高中物理 第3章 第3节 探究安培力同步备课课件 粤教版选修31.ppt

教师用书独具演示 课标要求1 知道安培力 磁感应强度 磁通量概念 2 知道用左手定则判断安培力方向 3 理解磁感应强度 磁通量 第三节探究安培力 课标解读1 理解左手定测 用左手定则判安培力方向 2 理解磁感应强度的意义 计算安培力大小 3 理解磁通量 知道磁通量意义 教学地位本节内容是磁学中的重要内容 它在现实生活中有实际意义 高考也常有命题 是高考的热点 新课导入建议播放视频 电磁炮的发射 演示实验 模拟电磁炮相同原理小实验 提出问题 金属棒为什么会移动 要回答这个问题 还得请同学们回忆一下奥斯特实验的发现 电流周围存在着磁场 磁场对磁体发生作用 即电流对磁体有力的作用 再让我们逆向思索 磁体对电流有无力的作用呢 即磁体通过其磁场对电流有无力的作用呢 现在就让我们一起沿着这一逆向思索所形成的猜想 设计实验 进行探索性的研究 教学流程设计 课前预习安排 1 看教材2 填写 课前自主导学 步骤1 导入新课 本节教学地位分析 步骤2 老师提问 检查预习效果 步骤3 师生互动完成 探究1 互动方式 演示 学生讨论 步骤4 教师讲解例题总结比值意义法的意义 步骤5 让学生完成 迁移应用 检查完成情况并点评 步骤6 师生互动完成 探究1 方式 再补充一例题拓展思路 步骤7 让学生完成 迁移应用 检查并点评 步骤8 师生互动方式 探究3 方式同上 步骤9 完成 探究4 重在总结方法技巧 步骤10 学生完成 当堂双基达标 验证学习效果 演示结束 步骤11 学生总结本节知识 老师点评布置课下完成 课后知能检测 1 基本知识 1 安培力 磁场对 的作用力 安培力的及其方向 电流 2 安培力方向的判断 安培力的方向可用 定则判断 左手定则 伸开 使大拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中 让磁感线 穿入手心 并使伸开的四指指向 的方向 那么 大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 的方向 如图3 3 1 图3 3 1 左手 左手 垂直 电流 安培力 2 思考判断 1 安培力的方向一定与电流方向 磁场方向均垂直 2 左手定则中安培力方向 电流方向 磁场方向三者两两垂直 3 安培力是磁场对运动电荷的作用力 3 探究交流磁场的基本特性是对放在磁场中的磁极或电流有力的作用 安培力的方向满足左手定则 在应用左手定则时要伸开左手 让拇指与其余四指垂直 让磁感线垂直穿过手心 四指指向电流方向 拇指就指向安培力的方向 那么电流方向 磁感应强度方向 安培力方向三者是否共面 磁感应强度的方向与安培力方向共线吗 提示 由左手定则可知安培力的方向垂直于电流方向 也垂直于磁感应强度的方向 亦即垂直于电流方向和磁感应强度方向所决定的面 显然三者不共面 磁感应强度方向与安培力方向不同方向 也不相反 也就是说两者不共线 1 基本知识 1 安培力大小的因素通电导线在同一磁场中受到的安培力大小与 的乘积成正比 表达式为f bil 2 磁感应强度 定义 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 公式 b 安培力的大小及磁感应强度 i和l 垂直 比值 单位 简称 符号 方向 某处的磁感应强度方向为该处的 与磁感线的关系磁感应强度和磁感线是一致的 磁感线上每一点的切线方向与该点磁感应强度方向一致 磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小 这样就可从磁感线的分布情况形象地看出磁感应强度的方向和大小 3 匀强磁场磁场的某一区域里 磁感应强度的大小和方向处处相同 这个区域的磁场叫做匀强磁场 特斯拉 特 t 磁场方向 2 思考判断 1 匀强磁场是磁感应强度大小和方向处处相同的磁场 2 匀强磁场中磁感线是互相平行的直线 3 无论何种情况 电流受的安培力大小均为f bil 4 当电流与磁场平行时 电流不受安培力 3 探究交流若通电导线在某处所受安培力为零 该处磁感应强度一定为零吗 提示 不一定 安培力的大小不仅与电流大小和磁感应强度大小有关 还与b i之间的夹角有关 当导线与磁场方向平行时 即使b i都不为零 安培力仍等于零 1 基本知识 1 概念 