选修3-1磁场课件第2节安培力.

12磁场对通电导线的作用——安培力2磁场对电流具有力的作用，那么,力的大小与哪些因素有关呢？安培对这一问题进行了深入的研究，为了纪念安培的贡献，人们把这个力称为安培力.安培用过的实验装置3安德烈·玛丽·安培，1775年1月20日生于里昂一个富商家庭，1836年6月10日卒于马赛.1802年他在布尔让-布雷斯中央学校任物理学和化学教授；1808年被任命为法国帝国大学总学监，此后一直担任此职；1814年被选为帝国学院数学部成员；1819年主持巴黎大学哲学讲座；1824年担任法兰西学院实验物理学教授.安德烈·玛丽·安培（André-MarieAmpère，1775年—1836年）4首先请同学们猜想：磁场对通电导线的作用力可能与哪些因素有关呢？我们如何用实验来验证你的猜想呢？请猜想可能要用到哪些实验器材呢？5安培力的大小与哪些因素有关呢？6一、安培力1.定义：磁场对通电导线的作用力称为安培力2.安培力的大小：F=BIL在式中，F的单位为牛顿（N），I的单位为安培（A），B的单位为特斯拉（T），L的单位为米（m）（1）导线与磁场垂直时7（2）电流与磁场方向平行时，磁场对电流的作用力为零NSI83.安培力的方向安培力的方向可能与哪些因素有关呢？电流的方向？磁场的方向？9安培力的方向10二.左手定则的内容：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向11BIF安培力方向，既与电流方向垂直，又与磁场方向垂直，即垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面1213【例1】关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场力的方向，正确的说法是（）A．跟磁场方向垂直，跟电流方向平行B．跟电流方向垂直，跟磁场方向平行C．既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直D．既不跟磁场方向垂直，又不跟电流方向垂直C【典例分析】14FIBFIBααBBIFαB30°FFIIIBBB【例2】画出图中第三个量的方向.15同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.16用学过的知识加以分析FFF同向电流F反向电流17二、电动机—安培力的重要应用磁电式电表18例3．如图所示为电动机的简化模型，线圈ɑbcd可绕轴O1O2自由转动.当线圈中通入如图所示的电流时，顺着O1O2的方向看去，线圈将（）A．顺时针转动B．逆时针转动C．仍然保持静止D．可能顺时针转动，也可能逆时针转动A19电动机的制作201.磁感应强度定义式：意义：是描述磁场的强弱和方向的物理量.2.安培力大小：F＝BILsinθ方向：用左手定则判断FBIL211.如图所示，用两根相同的细绳悬挂一段均匀水平载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是（）A．施加水平向右的磁场B．施加水平向左的磁场C．施加垂直纸面向里的磁场D．施加垂直纸面向外的磁场C22第2课时磁感应强度安培力的大小磁场的基本性质是什么？对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用.可以通过什么现象探究磁场的强弱和方向?可以通过研究磁场对通电导体的安培力来探究.思考：通电导线受到的磁场力与哪些因素有关?导线长度、电流大小、磁场的不同、放置的方式.（导线与磁场方向平行、垂直及任意夹角受力情况不同）.实验方法:控制变量法.1.保持磁场和通电导线的长度不变，改变电流的大小.2.保持磁场和导线中的电流不变，改变通电导线的长度.实验方案设计结论1：在通电导线的长度和磁场不变时，电流越大，导线所受的安培力就越大.结论2：在通电导线中的电流和磁场不变时，导线越长，导线所受的安培力就越大.同一磁场中F∝IL，的比值为恒量；精确的实验研究表明：通电导线与磁场方向垂直时，它受安培力的大小既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积IL成正比不同磁场中，的比值一般不同.FILFIL三、磁感应强度1.定义：3.单位：4.方向：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度.在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特,符号是T1T=1N/（A·m）磁感应强度是矢量,方向与该点磁场的方向一致.2.定义式：FBIL（条件：）BI普通永磁体的磁极附近的磁感应强度约为0.4-0.8T应用范围：1.匀强磁场2.非匀强磁场当导线很短时，所在各点的磁感应强度变化小，可近似地认为磁场是匀强磁场.尼古拉·特斯拉（NikolaTesla，1856年－1943年），1856年7月10日出生，是世界知名的发明家、物理学家、机械工程师和电机工程师.塞尔维亚血统的他出生在克罗地亚(后并入奥地利帝国).特斯拉被认为是历史上一位重要的发明家.他在19世纪末和20世纪初对电和磁做出了杰出贡献.他的专利和理论工作依据现代交变电流电力系统，包括多相电力分配系统和交流电发动机，帮助他带起了第二次工业革命.1.磁感应强度由通电导线的长度、电流及导线受力决定吗？B与L、I、F无关，与场源和该点在场中的位置有关.2.用B=进行计算时，要注意什么问题？导线电流的方向与磁场方向的关系，要注意两者必须垂直.通电导线与磁场方向垂直时受到的磁场力最大，平行时最小为零.磁感应强度的理解:FIL例1.关于磁感应强度，下列说法中正确的是（）A．由B=可知，B与F成正比，与IL成反比B．通电导线放在磁场中的某点，那点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，那点的磁感应强度就为零C．通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场，即B＝0D．磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关D【典例分析】FIL3.磁感应强度反映磁场什么性质？物理意义：B是表示磁场强弱和方向的物理量，是描述磁场力的性质的物理量，是矢量.4.你认为电场力（磁场力）在方向上与电场强度（磁感应强度）有何关系？电场强度方向规定为正电荷受力方向；磁感应强度方向规定为小磁针北极受力方向，与电流受力方向垂直.5.若在某一点同时存在几个磁场，则该点的磁感应强度B如何？若某一空间同时存在几个磁场，空间的磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为B，则有：B=B1+B2+B3……（矢量和），用平行四边形法则运算.例2.如图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、o、b在M、N的连线上，o为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到o点的距离均相等.关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是()A.o点处的磁感应强度为零B.a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C.c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D.a、c两点处磁感应强度的方向不同C1.磁感应强度的单位是（）A．特斯拉B．韦伯C．欧姆D．安培A特斯拉欧姆安培韦伯2.下列关于磁感应强度的说法中正确的是（）A．放在磁场中的通电导线，电流越大，受到的磁场力也越大，表示该处的磁感应强度越大B．磁感线的指向就是磁感应强度的方向C．垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向D．磁感应强度的大小、方向与放入其中的通电导线的电流大小、长度、取向等均无关D3.在磁场中某一点,有一根长1cm的通电导线,导线中的电流为5A,这根导线与磁场方向垂直时,所受的安培力为5×10-2N,求（1）磁感应强度的大小；（2）这根导线与磁场方向平行时,所受的安培力.解：（1）由题意知，导线与磁场垂直，根据磁感应强度定义B=得B==1T（2）导线与磁场平行时，所受安培力F=0.2510T0.015FIL1.在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度.2.表达式：条件：B⊥I3.磁感应强度是由磁场本身决定的，与通电导线的长短L、电流的大小I、以及导线所受磁场力的大小F无关.FBIL问题:如果既不平行也不垂直呢？BθI（1）导线与磁场垂直时F=BIL（2）电流与磁场方向平行时，磁场对电流的作用力为零回顾:四.安培力的大小IB把磁感应强度B分解为两个分量：一个分量与导线垂直B1=Bsinθ另一分量与导线平行B2=Bcosθ平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定即F=ILB1F=ILBsinθθB2B1将B1=Bsinθ代入得(通电直导线与磁场方向不垂直的情况)（3）当电流与磁场方向夹角为θ时:00F90FIBLF与B,I三者中哪些方向一定垂直,哪些不一定?例1．一段长为1m的直导线中通有5A的恒定电流，处在磁感应强度为0.1T的匀强磁场中，该段通电导线受到的安培力大小可能为（）A．F≤0.5NB．F=0.5NC．F≥0.5ND．以上情况都有可能A【例2】有一小段通电导线，长为1cm，电流强度为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度B一定是（）A．B=2TB．B≤2TC．B≥2TD．以上情况都有可能C（4）对公式的理解：★F不仅与B、I、L大小有关，还与导线放置方式有关★L是有效长度，不一定是导线的实际长度例3：如图，长为的直导线拆成边长相等，夹角为的形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为，当在该导线中通以电流强度为的电流时，该形通电导线受到的安培力大小为多少？五.与牛顿运动定律的结合【例1】在倾斜角为θ的光滑斜面上,置一通有电流为I,长为L,质量为m的导体棒，如图所示,在竖直向上的磁场中静止，则磁感应强度B为_____________.F×BθNmg解：导体棒受力如图所示其中所受安培力F=BIL由受力平衡知F=Nsinθmg=Ncosθ得B=mgtanILmgtanIL引申1：欲使它静止在斜面上,外加磁场的磁感应强度B的最小值为________,方向________.θGNFθB解：mgsinθ=BILB=垂直斜面向上×引申2：欲使它静止在斜面上,且对斜面无压力,外加磁场的磁感应强度B的值为_________,方向________.解：mg=BILB=水平向左θGFB×mgIL例2．如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒.在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列所加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是()A．方向垂直斜面向上B．方向垂直斜面向下C．方向垂直斜面向下D．方向垂直斜面向上AαmgsinBIL，mgsinBIL，mgsinBIL，mgsinBIL，例3．如图所示，质量m=50g，长l=10cm的铜棒，用长度相等的两根轻软导线悬吊在竖直向上的匀强磁场中，导线跟铜棒的接触良好，磁感应强度B=0.5T.当导线中通入某恒定电流后，铜棒恰能偏离竖直方向θ＝37°而保持静止状态，求铜棒中所通恒定电流的大小和方向.（已知sin37º=0.6，cos37º=0.8）mgFT解：铜棒受力分析如图所示，根据题意铜棒处于平衡状态，由平衡条件知Tcos37°=mgTsin37°=F安培力F=BIL联立解得I=7.5A根据左手定则可以判断电流的方向为从ɑ到bBθ