2012高中物理 3.3 探究安培力学案 粤教版选修3-1

用心 爱心 专心1 3 33 3 探究安培力探究安培力 学案 粤教版选修学案 粤教版选修 3 13 1 一 安培力的方向 1 磁场对电流的作用力称为 2 通电直导线所受安培力的方向和磁场方向 电流方向之间的关系 可以用 定 则来判断 伸开 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 垂直穿入手心 并使伸开的四指指向 的方向 那么 大拇指所指的方向就是 的方向 二 安培力的大小 1 物理学规定 当通电导线与磁场方向 时 通电导线所受安培力 F 跟 和 的乘积的比值叫做磁感应强度 用 B 表示 则 B 2 磁感应强度 B 的单位是 符号是 其方向为 是 量 3 如果磁场的某一区域里 磁感应强度大小和方向处处相同 这个区域的磁场叫做 4 在匀强磁场中 在通电直导线与磁场方向垂直的情况下 电流所受安培力 F 三 磁通量 1 磁感应强度 B 与面积 S 的 叫做穿过这个面的磁通量 用 表示 则有 其中 S 为垂直 方向的面积 2 磁通量的单位是 符号是 一 安培力的方向 问题情境 通过上一节课的学习我们知道磁场对电流有力的作用 为了表彰和纪念安培在这方面作出 的杰出贡献 人们把磁场对电流的作用力称为安培力 1 通电直导线与磁场平行时 导线受安培力吗 2 通过课本实验与探究得到通电直导线与磁场方向垂直时 安培力沿什么方向 安培力的 方向与哪些因素有关 要点提炼 手定则 安培力的方向判断 伸开 手 使大拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌处在同一个平面内 把手放 入磁场中让 垂直穿入掌心 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 问题延伸 安培定则又称 手螺旋定则 是判断电流产生的磁场方向的 左手定则是判断电流在 磁场中所受安培力方向的 二 安培力的大小 问题情境 1 当通电导线与磁场垂直时 平行时 斜交时 所受安培力相同吗 何时最大 何时最小 2 本节中我们只研究什么情况下的安培力的大小 用心 爱心 专心2 3 回顾描述电场强弱的物理量是什么 它是怎样定义的 能否用类似的方法来定义一个描 述磁场强弱的物理量 4 类比于 匀强电场 来描述一下 匀强磁场 5 匀强磁场中的安培力的表达式是怎样的 要点提炼 1 磁感应强度的定义式 B 单位 此公式的成立条件是 2 磁感应强度的方向 3 磁感应强度与磁感线的关系 磁感线上 方向都与该点磁感应强度的方向一致 磁 感线的 表示磁感应强度的大小 4 匀强磁场 磁感应强度的 和 处处相同的磁场 5 安培力大小的公式表述 1 当 B 与 I 垂直时 F 2 当 B 与 I 成 角时 F BILsin 是 B 与 I 的夹角 问题延伸 图 1 1 弯曲导线的有效长度 L 等于连接两端点直线的长度 如图 1 所示 相应的电流沿 L 由 始端流向末端 2 公式 F BILsin 中的 Lsin 也可以理解为垂直于磁场方向的 有效长度 三 磁通量 问题情境 1 什么是磁通量 2 为什么要引入磁通量 3 什么是磁通密度 要点提炼 1 磁通量的定义式 适用条件 磁场是匀强磁场 且磁场方向与平面 2 公式理解 在匀强磁场 B 中 若磁感线与平面不垂直 磁通量可表示为 BS BScos 式中 Scos 为面积 S 在垂直于磁感线方向的投影面积 是线圈 平面与投影面间的夹角 3 在国际单位制中磁通量的单位为 符号是Wb 1Wb 1 4 磁通密度即磁感应强度 B 1T 1 1 5 磁通量的另一种定义方式 若穿过某一平面的磁感线有 条 我们就称穿过这个平面 的磁通量为 即穿过某一平面的磁感线的条数称为该面的磁通量 用磁感线条数定义时 面积和磁场不必垂直 问题延伸 1 磁通量是标量 但有正 负 如何理解磁通量的正负 用心 爱心 专心3 2 若有两个方向相反的磁场穿过某一面积 则此时的磁通量应如何计算 例 1 在匀强磁场中的 P 处放一个长度为 L 20 cm 通电电流 I 0 5 A的直导线 测得它 受到的最大磁场力 F 1 0 N 其方向竖直向上 现将该通电导线从磁场中撤走 则 P 处磁 感应强度为 A 0 B 10 T 方向沿竖直方向向上 C 0 1 T 方向沿竖直方向向上 D 10 T 方向肯定不沿竖直方向向上 听课记录 变式训练 1 下列关于磁感应强度的方向的说法中 正确的是 A 某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向 B 某处小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向 C 垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向 D 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向 例 