，它的平面都跟感线平行，线圈左右两边所在之处的磁感应强度的大小都相等。

线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱(几十微安到几毫安)。如果要用它测量较大的电流，就要根据在必修第三册中学到的方法扩大其量程。

“电学中的牛顿”——安培安培最有影响的科学工作是在电磁学领域。他在得知奥斯特发现电流磁效应的实验后，第二天就开始实验，并有了新的发现。安培把导线绕成圆筒状，制成螺线管。尽管螺线管