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1、磁场和安培力一、课程说明1、年级科目：高二物理2、授课课期：2020年秋季班3、授课教师：老师4、教学时间：2小时5、授课班型：一对一6、授课课型：复习课二、本堂课教学目标及重难点1. 知道安培力的定义，会用F=ILB计算B与I垂直情况下的安培力.(重点)2. 会用左手定则判断安培力的方向.(重点)3. 知道电动机的工作原理.4. 体会控制变量法在科学研究中的作用.5. 了解人类对磁现象的认识与应用.6. 了解磁场是客观存在的物质，知道磁感线及其物理意义.7. 会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场方向.三、考点分布(考点一)：安培力对应【例题123】一，对安培力的理解1.
2、安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力，其作用点可等效在导体的几何中心.2. 安培力的方向在解决有关磁场对电流的作用的问题时，能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键，在判定安培 力的方向时要注意以下三点：(1) 安培力的方向总是既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，也就是说安培力的方向总是垂直于磁 场和电流所决定的平面.因此，在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在 哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向.(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和磁场所决定的平面，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.
3、(3) 注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系.安培力的方向与磁场的方向垂直，而 电场力的方向与电场的方向平行.现把安培力和电场力做如下比较：内 力项目电场力安培力研究对象点电荷电流元受力特点正电何受力方向，与电场方向相同，沿电场 线切线方向，与负电荷受力方向相反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注意：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只要穿过手心即可，则1(或B)的方向不唯一.女3. 安培力的大小(1) 计算公式：F = BILsinO(2) 对公式的理解：公式F =
4、 BILsinO可理解为F = (BsinO) IL，此时BsinO为B沿垂直I方向上的分量，也可理解为F = BI(LsinO)，此时LsinO为L沿垂直B的方向上的投影长度，也叫“有效长度”，公 式中的O是B和I方向间的夹角.注意：若导线是弯曲的，此时公式F = BILsinO中的L并不是导线的总长度，而应是弯曲导线的“有效长 度”.它等于连接导线两端点直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端.安培力公式一般用于匀强磁场.在非匀强磁场中很短的导体也可使用，此时B的大小和方向与导体 所在处的B的大小和方向相同.若在非匀强磁场中，导体较长，可将导体分成若干小段，求出各段
5、受到的 磁场力，然后求合力.二，安培力作用下导体的运动电流元法把整段导线分为多段直电流元，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等效法环形电流可等效成小磁铁，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反 过来等效也成立特殊位置法通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后判断其所受安培力的方向， 从而确定其运动方向结论法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，反向电流 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转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁
6、场中所 受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用力，从而确 定磁体所受合力及运动方向三，安培力作用下导体的平衡1. 解题步骤(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) 正确受力分析(包括安培力)，然后根据平衡条件：F合=0列方程求解.2. 分析求解安培力时需要注意的问题(1) 首先画出通电导体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) 安培力大小与导体放置的角度有关，但一般情况下只要求导体与磁场垂直的情况.(考点二)：磁现象。对应【例题456】一、磁现象1. 我国古代对磁现象的认识及应用(1
7、) 春秋战国时期最早发现并记载了天然磁石具有吸引铁的现象和指示南北方向的特征.北宋时期发明了指南针，并很快用于航海.(3) 磁石治疗疾病，史记、本草纲目中均有记载.2. 电与磁相互联系现象的发现及第二次产业革命(1) 奥斯特发现了电流磁效应.(2) 法拉第发现了电磁感应现象，打开了电气化技术时代的大门，导致了人类历史上的第二次产业革命.3. 信息技术中的磁现象(1) 原理：某些磁性物质能够把磁场对它的作用记录下来，长久保存且能在一定条件下复现.(2) 应用：制成磁存储部件或设备，如磁带、磁盘、磁鼓、磁卡等.4. 生物体中的磁现象(1) 鸽子识归巢、候鸟辨迁途、海龟找“故乡”均可能与这些动物对地
8、球磁场的敏感有关.(2) 人体器官也存在磁性.(3) 医院里使用的核磁共振断层成像装置等.二、磁场1. 磁体和电流周围都存在着磁场，一切磁相互作用都是通过磁场来实现的.2. 磁感线(1) 定义：磁感线是一些假想的有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方向，曲线的疏密表 示磁场的强弱，曲线疏的地方磁场弱，曲线密的地方磁场强.(2) 物理意义：形象地描述磁场的强弱和方向.(3) 磁场的方向：在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向，就是该点磁场的方向.3. 几种常见的磁场(1)磁体周围的磁场(如图1)图1(2)电流周围的磁场磁感线的方向由安培定则判定通电直导线(或直线电流)周围的磁场用右手
