《高二物理物理：3.3 探究安培力 课件（粤教选修3-1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理物理：3.3 探究安培力 课件（粤教选修3-1）（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三节探究安培力第三节探究安培力课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.掌握安培力方向的判断方法掌握安培力方向的判断方法左手定则左手定则2掌握安培力大小的计算方法掌握安培力大小的计算方法重点难点：安培力的大小计算和方向判定重点难点：安培力的大小计算和方向判定1磁场对电流的作用力称为磁场对电流的作用力称为_2左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中让磁感并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向_，那么，那么，_所指的方向就是通电导线在磁
2、场中所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向所受安培力的方向安培力安培力电流的方向电流的方向大拇指大拇指二、安培力的大小二、安培力的大小1实验表明：把一段通电直导线放在磁场里，当导实验表明：把一段通电直导线放在磁场里，当导线方向与磁场方向线方向与磁场方向_时，导线所受到的安培力最时，导线所受到的安培力最大；当导线方向与磁场方向大；当导线方向与磁场方向_时，导线所受到的时，导线所受到的安培力等于零；当导线方向与磁场方向斜交时，所安培力等于零；当导线方向与磁场方向斜交时，所受到的安培力介于受到的安培力介于_和和_之间之间2磁感应强度磁感应强度(1)定义：当通电导线与磁场方向定义：当通电导线与
3、磁场方向_时，通电导线时，通电导线所受的安培力所受的安培力F跟跟_和和_的乘积的乘积IL的的_叫做磁感应强度叫做磁感应强度垂直垂直一致一致最大值最大值零零垂直垂直电流电流I导线长度导线长度L比值比值特特磁场方向磁场方向磁感线磁感线大小大小切线方向切线方向3匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的度的_和和_处处相同，这个区域的磁场叫做处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场在匀强磁场中，在通电直导线与磁场匀强磁场在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受的安培力方向垂直的情况下，导线所受的安培力F _.大小大小方向方向BIL思考感悟思考感
4、悟当导线和磁感线不垂直时是否可以用左手定则来当导线和磁感线不垂直时是否可以用左手定则来判断安培力的方向？判断安培力的方向？提示：提示：可以，只要把磁感应强度分解为平行导线可以，只要把磁感应强度分解为平行导线的分量和垂直导线的分量，让垂直分量穿过手心的分量和垂直导线的分量，让垂直分量穿过手心即可利用左手定则即可利用左手定则三、磁通量三、磁通量1在磁感应强度为在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场的匀强磁场中，有一个与磁场方向方向_的平面的平面S，B和和S的乘积，叫做穿过这个面的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量积的磁通量2公式：公式：BS.3单位：单位：1 Wb1 Tm2.4当平面和磁场方向不垂
5、直时当平面和磁场方向不垂直时(如图如图331所示所示)，穿过它的磁通量就比垂直时小；此时：穿过它的磁通量就比垂直时小；此时：BSsin.垂直垂直图图331图图332磁通密度磁通密度一、安培力方向的判断一、安培力方向的判断1安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，在判断安培力方向时首先确定磁场和决定的平面，在判断安培力方向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具体方向2已知已知I、
6、B的方向，可唯一确定的方向，可唯一确定F的方向；已知的方向；已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定的方向，且导线的位置确定时，可唯一确定I的方的方向；已知向；已知F、I的方向时，磁感应强度的方向时，磁感应强度B的方向不能唯的方向不能唯一确定一确定3由于由于B、I、F的方向关系在三维立体空间中，所以的方向关系在三维立体空间中，所以解决该类问题时，应具有较好的空间想像力如果是解决该类问题时，应具有较好的空间想像力如果是在立体图中，还要善于把立体图转换成平面图在立体图中，还要善于把立体图转换成平面图即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1如图如图333所示，其中所示，其中
7、A、B图已知电流方图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断并在图中标出向及其所受磁场力的方向，试判断并在图中标出磁场方向磁场方向C、D图已知磁场方向及其对电流作图已知磁场方向及其对电流作用力的方向，试判断电流方向并在图中标出用力的方向，试判断电流方向并在图中标出图图333解析：解析：磁场的方向、电流的方向、安培力的方向磁场的方向、电流的方向、安培力的方向三者遵守左手定则，电流的方向跟磁场的方向可三者遵守左手定则，电流的方向跟磁场的方向可以不垂直，但安培力的方向一定垂直于磁场和电以不垂直，但安培力的方向一定垂直于磁场和电流所决定的平面流所决定的平面答案：答案：A图磁场方向垂直纸面向外图磁场方向