定义 在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面s 则 与面积s的乘积 叫做穿过这个平面的磁通量 公式 单位 韦伯 简称韦 符号wb 1wb 1t m2 2 意义 磁通量的多少表示穿过这一面积的磁感线 磁通量与磁通密度 磁感应强度b bs 条数 3 磁通密度 由 bs知b 磁感应强度在数值上等于穿过垂直于磁感应强度的 上的 单位面积 磁通量 2 思考判断 1 磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁通量 2 磁通量不仅有大小而且有方向 所以是矢量 3 将一平面置于匀强场中的任何位置 穿过该平面的磁通量总相等 3 探究交流我们学过的很多物理量有正负 有的正负表示大小 例如势能的正负 有的正负表示方向 例如位移 力等的正负 有的既不表示大小也不表示方向 例如功 我们现在学习的磁通量也有正负 其正负表示大小还是表示方向 还是既不表示大小也不表示方向 提示 磁通量只有大小 没有方向 是标量 其正负既不表示大小 也不表示方向 它表示磁通量从某一平面穿入还是穿出 若规定穿入为正 则穿出为负 反之亦成立 问题导思 1 通电导体不受安培力作用 此处磁场一定是零吗 2 磁感应强度与哪些因素有关 3 磁感应强度与电场强度有何区别 磁感应强度 2 磁感应强度b的大小只决定于磁场本身的性质 与f i l无关 3 磁感应强度的方向是磁场中小磁针静止时n极所指的方向 其大小根据电流元受力来计算 通电导线受力的方向不是磁感应强度的方向 二者互相垂直 4 磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场 这时l应很短 il称为 电流元 相当于静电场中的 试探电荷 5 我们要找的是磁场中某一点磁感应强度的大小 因此要把电流元放入磁场中某一点 这就要求电流元要足够短 6 磁感应强度b与电场强度e的比较 审题指导 1 磁感应强度由磁场本身决定 2 b的定义式用于任何磁场 答案 bd 比值定义法是物理学中常用的方法 用这种方法定义的物理量的公式适用于任何情况 但该物理量大小并非由公式中对应的量决定 答案 cd 问题导思 1 通电导线在磁场中一定受安培力吗 2 弯曲导线在磁场中受到的安培力如何计算 3 f ilbsin 在非匀强磁场中是否适用 安培力的大小 1 对公式f ilb的理解 1 适用条件 直线电流i垂直于磁感应强度b时 方有f ilb 2 公式中的l指的是导线的 有效长度 在b i的前提下 弯曲导线的有效长度等于连接两端点直线的长度 如图3 3 2 图3 3 2 2 若磁场和电流成 角时 如图3 3 3所示 图3 3 3可以将磁感应强度b正交分解成b bsin 和b bcos 而b 对电流没有作用 f b il bilsin 即f bilsin 2012 中山一中高二检测 如图3 3 4 一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l 且 abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力为 图3 3 4 审题指导 应用f bil求安培力 其中i b l应为导线的有效长度 答案 a 计算非直导线在磁场中所受安培力的方法1 可以先分段运用f ilbsin 求解每段导线所受安培力的大小 然后求合力 2 还可以先确定有效长度 匀强磁场中 弯曲导线的有效长度等于连接两端点的直线的长度 然后代入公式f ilbsin 计算 2 例2中 若磁场方向竖直向下 则导线段abcd受到的磁场力为多大 方向如何 问题导思 1 公式 bs的应用条件是什么 2 磁通量是标量 其正负有何含义 3 如何求合磁通 4 磁通量与磁感线有何关系 磁通量 1 公式 条件 正负及变化 2 与磁感线条数的关系磁通量是指穿过某个面的磁感线的 净条数 当有不同方向的磁场同时穿过同一面积时 磁通量指的是合磁场的磁感线穿过该面积的条数 即此时的磁通量为合磁通量 1 在匀强磁场中 磁通量 bs s应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积 2 当平面转过180 时 磁通量的变化量 1 2 2bs 如图3 3 5所示 线圈平面与水平方向夹角 