9、握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方 向，如图2所示.瓣感线分布安璃定则直发电流的碰场环形电流或通电螺线管周围的磁场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或通 电螺线管的N极，如图3所示.环形电流的磁场通电螂线晋的磁场图3三、磁场和磁感线1.磁场是存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质.磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、 通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的.2 .磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用.3 .磁感线的特点(1) 为形象描述磁场而引入的假想曲线
10、，实际并不存在.(2) 磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱.(3) 磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极.(4) 磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断.四、电流的磁场安培定则常见电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流41pc二以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电 流le1内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管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极四、典型例题及过手训练（考点一）安培力【例1】如图所示，把一重力不计的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的
11、正上方（虚线过AB的中点），导 线可以在空间自由运动，当导线通以图示方向电流I时，导线的运动情况是（从上往下看）（）A. 顺时针方向转动，同时下降B. 顺时针方向转动，同时上升C. 逆时针方向转动，同时下降D. 逆时针方向转动，同时上升【过手训练1】如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平 面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以（）A. 将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B. 将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极C. 将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极D. 将a、c端接在同一交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端【过手训练
12、2】如图所示，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向里的磁场，棒中通有向右的电 流时两线上拉力大小均为4,若棒中电流大小不变方向相反，两线上的拉力大小均为七，且F2F1，则铜 棒所受安培力大小为（）A. F1+F2B. F2 F1C. 22F2D. 2F1-F2【过手训练3】直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离，直导线固定，线圈可以自由运动.当通过如图所示的电流时（同时通电），从左向右看，线圈将（）A.顺时针转动，同时靠近直导线ABB.顺时针转动，同时离开直导线ABC.逆时针转动，同时靠近直导线ABD.不动【例3】如图所示，一重为Q的通电圆环置于水平桌面上，圆环中电流方向为顺时针
13、方向（从上往下看），在 圆环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁，磁铁的中心轴线通过圆环中心，磁铁的上端为N极，下端为S极，磁铁自身的重力为G2.则关于圆环对桌面的压力F和磁铁对轻绳的拉力F的大小，下列关系中正确的是A.B. FG2D. FG，FG1，F，G2FG1，F G2【过手训练4】（多选）质量为m的金属细杆置于倾角为6的导轨上，导轨的宽度为乙 杆与导轨间的动摩擦C.因数为，有电流通过杆，杆恰好静止于导轨上，在如图所示的A、B、C、D四个选项中，杆与导轨的摩 擦力一定不为零的是（）【过手训练5】（多选）如图所示，一根通电的直导体棒放在倾斜的粗糙斜面上，置于图示方向的磁场中，处于静止状态.现增大电
14、流，导体棒仍静止，则在增大电流过程中，导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可 能是（）A. 一直增大B.先减小后增大C.先增大后减小D .始终为零【例4】如图7是条形磁铁的部分磁感线分布示意图，关于图中a、b两点磁场的描述，正确的是（）A. a点的磁场方向为图中与指向B. b点的磁场方向为图中Bb指向C. a点的磁场比b点的磁场强D. a点的磁场比b点的磁场弱【过手训练6】如图所示为电流产生磁场的分布图，其中正确的是（）【例5】磁铁的磁性变弱，需要充磁.充磁的方式有两种，图2甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中，图乙 是将条形磁铁夹在电磁铁之间，a、b和c、d接直流电源，下列接线正确的是（充磁时应使外力磁场与磁铁 的磁场方向相同）（）图2A. a接电源正极，b接电源负极，c接电源正极，d接电源负极B. a接电源正极，b接电源负极，c接电源负极，d接电源正极C. a接电源负极，b接电源正极，c接电源正极，d接电源负极D. a接电源负极，b接电源正极，c接电源负极，d接电源正极【过手训练7】如图4所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，图4且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时（）A. 小磁针N极向里转B. 小磁针N极向外转C. 小磁针在纸面内向左摆动D .小磁针在纸面内向右摆动【例6】通电螺线管内有一在磁场力作用下
