普通高中物理选择性必修二第一章第1节磁场对通电导线的作用力

关于普通高中物理选择性必修二第一章第1节磁场对通电导线的作用力的竖屏导图，包括安培力方向、安培力大小、磁电式电流表等内容，供备课参考。

• 普通高中物理选择性必修二 第一章第1节 磁场对通电导线的作用力
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第二册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 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。因此，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
• 安培力的方向
• 在右图中，当导体棒中有电流流过时，导体棒就会因受力而发生运动。这个力的方向该如何判断？它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关？
• 演示
  • 实验装置
    • 把一段导体棒悬挂在蹄形磁体的两极间，通以电流。
  • 实验观察
    • 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。
    • 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。
• 左手定则
  • 用来判定通电导线在磁场中受力方向
    • 适用条件：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。
    • 定则内容：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。
• 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。因此，研究安培力的问题要涉及三维空间。
• 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。
• 安培力的大小
• 安培力的大小
  • B的方向与通电导线的方向垂直
    • • 其中力F、电流I、导线长度l、磁感应强度B的单位分别为：N、A、m、T
  • B的方向与通电导线的方向平行
• 思考与讨论 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，应该如何计算安培力呢？
• 一般情况下 安培力的表达式
  • B与电流方向成q角
    • 矢量运算分解B
    • B与电流方向夹角为q 时， 安培力的方向
• 磁电式电流表
• 磁电式电流表
  • 结构
    • • 最基本的组成部分是磁体和线圈
        • 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。
        • 极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈左右两边所在之处磁感应强度大小都相等。
  • 原理
    • 通电线圈因受安培力而转动
      • 当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，且线圈左右两边所受的安培力方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动。
      • 线圈转动时，轴上的螺旋弹簧变形，以反抗线圈的转动。
      • 电流越大，安培力越大，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。因此，从线圈偏转角度就能判断通过电流的大小。
      • 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。因此，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
  • 优缺点
    • 优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
    • 缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。
      • 如果要测量较大的电流，就要扩大其量程。
• 科学漫步 “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。
  • 安培把导线绕成圆筒状，制成螺线管。今天几乎任何电子仪器都离不开线圈。
  • 安培做了通电平行导线间相互作用的实验，证明通电导线间就像磁极和磁极之间一样，也会发生相互作用。
  • 安培通过实验结合严密的数学推演，得出了关于两条通电导线之间相互作用力的大小和方向的公式。
  • 安培十分重视学术交流。他能敏感地从他人的工作中提出前瞻性的课题，抓住机遇迅速进入新的研究领域。
  • 安培这所以能够取得重大的研究成就，是与他的数学修养分不开的。安培完美的逻辑推理、巧妙的科学实验和精美的数学表达，令后人赞叹不已。
  • 安培对电磁学的贡献不仅是多方面的，而且是奠基性的，麦克斯韦把安培称作“电学中的牛顿”。
  • 今天，在各种电器的铭牌上常常可以看到安培名字的第一个字母A，那是人们用电流的单位来纪念安培。
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