第三章第三节探究安培力

第三章磁场第三节探究安培力学习目标重点难点1.通过实验认识安培力，会用左手定则判断安培力的方向，会计算匀强磁场中安培力大小.2.理解磁感应强度的定义，会用磁感应强度的定义式进行有关计算.3.知道磁通量，能计算穿过某面积的磁通量．重点1.会用左手定则判断安培力的方向，会计算匀强磁场中安培力大小.2.理解磁感应强度的定义，会用磁感应强度的定义式进行有关计算．难点磁通量的理解.知识点一安培力的方向提炼知识1．磁场对电流的________称为安培力．2．安培力方向：用左手定则判定：伸开______，使大拇指跟其余四个手指______，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使___________指向电流的方向，那么，________所指方向就是通电导线在磁场中所受的安培力的方向．作用力左手垂直伸开的四指大拇指判断正误如图所示，图中标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，请判断正误小试身手1．如下图所示，分别标出了磁场方向和电流方向，试标出导线受力方向．解析：由左手定则得：因为B与I不平行，导线不受力．答案：见解析知识点二安培力的大小提炼知识1．磁感应强度．(1)磁感应强度：物理学规定，当通电导线与磁场方向_____时，通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度．定义式______.垂直B＝FIL单位：特斯拉，符号：T，1T＝NA·m.(2)磁场方向：小磁针静止时______所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为__________.(3)匀强磁场：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度____________都相同，这个区域内的磁场叫匀强磁场．在匀强磁场中，磁感线是一组平行且等距的直线．N极磁场方向大小和方向2．安培力大小计算．(1)当B、I、L两两垂直时，F＝______．(2)若B与I(L)夹角为θ，则F＝___________．当通电导线与磁场垂直时，导线所受安培力最大，Fmax＝BIL.(3)当通电导线与磁场平行时，导线所受的安培力最小，Fmin＝__．BILBILsinθ0判断正误(1)通电导线在磁场中不一定受到安培力作用．(√)(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力作用，则该处的磁感应强度一定为零．(×)(3)磁感应强度的大小与导线中电流成反比，与其受到的安培力成正比．(×)小试身手2．(多选)一根长0.20m、通有2.0A电流的通电直导线，放在磁感强度为0.50T的匀强磁场中，受到安培力大小可能是()A．0NB．0.10NC．0.20ND．0.40N解析：当通电导线与磁场垂直时，导线所受的磁场力最大；当导线与磁场平行时，导线所受磁场力最小．由安培力公式求出导线所受磁场力的范围再选择．当通电导线与磁场垂直时，导线所受的磁场力最大，为Fmax＝BIL＝0.5×2×0.2N＝0.2N；当导线与磁场平行时，导线所受磁场力最小为零．则导线所受磁场力的范围为0～0.2N．故A、B、C正确，D错误．答案：ABC知识点三磁通量提炼知识1．定义：磁感应强度B与______________________的乘积叫做穿过这个面的磁通量．2．定义式：____________．垂直于磁场方向的面积SΦ＝BS3．单位：在国际单位制中，磁通量的单位是______，简称韦．符号：Wb，1Wb＝1T·m2.4．磁通密度：由Φ＝BS得B＝ΦS，B叫做磁通密度．5．磁通量是______，但有正，负；当磁感线从某一平面穿入时，若规定Φ为正值，则磁感线从另一面穿入时，Φ为负值．韦伯标量判断正误(1)磁通量有正负之分，所以是矢量．(×)(2)某个区域磁感应强度大，穿过某一回路的磁通量一定大．(×)(3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯．(√)小试身手3．在如图所示的磁场中，有三个面积相同且相互平行的线圈S1、S2和S3，穿过S1、S2和S3的磁通量分别为Φ1、Φ2和Φ3，下列判断正确的是()A．Φ1最大B．Φ2最大C．Φ3最大D．Φ1＝Φ2＝Φ3解析：从图中看出，线圈S3穿过的磁感线条数最多，所以磁通量最大．故A、B、D错误，C正确．答案：C拓展一探究安培力的方向有一则迷你实验：会动的铝箔“天桥”，用铝箔纸折叠成“天桥”形状，使条形磁铁横跨“天桥”(如图所示)会怎样？将磁铁的S极、N极交换位置，“天桥”又会怎样？提示：变形；向原变形方向相反方向变形．1．磁场对电流的作用力称为安培力．2．安培力方向：用左手定则判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，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电流的方向，那么，大拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受的安培力的方向．(1)安培力方向的特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直B、I决定的平面．(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与磁场所决定的平面，所以仍可以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．3．两根平行导线通电后有如图所示的现象(图中实线、虚线分别表示通电前、后的情况)．当通入的电流方向相同时，导线相互吸引；当通入的电流方向相反时，导线相互排斥．【典例1】如图所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，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，同时上升解析：根据图所示的导线所在处的特殊位置判断其转动情况．将导线从N、S极的中间分成两段，左、右段所在处的磁场方向如左图所示，由左手定则可得左段受安培力的方向垂直纸面向外，右段受安培力的方向垂直纸面向里，从上向下看，导线将绕O点沿逆时针方向转动．再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况．