高中物理 第三章 磁场 第3节 探究安培力课件 粤教版选修31.ppt

第三节探究安培力 1 磁场对 的作用力称为安培力 2 左手定则 伸开左手 使大拇指和其余四指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 让磁感线垂直穿过 四指指向 方向 拇指所指的方向为 的方向 3 垂直磁场方向的通电直导线 受到的安培力的大小用公式表示为 4 如果磁场方向与电流方向的夹角为 时 安培力的大小 方向仍可用 判定 电流 手心 电流 安培力 f bil f bilsin 左手定则 由转动 它们通以图示方向的直流电时 cd导线将 图3 3 1a 逆时针方向转动 同时靠近导线abb 顺时针方向转动 同时靠近导线abc 逆时针方向转动 同时离开导线abd 顺时针方向转动 同时离开导线ab 5 两条通电的直导线互相垂直 如图3 3 1所示 但两导线相隔一小段距离 其中导线ab是固定的 另一条cd能自 a 知识点1安培力和磁感应强度 如图3 3 2所示 半径为r的半圆形导线与磁场b垂直放置 当导线中通以电流i时 导线受到的安培力多大 图3 3 2 答案 导线的等效长度为2r 故安培力f 2bir 1 安培力的方向 1 安培力的定义 磁场对电流的作用力叫安培力 2 用左手定则判断安培力的方向 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 让磁感线垂直穿过手心 并使伸开的四指指向电流方向 那么大拇指所指方向即为安培力方向 2 安培力的大小 1 安培力的大小与导线放置有关 同一通电导线 按不同方式放在同一磁场中 当导线与磁场方向垂直时安培力最大 取为fmax 当导线与磁场方向平行时 安培力最小 f 0 其他情况下 0 f fmax 2 安培力大小的公式表述 当b与i垂直时 f bil 当b与i成 角时 f bil sin 是b与i的夹角 注意 f bil是由b 推导得到的 故在应用的时候要注意式中的l为导线垂直于磁场方向的有效长度 3 定义式 b 3 磁感应强度 1 定义 当通电导线与磁场方向垂直时 通电导线所受的力跟电流i和导线长度l的乘积il的比值叫做磁感应强度 2 物理意义 表示磁场强弱及方向的物理量 f il 4 单位 特斯拉 简称特 符号为t 5 方向 磁感应强度是矢量 其方向为该点磁感线的切线方向 小磁针静止时 n极的指向或n极受力的方向 6 磁感应强度与磁感线 磁感线上某点的切线方向即为该处的磁感应强度方向 磁感线的疏密表示磁感应强度的大小 7 匀强磁场 某个区域内各点的磁感应强度大小和方向都相同的磁场 在匀强磁场中 磁感线是一组平行且等间距的直线 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 不能说b与f成正比 与il成反比 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 通电导线受力的方向不是磁感应强度的方向 两者相互垂直 4 磁感应强度的理解 1 在定义式中 通电导线必须垂直于磁场方向放置 因为磁场中某点通电导线受力的大小 除和磁场强弱有关外 还和导线的方向有关 导线放入磁场中的方向不同 所受磁场力也不相同 通电导线受力为零的地方 磁感应强度不一定为零 比如电流方向和磁感应强度的方向在一条直线上时 例1 如下图所示的通电导线在磁场中受力分析正确的 是 解析 注意安培定则与左手定则的区分 通电导体在磁场中的受力用左手定则 答案 c 触类旁通 1 在赤道处沿东西方向放置一根通电直导线 导线中电子定向运动的方向是由东向西 则导线受到地磁场的作用力的方 向为 a 向上b 向下c 向东d 向北解析 地磁场南北极与地理南北极恰好相反 赤道处导线内电流方向为自西向东 地磁场磁感线由南极指向北极 故安培力向上 a 例2 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3 3 3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 图3 3 3 解 1 因导线与磁感线平行 所以安培力为零 2 由左手定则知 安培力方向垂直导线水平向右 大小为 f bil 1 0 1 0 2n 0 02n 3 安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上 大小为f bil 1 0 1 0 2n 0 02n 触类旁通 2 一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中 导线上的电流方向由左向右 如图3 3 4所示 在导线以其中心点 为轴转动90 的过程中 导线受到的安培力 a 大小不变 方向不变b 由零增大到最大 方向时刻改变c 由最大减小到零 方向不变d 由零增大到最大 方向不变 图3 3 4 解析 导线转动前 电流方向与磁场方向平行 导线不受安培力 当导线转过一个小角度后 电流与磁场不再平行 导线受到安培力的作用 当导线转过90 时 电流与磁场垂直 此时导线所受安培力最大 根据左手定则判断知 