高中物理 3.3 探究安培力课件 粤教版选修31.ppt

目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 一 二 三 四 一 安培力的方向1 安培力 磁场对电流的作用力 安培力是矢量 2 当通电导线与磁场方向垂直时 安培力的方向用左手定则来判定 3 左手定则 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向电流的方向 这时 拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 目标导航 预习导引 一 二 三 四 如图所示 磁场方向垂直纸面向里 一根通电直导线垂直于磁场方向放置 试判断导线所受安培力的方向 答案 垂直导线向左 目标导航 预习导引 一 二 三 四 二 磁感应强度1 定义 当通电导线与磁场方向垂直时 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 3 单位 特斯拉 符号t 4 磁感应强度是矢量 既有大小 又有方向 当空间中同时存在几个不同强弱和方向的磁场时 合磁场的磁感应强度等于各个磁场在同一处产生的磁感应强度的矢量和 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大小 磁感线上每一点的切线方向与该点磁感应强度的方向一致 6 匀强磁场 如果磁场的某一区域 磁感应强度的大小和方向处处相等 这个区域的磁场就叫匀强磁场 目标导航 预习导引 一 二 三 四 三 安培力的大小1 当通电导线与磁感应强度b的方向平行时 导线受力为零 2 当长为l的导线垂直于磁场b放置 通过的电流为i时 安培力f bil 通电导线如果在磁场中不受安培力作用 能否说明该处磁感应强度为零 答案 不能 因为当磁场方向与电流方向平行时 安培力为0 但磁感应强度不为0 目标导航 预习导引 一 二 三 四 四 磁通量1 定义 设在匀强磁场中有一个与磁场垂直的平面 则磁场的磁感应强度b和平面面积s的乘积 叫做穿过这个面的磁通量 2 公式 bs 3 单位 韦伯 简称韦 符号wb 4 从 bs可得 因此磁感应强度又称磁通密度 知识精要 典题例解 迁移应用 一 二 三 一 磁感应强度1 磁感应强度是用比值法定义的 b与f i l无关 是由磁场本身决定的 2 安培力的方向与磁场方向垂直 这与电场力的方向和电场方向的关系是不一样的 一 二 三 3 磁感应强度b和电场强度e的比较 知识精要 典题例解 迁移应用 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 例1 下列关于磁感应强度大小的说法正确的是 导学号 导学号51120084 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时受到磁场力f跟电流i和导线长度l的乘积il的比值表示该点的磁感应强度b 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 通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大d 磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 解析 本题主要考查磁感应强度只决定于磁场本身 磁场中某点的磁感应强度只由磁场本身决定 与通电导线的受力无关 所以b不正确 通电导线在磁场中的受力不仅与磁感应强度有关 还跟导线的位置取向有关 若通电导线与磁场方向平行 则无论怎样安培力均为零 所以a c不正确 只有d正确 答案 d 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 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时受到磁场力f与该导线的长度l 通过的电流i乘积的比值 即b 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 磁感应强度只是定义式 它的大小取决于磁场以及磁场中的位置 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 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 答案 c解析 由磁感应强度的定义知 通电导线应为 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 只有在这个方向导线所受磁场力才最大 本题a选项未说明导线放置的方向 所以是错误的 若通电导线放置方向与电流方向平行时 也不受磁场力作用 所以b选项也是错误的 在磁场稳定的情况下 磁场内各点的磁感应强度 含大小和方向 都是唯一确定的 c选项正确 磁场力方向与磁感应强度方向垂直 d选项错误 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 二 安培力的方向和大小安培力的方向 1 安培力的方向总是既与磁场方向垂直 又与电流方向垂直 也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面 但磁场方向与电流方向并不一定垂直 2 在具体判断安培力的方向时 由于受到电场力方向判断方法的影响 有时错误地认为安培力的方向沿着磁场方向 为避免这种错误 同学们应该把电场力和安培力进行比较 搞清力的方向与场的方向的关系及区别 它们都是性质力 且都属于场力 分析如下 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 安培力的大小 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 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 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 b il bilsin 即f bilsin 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 根据磁场对电流会产生作用力的原理 人们研制出一种新型的发射炮弹的装置 电磁炮 其原理如图所示 把待发射的炮弹 导体 放置在强磁场中的两平行导轨上 给导轨通以大电流 使炮弹作为一个载流导体在磁场力的作用下沿导轨加速运动 并以某一速度发射出去 那么 要提高发射速度 就要增大炮弹的加速度 请思考 通电导体在磁场中受力与哪些因素有关呢 答案 磁感应强度b 电流i 两导轨间的距离l 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 例2 如图所示 把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以自由转动 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 导学号51120085 思路分析 把整段电流等效为多段直线电流元 运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向 