如右图所示，导线此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动．由上述两个特殊位置的判断可知，当导线不在上述的特殊位置时，所受安培力使导线逆时针转动的同时还要向下运动．答案：C题后反思(1)在用电流元法分析问题时，要在对称的特殊位置选取电流元．(2)磁感应强度的方向与电流方向不垂直时，应将磁感应强度B分解为与电流方向垂直的分量B⊥和平行的分量B∥后再进行分析．(3)要把用特殊位置分析出的结果结合实际，推导出一般的结论．1．一根容易形变的弹性导线，两端固定．导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()解析：根据左手定则可判断出A图中导线所受安培力为零，B图中导线所受安培力垂直纸面向里，C、D图中导线所受安培力向右，由导线受力以后的弯曲方向与受力方向的关系可知，D图正确．答案：D2．研究磁场对电流作用的实验装置如图所示，光滑导体棒ab垂直放置在两根平行的水平金属导轨上，闭合电键，下列判断正确的是()A．导体棒ab一定向左运动B．导体棒ab一定向右运动C．若导体棒中的电流由a到b，导体棒向左运动D．若导体棒中的电流由a到b，导体棒向右运动解析：导体棒处在磁场中，由于导体棒中的电流方向未知，故无法判断ab棒的运动方向，故AB错误；若导体棒中的电流由a到b，根据左手定则可知受到的安培力向左，故向左运动，故C正确，D错误．答案：C拓展二探究安培力的大小如图所示，天平左盘放砝码，右盘下悬挂线圈，线圈处于磁场中，当线圈没有通电时，天平处于平衡状态．线圈通电后，在磁场中的导线a、b、c段分别受到安培力作用，由左手定则可知，a、c段的安培力大小相等，方向相反，互相抵消，而b段导线所受安培力方向向上，从而使天平的平衡被破坏，通过在右盘加砝码重新使天平平衡，从添加的砝码数可知电流受力的大小．改变b的长度L称一下安培力，再分别改变电流I和磁感应强度B的大小再称一下安培力，探究一下安培力的大小与B、I、L是什么关系呢？提示：F＝BIL1.磁感应强度与电场强度的比较．比较内容电场强度磁感应强度定义式E＝FqB＝FIL物理意义描述电场的强弱和方向描述磁场的强弱和方向方向该点正电荷的受力方向小磁针N极的受力方向场的叠加遵循矢量的平行四边形定则遵循矢量的平行四边形定则2.安培力大小的特点．(1)当B、I、L两两垂直时，F＝BIL.(2)若B与I(L)夹角为θ，则F＝BILsinθ.当通电导线与磁场垂直时，导线所受安培力最大，Fmax＝BIL，当通电导线与磁场平行时，导线所受的安培力最小，Fmin＝0.(3)弯曲导线的有效长度L，等于两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端[如图(1)所示]；任意形状的闭合线圈，其有效长度L＝0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零[如图(2)所示]．图(1)图(2)(4)公式的适用条件：匀强磁场．在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域内的磁场叫匀强磁场．在匀强磁场中，磁感线是一组平行且等距的直线．【典例2】如图所示，金属棒AB用绝缘悬线吊起，呈水平状态，置于一个范围足够大的、垂直纸面向里的匀强磁场中．已知AB长L＝0.5m，质量m＝0.2kg，通有I＝10A的向右的电流，取g＝10m/s2.求：(1)若磁场的磁感应强度B＝0.3T，求此时棒AB受到的安培力F的大小；(2)若悬线拉力恰好为零，求磁场的磁感应强度B′的大小．解析：(1)导体棒长为L＝0.5m，磁感应强度B＝0.3T，电流为10A，并且导体棒和磁场垂直，所以导体棒受到的安培力大小为：F＝BIL＝0.3×10×0.5N＝1.5N.(2)若悬线拉力恰好为零，说明重力和安培力大小相等，即mg＝B′IL所以B′＝mgIL＝0.2×1010×0.5T＝0.4T.答案：(1)1.5N0.4T题后反思(1)通电导线在磁场中受到安培力作用，由公式F＝BIL可以直接求出安培力大小．(2)根据受力平衡的条件即可求出磁感应强度B′的大小．1．下列说法正确的是()A．磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定：把一小段通电导线放在该点，受到的磁场力F与该导线的长L、通过的电流I乘积的比值，即B＝FILB．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C．磁感应强度B＝FIL只是定义式，它的大小取决于场源以及导线在磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关D．通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向答案：C2．(多选)通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行，关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是()A．线框有两边所受的安培力方向相同B．线框有两边所受的安培力大小相同C．线框所受安培力的合力为零D．线框所受安培力的合力方向向左解析：直导线中的电流方向由M到N，根据安培右手定则可知，导线右侧区域磁感应强度方向向内，根据左手定则，ab边受向左的安培力，cd边受到向右的安培力，ad边受到向下的安培力，bc受到向上的安培力，方向全不同，故A错误；离MN越远的位置，磁感应强度越小，故根据安培力公式F＝BIL，ab边受到的安培力大于cd边，ad边受到的安培力等于bc受到的安培力，故B正确；ab边受到的安培力大于cd边，ad边受到的安培力等于bc受到安培力，故合力向左，故C错误，D正确．答案：BD3．将长为1m的导线ac，从中点b折成如图所示形状，放入B＝0.08T的匀强磁场中，abc平面与磁场垂直，若在导线abc中通入25A的直流电，则整个导线所受安培力大小为F，求F.解析：折线abc受力等效于a与c连线受力，由几何知识可知Lac＝32m，F＝BILacsinθ＝0.08×25×32×sin90°N＝3N.答案：3N拓展三磁通量的进一步理解在如图所示的磁场中，把几个面积相同的小纸片垂直磁感线放在磁场的不同位置观察比较，结果是磁场强的地方穿过小纸片磁感线条数比磁场弱的地方穿过小纸片的磁感线条数多，穿过某一面的磁感线条数也能和磁感线一样描绘磁场吗？提示：能．1．磁通量的计算