第三章 磁场 第三节 探究安培力 第四节 安培力的应用

基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练第三节探究安培力第四节安培力的应用基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练学习目标：1.掌握安培力方向的判断方法——左手定则．2．掌握安培力大小的计算方法．3．了解磁电式电流表的原理．重点难点：安培力的大小计算和方向判定．易错问题：计算安培力F＝ILB时L是指垂直B的有效长度，而不一定是导体的全部长度．课标定位基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练一、安培力的方向1．磁场对电流的作用力称为．2．通电导线在磁场中所受安培力的方向，与电流、磁感应强度的方向都．安培力垂直基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3．左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一平面内．把手放入磁场中让磁感线垂直穿入掌心，并使伸开的四指指向，那么，所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．电流的方向大拇指基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练4．研究库仑力时，用来检验电场的是，检验电荷受库仑力的方向与电场的方向相同或相反．研究安培力时，用来检验磁感应强度的是一个有方向的电流元，电流元受力的方向、磁场的方向、电流的方向三者不但不在一条直线上，而且不在一个里．因此研究安培力问题要涉及三维空间．5．通过实验可得出，平行通电直导线之间有相互作用力，同向电流，异向电流．点电荷平面相互吸引相互排斥基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练二、安培力的大小1．垂直于磁场B放置长为L的通电导线，当通过的电流为I时，公式F＝.2．当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，公式F＝.BILBILsinθ基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练三、磁通量1．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向的平面S，B和S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量．2．公式：Φ＝BS.3．单位：1Wb＝1T·m24．从Φ＝BS可得B＝，因此磁感应强度B，又叫做．垂直磁通密度基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练四、直流电动机电动机有直流电动机与交流电动机之分，交流电动机还可分为单相交流电动机与三相交流电动机．直流电动机突出的优点是通过改变输入电压很容易调节它的转速，而交流电动机的调速就不太方便．因此，不少需要调速的设备，都采用直流电动机．例如无轨电车和电气机车都是用直流电动机来开动的．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练五、磁电式电表1．磁电式电流表的原理是的关系．2．磁电式仪表的构造及其特点构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．特点：两极间装有极靴，极靴和极靴中间的铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿方向，使线圈平面都与磁场方向，使表盘刻度均匀．安培力与电流半径平行基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3．线圈偏转的越大，被测电流就越大．根据线圈偏转的，可以知道被测电流的方向．角度方向基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练一、安培力的方向——左手定则1．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．在判断时首先确定磁场与电流所确定的平面，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．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练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．(电流与B垂直时，一定要让磁感线垂直穿过手心，否则可能出现错误)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，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练1．F安⊥I，F安⊥B，但B与I不一定垂直．2．判断通电导线在磁场中所受安培力时，注意一定要用左手，并注意各方向间的关系．3．若已知B、I方向，F安方向唯一确定，但若已知B(或I)、F安方向，I(或B)方向不唯一．特别提醒基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练二、判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向1．电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元．先用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练1．如图3－3－1所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面．当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动？图3－3－1做一做基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练解析：可以把圆形线圈分成很多小段，每一小段可以看成一段直线电流，取其中的上下两小段分析，其截面图和受安培力的情况如图所示．根据其中心对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向磁铁运动．答案：向磁铁运动基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练2．特殊位置分析法：根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练2．如图3－3－2所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况．图3－3－2做一做基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练解析：根据图示的导线所处的特殊位置判断其转动情况．将导线AB从N、S极的中间O分成两段，对AO、BO段所处的磁场方向甲如图所示，由左手定则可得AO段受安培力方向垂直于纸面向外，BO段受安培力的方向垂直纸面向里，可见从上向下看，导线AB将绕O点逆时针转动．甲基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况．如图乙所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动．乙基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练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AB逆时针转动的同时还要向下运动．答案：逆时针转动的同时向下运动基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3．等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针也可等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁．例如，将图3－3－1中的环形电流根据安培定则可等效为一个小磁针，如图3－3－3所示，所以磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动．图3－3－3基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练我们还可以将图3－3－1中的条形磁铁等效为环形电流，根据安培定则其等效电流方向如图3－3－4所示．由同向平行电流相互吸引可知，磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动．图3－3－4基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练1．在实际中还可利用结论，如同向电流相吸引，反向电流相排斥．2．在应用电流元分析时，每段电流元所处的磁场的方向或强弱有所不同，这样不同电流元所受力的大小(或方向)就不同，使导线(或线圈)旋转，应注意分析各电流元的受力情况，以便分析各电流元的运动．特别提醒基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3．特殊位置分析时，一般指原位置和旋转90°时，分析此特殊位置时，通电导体所受安培力的方向，还需要将这一受力特点推广到一般位置．4．在用电流元法、特殊位置法分析时，弄清导体处的磁感线分布是关键，然后用左手定则判断安培力的方向．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练三、计算安培力的大小注意的问题计算安培力大小时，要注意理解和灵活应用公式F＝BIL和F＝BILsinθ.1．公式F＝BIL中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大，F＝ILB；当B与I平行时，F＝0.基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图3－3－5)；相应的电流沿L由始端流向末端．图3－3－5基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练2．若磁场和电流成θ角时，如图3－3－6所示．图3－3－6基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥对电流是没有作用的．F＝BIL⊥＝BILsinθ，即F＝BILsinθ.基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3．安培力公式一般用于匀强磁场，或通电导线所处区域的B的大小和方向相同．如果导线各部分所处位置B的大小、方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处的范围B的大小和方向近似相同，求出各段导线受的磁场力，然后再求合力．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练公式F＝BILsinθ中θ是B和电流I方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角．特别提醒基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3．将长为1m的导线ac，从中点b折成如图3－3－7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________N.图3－3－7做一做答案：1.732基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练四、安培力作用下的物体平衡1．有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲的物体平衡一样，也是利用物体平衡条件解题．其中安培力是众多受力中的一个．2．与闭合电路欧姆定律相结合的题目．主要应用：(1)闭合电路欧姆定律；(2)安培力求解公式F＝BIL；(3)物体平衡条件．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练3．在安培力作用下的物体平衡的解决步骤和前面我们学习的共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件列出平衡方程．其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力．基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练1．牢记安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直．2．受力分析时先将立体图画成平面图，即画成俯视图、剖面图或侧视图等．特别提醒基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练4．如图3－3－8所示，导体杆ab的质量为m，电阻为R，放置在与水平面夹角为θ的倾斜金属导轨上，导轨间距为d，电阻不计，系统处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，电池内阻不计，问：若导线光滑，电源电动势E多大才能使导体杆静止在导轨上？图3－3－8做一做基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练解析：杆受力如图由平衡条件得：F安＝IdB＝mgtanθ基础知识梳理上页下页第三章磁场核心要点突破课堂互动讲练随堂达标自测课时活页训练五、关于磁通量的理解1．磁通量的定义公式Φ＝BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为