高中物理 3.3 探究安培力课件 粤教版选修31.ppt

第三节探究安培力 第三章磁场 学习目标1 会运用左手定则判断安培力的方向 知道安培力的方向与磁场方向和电流方向都垂直 2 会计算匀强磁场中安培力的大小 3 理解磁感应强度的物理意义和定义式 4 了解磁通量的概念 并会求它的变化量 第三章磁场 一 安培力的方向1 在应用左手定则时电流方向 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 不共面不共线 2 如图所示 两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用 在什么情况下两条直导线相互吸引 什么情况下两条直导线相互排斥 提示 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 1 安培力 磁场对 的作用力 2 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四指 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 垂直 电流的方向 大拇指 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 当导线方向与磁场方向 时 导线所受到的安培力最大 当导线方向与磁场方向 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 所受到的安培力介于 和 之间 2 磁感应强度 1 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 和 的乘积il的 叫做磁感应强度 垂直 一致 最大值 零 垂直 电流i 导线长度l 比值 2 定义式 b 3 单位 在国际单位制中 磁感应强度的单位是 简称 符号是t 1t 1n a m 4 磁感应强度是矢量 其方向为该处的 5 磁感线可形象地表示磁感应强度的大小和方向 磁感线的疏密程度表示磁感应强度的 磁感线上每一点的 与该点磁感应强度的方向一致 3 匀强磁场 如果磁场的某一区域里 磁感应强度的 和 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方向垂直的情况下 导线所受的安培力f 特斯拉 特 磁场方向 大小 切线方向 大小 方向 bil 若电荷在电场中所受的电场力为零 则该处的电场强度为零 那么 通电直导线在某处所受的安培力为零 该处磁感应强度一定为零吗 提示 不一定 三 磁通量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 磁场强弱不同的地方穿过小纸片的磁感线条数相同吗 提示 不相同 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 3 单位 简称 符号是wb 1wb 1t m2 4 当平面和磁场方向不垂直时 如图甲所示 穿过它的磁通量就比垂直时小 此时 bssin 垂直 bs 韦伯 韦 磁通密度 甲乙当平面和磁场方向平行时 如图乙所示 穿过这个面的磁通量为零 安培力的方向 1 不管电流方向与磁场方向是否垂直 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 即总有f i和f b 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 但应注意 当电流方向与磁场方向在同一直线上时 电流不再受安培力作用 2 电流方向和磁场方向间没有因果关系 这两个方向的关系是不确定的 这两个方向共同决定了安培力的方向 所以 已知电流方向和磁场方向时 安培力的方向是唯一确定的 但已知安培力和磁场方向时 电流方向不确定 3 注意区别安培力的方向与磁场的方向 电场力的方向与电场的方向的关系 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 特别提醒 1 由于电流方向和磁场方向不一定垂直 所以在应用左手定则时磁场方向不一定垂直穿入手心 可以与四指方向成某一夹角 但四指一定要指向电流方向 2 判断磁场力时用左手 判断电流磁效应时用右手 左力右电 应避免混淆 画出图中各磁场对通电导线的安培力的方向 思路点拨 应用左手定则判定安培力的方向时 要注意安培力总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面 解析 安培力方向既垂直于电流的方向 又垂直于磁场的方向 所以应用左手定则时 必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直 答案 如图所示 1 单选 在如图所示的四个图中 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 其中正确的是 解析 图a中f的方向应是垂直纸面向里 图b中f的方向应是垂直于b斜向下 图c中f的方向应是水平向左 图d正确 d 1 磁感应强度b与电场强度e的比较 磁感应强度 描述磁场的性质 描述电场的性质 都是用比值的形式下定义 b f il 通电导线与b垂直 b与f i l无关 e f qe与f q无关 矢量 都遵从矢量合成法则 小磁针n极的受力方向 表示磁场方向 放入该点正电荷的受力方向 表示电场方向 2 匀强磁场 匀强磁场中的磁感线是间隔均匀 彼此平行的直线 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 