力的方向始终不变 选项d正确 答案 d 例3 双选 关于磁感应强度b 电流强度i 导线长度l 和电流所受的安培力f的关系 下列说法中正确的是 a 在b 0处 f一定等于零b 在f 0处 b一定等于零c 若b 1t i 1a l 1m 则f一定等于1nd 若i 1a l 1m f 1n 则b不一定等于1t 答案 ad 触类旁通 fil 3 由磁感应强度定义式b 知 磁场中某处的磁感应强 度的大小 a 随着通电导线中电流i的减小而增大b 随着il乘积的减小而增大c 随着通电导线所受磁场力f的增大而增大d 跟f i l无关解析 磁场中某处的磁感应强度的大小是由磁场本身决定 与通电导线的i l及其受力f无关 故d正确 d 知识点2磁通量 1 磁通量 当匀强磁场中有一个垂直磁场的平面 磁感应强度为b 平面面积为s 则穿过这个平面的磁通量 bs 简称磁通 2 单位 韦伯 简称韦 符号为wb 1wb 1t m 3 理解 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通量 则从另一面穿进的磁感线条数为负通量 磁通量的运算遵从代数法则 4 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 例4 如图3 3 5所示 线圈平面与水平方向成 角 磁感线竖直向下 设磁感应强度为b 线圈面积为s 则穿过线圈的磁通量 图3 3 5 解析 此题的线圈平面abcd与磁感应强度b方向不垂直 不能直接用 bs计算 处理时可以用以下两种方法之一 把s投影到与b垂直的方向即水平方向 如图中的 a b cd 有s scos 故 bs bscos 把b分解为平行于线圈平面的分量b 和垂直于线圈平面分量b 显然b 不穿过线圈 且b bcos 故 b s bscos 答案 bscos 提示 用 bscos 一般只能计算匀强磁场的磁通 触类旁通 4 如图3 3 6所示 两个同心放置的共面金属圆环a和b 一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直 则穿过两环的磁通量 a和 b的大小关 系为 a a b b a b c a b d 无法比较 解析 磁感线是闭合曲线 在条形磁铁外部从n极到s极 在内部从s极到n极 由于圆环a的面积小于圆环b的面积 因此从外部n极到s极穿过a面的磁感线条数少 而内部从s极到n极的磁感线条数一样 于是穿过a面的总磁通量大 选项a正确 图3 3 6 a 安培力作用下导体的运动方向 如果通电导体放置在非匀强磁场中 则不能够运用f bil进行定量的计算 但可用f bil和左手定则进行定性的讨论 常用的方法有以下几种 1 电流元分析法 把整段电流等效分成很多段直线电流元 先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向 从而判断出整段电流所受合力的方向 最后确定运动方向 注意一般取对称的两段电流元分析 2 等效分析法 环形电流可以等效为小磁针 或条形磁铁 条形磁铁也可等效成环形电流 通电螺线管可以等效成很多的环形电流来分析 3 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 4 转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题 可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力 然后由牛顿第三定律 确定磁体所有电流磁场的反作用力 从而确定磁体所受合力及运动方向 例5 如图3 3 7所示 把一重力不计可自由运动的通电直导线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 同时上升图3 3 7 解析 电流元分析法 两个磁极对电流的安培力方向不同 把电流分为两部分 左半部分受力方向向外 右半部分受力向里 从上往下看 通电导线将沿着逆时针方向转动 当导线转到垂直于纸面的方向时 电流受力向下 导线将向下运动 所以c选项正确 答案 c 触类旁通 5 如图3 3 8所示 在条形磁铁s极附近悬挂一个圆形线圈 线圈平面与水平磁铁位于同一平面内 当线圈中通以如 图所示方向的电流时 线圈将 a 向磁铁平移b 远离磁铁平移c 边转动边向左摆动d 边转动边向右摆动 图3 3 8 解析 电流元分析法或等效分析法 电流元分析法 取离条形磁铁最近的一小段电流和与之对称位置的一小段电流 判断这两段电流的受力可知 线圈将转动 转动后与磁铁相互吸引靠近 等效分析法 环形电流等效为小磁针 答案 c 6 如图3 3 9所示 一条形磁铁放在水平桌面上 在磁铁右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线 当导线中通以由 外向内的电流时 图3 3 9a 磁铁受到向左的摩擦力 且对桌面的压力减小b 磁铁受到向右的摩擦力 且对桌面的压力减小c 磁铁受到向左的摩擦力 且对桌面的压力增大d 磁铁不受摩擦力 对桌面的压力不变 解析 转换研究对象法 此题若从电流