8、垂直纸面向外B图磁场方向图磁场方向在纸面内垂直在纸面内垂直F向下向下C、D图电流方向均垂直于图电流方向均垂直于纸面向里纸面向里3磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短，应很短，IL称作称作“电流元电流元”，相当于静电场中的试探，相当于静电场中的试探电荷电荷4通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向5磁感应强度与电场强度的区别磁感应强度与电场强度的区别磁感应强度磁感应强度B是描述磁场的性质的物理量，电场强是描述磁场的性质的物理量，电场强度度E是描述电场的性质的物理量，它们都是矢量，是描述电场的性质的
9、物理量，它们都是矢量，现把它们的区别列表如下：现把它们的区别列表如下：特特别别提提醒醒：磁磁感感应应强强度度是是矢矢量量，遵遵循循平平行行四四边边形形定定则则如如果果空空间间同同时时存存在在两两个个或或两两个个以以上上的的磁磁场场时时，某某点点的的磁磁感感应应强强度度B是是各各磁磁感感应应强强度的矢量和度的矢量和即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2(单选单选)关于磁感应强度的说法中正确的是关于磁感应强度的说法中正确的是()A一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力，则该一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力，则该处的磁感应强度一定为零处的磁感应强度一定为零B一小段通电导体在磁场
10、中某处受到的磁场力越小，一小段通电导体在磁场中某处受到的磁场力越小，说明该处的磁感应强度越小说明该处的磁感应强度越小C磁场中某点的磁感应强度方向，就是放在该点的磁场中某点的磁感应强度方向，就是放在该点的一小段通电导体的受力方向一小段通电导体的受力方向D磁场中某点的磁感应强度的大小和方向与放在该磁场中某点的磁感应强度的大小和方向与放在该点的导体受力情况无关点的导体受力情况无关解析：解析：选选D.磁场的强弱是由磁场本身决定的，与磁场的强弱是由磁场本身决定的，与磁场中是否放入通电导线、导线放置的位置无关磁场中是否放入通电导线、导线放置的位置无关我们在磁场中放入通电导线是为了让磁场的基我们在磁场中放入
11、通电导线是为了让磁场的基本特性本特性对其中的电流有磁场力作用表现出来，对其中的电流有磁场力作用表现出来，以便定量研究磁感应强度的方向与放在该点的以便定量研究磁感应强度的方向与放在该点的一小段通电导体的受力方向是两回事，故正确选一小段通电导体的受力方向是两回事，故正确选项为项为D.三、安培力的大小三、安培力的大小1公式公式FBIL中中L指的是指的是“有效长度有效长度”当当B与与I垂垂直时，直时，F最大，最大，FBIL；当；当B与与I平行时，平行时，F0.2弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线，等于连接两端点直线的长度，如图的长度，如图334；相应的电流沿；相应的电流沿L由始
12、端流由始端流向末端向末端图图3343.若磁场和电流成若磁场和电流成角时，如图角时，如图335所示所示可以将磁感应强度可以将磁感应强度B正交分解成正交分解成BBsin和和BBcos，而，而B对电流是没有作用的对电流是没有作用的FILBILBsin，即，即FILBsin.图图335特别提醒：特别提醒：(1)由公式由公式FILBsin中中是是B和和I方向方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根据具体情况进行分析据具体情况进行分析(2)公式公式FIBLsin中的中的Lsin也可以理解为垂直也可以理解为垂直于磁场方向的于磁场方向的“有效长度有效长度”(3)
13、用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁场中即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3如图如图336所示，在匀强磁场中放有下列各所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，通入导线的电流为种形状的通电导线，通入导线的电流为I，磁感应，磁感应强度为强度为B，求各导线所受到的安培力，求各导线所受到的安培力图图336四、对磁通量的理解四、对磁通量的理解1磁通量表示穿过某一面积磁感线条数磁通量表示穿过某一面积磁感线条数(这是在人这是在人为规定画磁感线时要使穿过单位面积的磁感线条数为规定画磁感线时要使穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度之后的
14、一种形象说明等于该处的磁感应强度之后的一种形象说明)对于对于匀强磁场匀强磁场BS，其中，其中S是垂直于磁场方向上的面是垂直于磁场方向上的面积若平面与磁场不垂直，则要求出它在垂直于磁积若平面与磁场不垂直，则要求出它在垂直于磁场方向上的投影面积，才能用上式计算场方向上的投影面积，才能用上式计算2磁通量是标量，其正负不表示大小，只表示与规磁通量是标量，其正负不表示大小，只表示与规定的正方向相同或相反若磁感线沿相反方向通过定的正方向相同或相反若磁感线沿相反方向通过同一平面，且正向磁感线条数为同一平面，且正向磁感线条数为1，反向磁感线条，反向磁感线条数为数为2，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条，则磁