从而判断出整段电流所受合力的方向 最后确定运动方向 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析 据题图所示的导线所在处的特殊位置判断其转动情况 将导线ab从n s极的中点o分成两段 ao bo段所处的磁场方向如图甲所示 由左手定则可得ao段受安培力的方向垂直纸面向外 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 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 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 答案 由上向下看导线逆时针转动 同时向下落 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 1 如图所示 条形磁铁平放于水平桌面上 在它的正中央上方固定一根直导线 导线与纸面垂直 现给导线中通以垂直于纸面向外的电流 则下列说法正确的是 导学号51120086 a 磁铁对桌面的压力减小b 磁铁对桌面的压力增大c 磁铁对桌面的压力不变d 以上说法都有可能答案 a 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析 通电导线置于条形磁铁上方 使通电导线置于磁场中 如图甲所示 由左手定则判断通电导线受到向下的安培力作用 同时由牛顿第三定律可知 力的作用是相互的 磁铁对通电导线有向下作用的同时 通电导线对磁铁有反作用力 作用在磁铁上 方向向上 如图乙所示 对磁铁受力分析 由于磁铁始终静止 无通电导线时 n mg 有通电导线后n f mg n mg f 磁铁对桌面压力减小 选a 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 2 多选 电磁轨道炮工作原理如图所示 待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动 并与轨道保持良好接触 电流i从一条轨道流入 通过导电弹体后从另一条轨道流回 轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场 可视为匀强磁场 磁感应强度的大小与i成正比 通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出 现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍 理论上可采用的办法是 a 只将轨道长度l变为原来的2倍b 只将电流i增加至原来的2倍c 只将弹体质量减至原来的一半d 将弹体质量减至原来的一半 轨道长度l变为原来的2倍 其他量不变 一 二 三 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 答案 bd 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 三 磁通量1 的物理意义就是表征穿过这个平面的磁感线的条数 b的大小即单位面积磁感线的条数 2 磁通量是标量 却有正 负之分 当我们规定从平面的一面穿进的磁感线条数为正磁通量 则从另一面穿进的磁感线条数为负磁通量 磁通量的运算遵从代数法则 3 普通公式 当匀强磁场方向与一平面夹角为90 即该平面与垂直于匀强磁场的平面的夹角为 时 则穿过这个平面的磁通量 bscos 4 磁通量的变化量 2 1 规定磁感线穿过某表面时磁通量为正 则反向穿过时为负 运算时代入正 负号求解 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 例3 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 导学号51120087 思路分析 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 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 解答 线圈在垂直磁场方向上的投影面积s scos60 0 4 m2 0 2m2 穿过线圈的磁通量 bs 0 6 0 2wb 0 12wb 线圈沿顺时针方向转过120 角后变为与磁场垂直 但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反 故此时通过线圈的磁通量 2 bs 0 6 0 4wb 0 24wb 故磁通量的变化量 2 1 0 24 0 12 wb 0 36wb 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 1 如图所示 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 导学号51120088 一 二 三 知识精要 典题例解 迁移应用 2 如图所示 通有恒定电流的导线mn与闭合金属框共面 第一次将金属框由 平移到 第二次将金属框绕cd边翻转到 设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为 1和 2 则 导学号51120089 a 1 2b 1 2c 1 2d 不能判断答案 c解析 通电导线mn周围的磁场并非匀强磁场 靠近mn处的磁场强些 磁感线密一些 远离mn处的磁感线疏一些 当线框在 位置时 穿过平面的磁通量为 当线框平移至 位置时 磁通量为 则磁通量的变化量为 1 当线框翻转到 位置时 磁感线相当于从 反面 穿过平面 则磁通量为 则磁通量的变化量是 2 所以 1 2 知识链接 案例探究 类题试解 安培力的综合分析1 在平衡状态下物体所受合外力为零 2 牛顿第二定律 物体加速度的大小跟作用力成正比 跟物体的质量成反比 3 矢量的合成与分解遵循平行四边形定则 知识链接 案例探究 类题试解 2015全国理综 如图所示 一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中 磁场的磁感应强度大小为0 1t 方向垂直于纸面向里 弹簧上端固定 下端与金属棒绝缘 金属棒通过开关与一电动势为12v的电池相连 电路总电阻为2 已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0 5cm 闭合开关 系统重新平衡后 两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0 3cm 重力加速度大小取10m s2 判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向 并求出金属棒的质量 导学号51120090 知识链接 案例探究 类题试解 解析 依题意 开关闭合后 电流方向从b到a 由左手定则可知 金属棒所受的安培力方向竖直向下 开关断开时 两弹簧各自相对于其原长伸长为 l1 0 5cm 由胡克定律和力的平衡条件得2k l1 mg 式中 m为金属棒的质量 k是弹簧的劲度系数 g是重力加速度的大小 开关闭合后 金属棒所受安培力的大小为f ibl 式中 i是回路电流 l是金属棒的长度 两弹簧各自再伸长了 l2 0 3cm 由胡克定律和力的平衡条件得2