60 磁感线竖直向下 线圈平面面积s 0 4m2 匀强磁场磁感应强度b 0 6t 则穿过线圈的磁通量 为多少 把线圈以cd为轴顺时针转过120 角 则通过线圈磁通量的变化量为多少 图3 3 5 审题指导 解答该题可按以下思路 1 确定垂直于b的面积 2 用 bs求磁通量 3 磁通量变化量 2 1 答案 0 36wb 3 如图3 3 6所示 s1与s2分别是半径为r1和r2的同心导体圆环 磁感应强度为b的匀强磁场的方向与环面垂直 范围以s1为边界 则穿过环s1的磁通量为 穿过环s2的磁通量为 图3 3 6 如图3 3 7所示 两光滑的平行金属轨道与水平面成 角 两轨道间距为l 一金属棒垂直两轨道水平放置 金属棒质量为m 电阻为r 轨道上端的电源电动势为 内阻为r 为使金属棒能静止在轨道上 可加一方向竖直向上的匀强磁场 则该磁场的磁感应强度b应是多大 综合解题方略 安培力综合分析 图3 3 7 审题指导 1 由立体图画出截面图 2 受力分析 3 由平衡条件结合欧姆定律列式求解 规范解答 导体棒受力分析如图所示 则fn mg cos i r r f安 bil f安 mgtan 由 解得 b mg r r tan l 答案 mg r r tan l 安培力是通电导体受的磁场力 从力学角度分析 对通电导体仍可借助牛顿定律 功能关系等力学规律分析 备课资源 教师用书独具 1 如图教3 3 1所示 长度为10cm的一段直导线ab 与磁场方向垂直地放置在磁感应强度b 3 10 2t的匀强磁场中 今在导线中通以10a的电流 方向自b向a 导线以固定点o为转动轴 设oa 3ob 由图中位置按顺时针方向转过60 时 求 图教3 3 1 1 导线受到的磁场力的大小和方向 2 如果在ab的竖直面上 oa从图中位置以o点为转动轴 由纸面向外转30 角时 情况又如何 解析 1 f bilsin 3 10 2 10 0 1 sin30 n 3 10 2 10 0 1 0 5n 1 5 10 2n 它作用在导线上 方向垂直于纸面向外 2 f bilsin 3 10 2 10 0 1 sin90 n 3 10 2n 力的方向与导线垂直 且与原oa方向成120 角 指向纸外 答案 见解析 2 如图教3 3 2所示 可以自由移动的直导线放在蹄形磁铁的正上方 当导线通以图示方向电流i时 导线将 从上往下看 a 顺时针转动 同时下降b 顺时针转动 同时上升c 逆时针转动 同时下降d 逆时针转动 同时上升 图教3 3 2 解析 特殊位置法 作出通电瞬间直导线所在处的磁场分布如图甲所示 由左手定则得n极正上方导线受到的安培力垂直纸面向外 s极正上方导线受到的安培力垂直纸面向里 可见从上往下看 导线在两安培力作用下按逆时针转动 当转动到导线与纸面垂直时 如图乙所示 导线受到的安培力方向竖直向下 导线继续向下运动 故导线在安培力作用下逆时针转动 从上往下看 同时下降 答案 c 1 关于安培力 磁感应强度的说法 正确的是 a 通电导体不受磁场力作用的地方一定没有磁场b 将i l相同的通电导体放在同一匀强磁场的不同位置 受安培力一定相同c 磁感线指向磁感应强度减小的方向d 以上说法都不正确 解析 由f bilsin 当i b时 f 0 此时通电导线不受磁场力 但导线处有磁场 故a错 如果i l相同 放在同一匀强磁场中因放置角度不同 安培力也可能不同 故b不对 在匀强磁场中沿磁感线方向磁感应强度不变 故c错 正确答案为d 答案 d 2 关于通电直导线所受安培力f 磁感应强度b和电流i三者方向之间的关系 下列说法正确的是 a f b i三者必保持垂直b f必定垂直于b i 但b不一定垂直于ic b必定垂直于f i 但f不一定垂直于id i必定垂直于f b 但f不一定垂直于b 解析 左手定则是判断安培力的方向 电流方向 磁场方向的一种方法 要正确理解左手定则的内容 由左手定则知 安培力的方向总是既垂直于磁场方向又垂直于电流方向 即安培力垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面 但磁场方向不一定总垂直于电流方向 答案为b 答案 b 3 双选 下列等式中正确的是 a 1t 1wb m2b 1t 1kg a s2c 1t 1kg m2 a s2d 1t 1n a m 答案 ab 4 2012 佛山一中高二检测 如图3