15、通量等于穿过该平面的磁感线的净条数数(磁通量的代数和磁通量的代数和)即即12.3磁通量的变化量磁通量的变化量21.(1)当当B不变，有效面积不变，有效面积S变化时，变化时，BS.(2)当当B变化，变化，S不变时，不变时，BS.(3)B和和S同时变化，则同时变化，则21.但此时但此时BS.特别提醒：特别提醒：计算穿过某面的磁通量变化量时，要计算穿过某面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量1BS，当平面转过，当平面转过180后，磁通量后，磁通量2BS，磁，磁通量的变化量通量的变化量|21|2BS.即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突
16、破，小试牛刀)4. (单选单选)如图如图337所示，在条形磁铁中部所示，在条形磁铁中部垂直套有垂直套有A、B两个圆环，设通过线圈两个圆环，设通过线圈A、B的的磁通量为磁通量为A、B，则，则()AABBABCAB D无法判断无法判断图图337解析：解析：选选B.在条形磁铁的周围，磁感线是从在条形磁铁的周围，磁感线是从N极极出发，经外空间磁场由出发，经外空间磁场由S极进入磁铁内部在磁极进入磁铁内部在磁铁内部的磁感线从铁内部的磁感线从S极指向极指向N极，又因磁感线是闭极，又因磁感线是闭合的平滑曲线，所以条形磁铁内外磁感线条数一合的平滑曲线，所以条形磁铁内外磁感线条数一样多，从下向上穿过样多，从下向上
17、穿过A、B环的磁感线条数一样环的磁感线条数一样多，而从上向下穿过多，而从上向下穿过A环的磁感线多于环的磁感线多于B环，则环，则从下向上穿过从下向上穿过A环的净磁感线条数少于环的净磁感线条数少于B环，所环，所以以B环的磁通量大于环的磁通量大于A环的磁通量环的磁通量 (单选单选)如图如图338所示，把轻质导电线圈用所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈方向的电流后，则线圈()A向左运动向左运动 B向右运动向右运动C静止不动静止
18、不动 D无法确定无法确定课堂互动讲练课堂互动讲练例例例例1 1类型一类型一通电导体在安培力作用下运动方向的通电导体在安培力作用下运动方向的判定判定【精讲精析精讲精析】法一：等效法把通电线圈等效法一：等效法把通电线圈等效成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是左端是S极，右端是极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈极，异名磁极相吸引，线圈向左运动向左运动法二：电流元法如图法二：电流元法如图339所示，取其中的所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受上、下两小段分析，根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动安培力的合力
19、水平向左，故线圈向左运动图图339【答案答案】A【方法总结方法总结】不管是电流还是磁体，对通电导不管是电流还是磁体，对通电导线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清线的作用都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手楚导线所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动，定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动，在实际操作过程中，往往采用以下几种方法：在实际操作过程中，往往采用以下几种方法：电流元流元法法把整段把整段导线分分为多段直多段直电流元，先用左手定流元，先用左手定则判断每判断每段段电流元受力的方向，然后判断整段流元受力的
20、方向，然后判断整段导线所受合力的所受合力的方向，从而确定方向，从而确定导线运运动方向方向等效法等效法环形形电流可等效成小磁流可等效成小磁针，通，通电螺螺线管可以等效成条管可以等效成条形磁形磁铁或多个或多个环形形电流，反流，反过来等效也成立来等效也成立特殊位特殊位置法置法通通过转动通通电导线到某个便于分析的特殊位置，然后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，从而确定其运判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向方向结论法法两平行直两平行直线电流在相互作用流在相互作用过程中，无程中，无转动趋势，同，同向向电流互相吸引，反向流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直流互相排斥；两不平
21、行的直线电流相互作用流相互作用时，有，有转到平行且到平行且电流方向相同的流方向相同的趋势转换研研究究对象象法法定性分析磁体在定性分析磁体在电流磁流磁场作用下如何运作用下如何运动的的问题，可，可先分析先分析电流在磁体磁流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受第三定律，确定磁体所受电流磁流磁场的反作用力，从而的反作用力，从而确定磁体所受合力及运确定磁体所受合力及运动方向方向变式训练变式训练1如图如图3310所示，把一通电直导线所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的