直通电螺线管内部的磁场 除边缘部分外的区域都可以近似看成是匀强磁场 d 思路点拨 解答此题应把握以下三点 1 磁感应强度的物理意义 2 磁感应强度是由比值来定义的 3 磁场中某点的磁感应强度的方向是该点的磁场方向 名师归纳磁感应强度是反映磁场性质的物理量 是由磁场自身决定的 与是否引入电流无关 与引入的电流是否受力无关 磁感应强度的方向就是磁场的方向 2 双选 下列说法中正确的是 a 电荷在电场中某处不受电场力的作用 则该处的电场强度为零b 一小段通电导线在某处不受磁场力的作用 则该处磁感应强度一定为零c 把一个试探电荷放在电场中的某点 它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱d 把一小段通电导线放在磁场中某处 它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱 ac 解析 通电导线受磁场力与电荷受电场力不同 磁场力的大小与导线放置的方向有关 导线与磁场方向垂直时磁场力最大 导线与磁场方向平行时磁场力为零 当把一小段通电导线垂直放在磁场中时 它所受的磁场力与通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱 故b d均错 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 bil 当b与i平行时 f 0 2 弯曲导线的有效长度l 等于连接两端点直线的长度 如图 相应的电流沿l由始端流向末端 安培力的大小 3 若磁场和电流成 角时 如图所示 可以将磁感应强度b正交分解成b bsin 和b bcos 而b 对电流是没有作用的 f ilb ilbsin 即f ilbsin 特别提醒 1 公式f ilbsin 中 是b和i方向的夹角 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 2 公式f ilbsin 中的lsin 也可以理解为l在垂直于磁场方向上的 有效长度 3 f ilbsin 的适用条件 导线所处的磁场应为匀强磁场 在非匀强磁场中 公式仅适用于很短的通电导线 10分 将长度为20cm 通有0 1a电流的直导线放入一匀强磁场中 电流与磁场的方向如图所示 已知磁感应强度为1t 试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向 思路点拨 解答本题应把握两点 1 由左手定则判定安培力的方向 2 由f bil求解安培力的大小 解析 1 因导线与磁感线平行 所以导线不受磁场力的作用 f 0 2分 2 由左手定则可知安培力的方向垂直导线水平向右 1分 安培力的大小为 f bil 1 0 1 0 2n 0 02n 3分 3 由左手定则可知安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上 1分 安培力的大小为 f bil 1 0 1 0 2n 0 02n 3分 答案 1 0 2 0 02n水平向右 3 0 02n垂直导线斜向上名师点评只有在匀强磁场中 在通电导线与磁场方向垂直的情况下 f bil才成立 在非匀强磁场中 一般来说是不适用的 但在通电导线很短的情况下 可近似地认为导线所处的地方是匀强磁场 3 单选 一根长为0 2m的通电导线中通有2a的电流 放在磁感应强度为0 5t的匀强磁场中 则通电导线受到磁场力的大小不可能是 a 0 4nb 0 2nc 0 1nd 0解析 当磁感应强度b与通电电流i方向垂直时 磁场力有最大值为f bil 0 5 2 0 2n 0 2n当两者方向平行时 磁场力有最小值为0 随着二者方向夹角的不同 磁场力大小可能在0 2n与0之间取值 a 1 物理意义 穿过某一平面的磁感线条数 且为穿过平面的磁感线的净条数 2 计算 bs 1 公式的适用条件 匀强磁场 磁感线与平面垂直 2 匀强磁场中 若磁感线与平面不垂直 公式 bs中的s应为平面在垂直于磁感线方向的投影面积 磁通量的理解 3 磁通量是标量 有正 负之分 磁通量的正 负既不表示大小 也不表示方向 它表示磁通量从某一个面穿入还是穿出 若规定穿入为正 则穿出为负 反之亦然 4 与磁感应强度的联系 1 磁感应强度b主要描述磁场中某点的磁场情况 与位置对应 而磁通量用来描述磁场中某一个给定面上的磁场情况 它与给定的面对应 2 由 bs得b s 即为磁感应强度的另一定义式 表示穿过垂直于磁场方向的单位面积的磁感线条数 所以b又叫做磁通密度 5 与磁感线条数的关系磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的 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其面积的条数 即此时的磁通量为合磁通量 特别提醒 1 磁通量是针对某个面来说 与给定的线圈的匝数多少无关 2 当线圈转过180 时 磁通量的变化量 1 2 2bs 8分 如图所示 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 答案 0 12wb0 36wb 4 单选 如图所示 在条形磁铁中部垂直套有a b两个圆环 设通过线圈a b的磁通量为 a b 则 a a bb a bc a bd 无法判断 b 解析 在条形磁铁的周围 磁感线是从n极出发 经外空间磁场由s极进入磁铁内部 在磁铁内部的磁感线从s极指向n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样多 从下向上穿过