22、电流动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试时，试判断导线的运动情况判断导线的运动情况图图3310解析：解析：根据图示的导线所处的特殊位置根据图示的导线所处的特殊位置判断其转动情况将导线判断其转动情况将导线AB从从N、S极的中极的中间间O分成两段，分成两段，AO、BO段所处的磁场方向如甲图所段所处的磁场方向如甲图所示，由左手定则可得示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面段受安培力方向垂直于纸面向外，向外，BO段受安培力的方向垂直纸面向里，可见从段受安培力的方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线上向下看，导线AB将绕将绕O点逆时针转动再根据导点逆时针转动再根据导线转过线转过90时的特殊
23、位置判断其上下运动情况时的特殊位置判断其上下运动情况甲甲如图乙所示，导线如图乙所示，导线AB此时受安培力方向竖直此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动向下，导线将向下运动由上述两个特殊位置的判断可知，当导线在题由上述两个特殊位置的判断可知，当导线在题中所给状态时，所受安培力使中所给状态时，所受安培力使AB逆时针转动逆时针转动的同时还要向下运动的同时还要向下运动乙乙答案：答案：逆时针转动的同时向下运动逆时针转动的同时向下运动 地球是个大磁体，在赤道上，地磁场可以看地球是个大磁体，在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向的匀强磁场如果赤道某处的磁感成是沿南北方向的匀强磁场如果赤道某处的磁感应强度大小
24、为应强度大小为0.5104T，在赤道上有一根东西方，在赤道上有一根东西方向的直导线，长为向的直导线，长为20 m，载有从东往西的电流，载有从东往西的电流30 A，则地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如，则地磁场对这根导线的作用力有多大？方向如何？何？类型二类型二安培力大小的计算安培力大小的计算例例例例2 2【精讲精析精讲精析】如图如图3311所示，地磁场的磁感所示，地磁场的磁感应强度为应强度为0.5104T，方向由南向北；导线垂直于，方向由南向北；导线垂直于地磁场放置，长度为地磁场放置，长度为20 m，载有电流，载有电流30 A，则其，则其所受安培力所受安培力FBIL0.51043020 N
25、3.0102N根据左手定则可以判断导线所受安培力的方向垂直根据左手定则可以判断导线所受安培力的方向垂直指向地面指向地面图图3311【答案答案】3.0102N方向垂直指向地面方向垂直指向地面【方法总结方法总结】本题是关于公式本题是关于公式FBIL和左手定和左手定则的简单应用，只要建立好地磁场的空间模型，则的简单应用，只要建立好地磁场的空间模型，是很容易解答的是很容易解答的类型三类型三磁通量大小的计算磁通量大小的计算例例例例3 3 有一个有一个100匝，边长为匝，边长为L0.20 m的正方形线圈，的正方形线圈，放在磁感应强度放在磁感应强度B0.50 T的匀强磁场中，线圈平面的匀强磁场中，线圈平面与
26、磁场垂直求穿过线圈的磁通量与磁场垂直求穿过线圈的磁通量【精讲精析精讲精析】正方形线圈的面积正方形线圈的面积S1L2(0.20)2 m24.0102 m2，穿过线圈的磁通量，穿过线圈的磁通量1BS10.504.0102Wb2.0102 Wb.【答案答案】2.0102 Wb【方法总结方法总结】穿过某一面积的磁通量是由穿过该穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定的，与匝数无关只要面的磁感线条数的多少决定的，与匝数无关只要n匝线圈的面积相同，放置情况也相同，匝线圈的面积相同，放置情况也相同，n匝线圈与单匝线圈与单匝线圈的磁通量相同也就是磁通量大小不受线圈匝线圈的磁通量相同也就是磁通量大
27、小不受线圈匝数的影响同理，磁通量的变化是匝数的影响同理，磁通量的变化是21也不受线圈匝数的影响所以，分析、计算也不受线圈匝数的影响所以，分析、计算、时，不必考虑线圈匝数时，不必考虑线圈匝数n. 在倾角为在倾角为的光滑斜面上，置一通有电流的光滑斜面上，置一通有电流I，长，长为为L，质量为，质量为m的导体棒，如图的导体棒，如图3312所示，试所示，试问：问：类型四类型四安培力作用下物体的平衡问题安培力作用下物体的平衡问题例例例例4 4图图3312【思路点拨思路点拨】对导线受力分析，根据平衡条件对导线受力分析，根据平衡条件确定安培力的大小和方向，进而确定磁感应强度确定安培力的大小和方向，进而确定磁感
28、应强度的大小和方向的大小和方向(1)欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度强度B的最小值和方向的最小值和方向(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度强磁场的磁感应强度B的大小和方向的大小和方向变式训练变式训练2(双选双选)(2011年天津检测年天津检测)如图如图3313所示，直导体棒放在倾斜的导轨上，当导体棒所示，直导体棒放在倾斜的导轨上，当导体棒通以垂直于纸面向里的电流时，恰能在导轨上静通以垂直于纸面向里的电流时，恰能在导轨上静止下列情况中，棒与导轨间的摩擦力可能为零止下列情况中，棒与导轨间的摩擦力可能为零的是的是()图图3313解解析析：选选AC.对对导导体体棒棒受受力力分分析析，由由平平衡衡条条件可知件可知A、C正确正确同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全