2 将长度为 20 cm 通有 0 1 A电流的直导线放入一匀强磁场中 电流与磁场的方向如 图 1 4 所示 已知磁感应强度为 1 T 试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方 向 变式训练 2 如图 2 所示 其中A B图已知电流方向及其所受磁场力的方向 试判断并在 图中标出磁场方向 C D图已知磁场方向及其对电流作用力的方向 试判断电流方向并在 图中标出 用心 爱心 专心4 图 2 图 3 例 3 如图 3 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 4 m2 匀强磁场磁感应强度 B 0 6 T 则穿过线圈的磁通量 为多少 图 4 变式训练 3 如图 4 所示 线框面积为 S 线框平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直 则穿过线框平面的磁通量为 若使线框绕 OO 轴转过 60 则穿过线框平面的磁 通量为 若从初始位置转过 90 则穿过线框平面的磁通量为 若从初始 位置转过 180 则穿过线框平面的磁通量变化为 即学即练 1 把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中 下列图中能正确反映各量间关系 的是 2 有关磁感应强度的方向 下列说法正确的是 A B 的方向就是小磁针N极所指方向 B B 的方向与小磁针在任何情况下N极受力方向一致 C B 的方向就是通电导线的受力方向 D B 的方向就是该处磁场的方向 3 关于磁通量 下列说法中正确的是 用心 爱心 专心5 A 磁通量不仅有大小而且有方向 所以是矢量 B 磁通量越大 磁感应强度越大 C 穿过某一面积的磁通量为零 该处磁感应强度不一定为零 D 磁通量就是磁感应强度 4 请画出在图 5 所示的甲 乙 丙三种情况下 导线受到的安培力的方向 图 5 参考答案 课前自主学习 一 1 安培力 2 左手 左 垂直 磁感线 电流 通电导线在磁场中所受安培力 二 1 垂直 电流I 导线长度L F IL 2 特斯拉 T 该处的磁场方向 矢 3 匀强磁场 4 BIL 三 1 乘积 BS 磁场 2 韦伯 Wb 核心知识探究 一 问题情境 1 不受 2 安培力的方向与磁场方向和电流方向有关 安培力的方向由左手定则判定 要点提炼 左 左 磁感线 问题延伸 右 二 问题情境 1 不同 垂直时最大 平行时最小 2 只研究通电导线与磁场垂直时的安培力 3 电场强度E 采用比值定义法 E 能 磁感应强度B B F q F IL 4 磁感应强度的大小和方向处处相同 这个区域的磁场叫匀强磁场 5 F BIL 要点提炼 1 特斯拉 导线与磁场方向垂直 F IL 2 该处磁场的方向 小磁针 N 极指向 3 每一点的切线 疏密程度 4 大小 方向 5 1 BIL 用心 爱心 专心6 三 问题情境 1 见课本 在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面 我们把磁感应强度B与垂直磁场 的平面的面种S的乘积叫穿过这个面的磁通量 2 在以后研究电磁感应等其他电磁现象时 常常需要讨论穿过某一面积的磁场及它的变 化 3 磁通密度是垂直于磁场方向单位面积上的磁通量 要点提炼 1 BS 垂直 3 韦伯 T m2 4 S Wb m2 N A m 问题延伸 1 磁通量也有 正 负 磁通量的正 负号并不表示磁通量的方向 它的符号仅表示磁 感线的贯穿方向 一般来说 如果设磁感线从线圈的某面穿过 线圈的磁通量为 那 么磁感线的反面穿过线圈的磁通量就为 反之亦然 2 穿过这一面积的磁通量应为正 负相互抵消后合磁场的磁通量 解题方法探究 例 1 D 由公式B 把数值代入可以得到B 10 T 公式中B是与L垂直的 方向肯定 F IL 不沿竖直方向向上 故选 D 变式训练 1 BD 例 2 1 0 2 0 02 N 安培力方向垂直导线水平向右 3 0 02 N 安培力的方向在纸面 内垂直导线斜向上 4 1 732 10 2 N 方向垂直纸面向里 解析 由左手定则和安培力的计算公式得 1 因导线与磁感线平行 所以导线所受安培力 为零 2 由左手定则知 安培力方向垂直导线水平向右 大小F2 BIL 1 0 1 0 2 N 0 02 N 3 安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上 大小F3 BIL 0 02 N 4 安培 力的方向垂直纸面向里 大小F4 BILsin 60 1 732 10 2 N 变式训练 2 A 图磁场方向垂直纸面向外 B 图磁场方向在纸面内垂直F向下 C D 图电流 方向均垂直于纸面向里 例 3 0 12 Wb 解析 方法一 把S投影到与B垂直的方向 则 B Scos 0 6 0 4 cos 60 Wb 0 12 Wb 方法二 把B分解为平行于线圈平面的分量B 和垂直于线圈平面的分量B B 不穿过线 圈 且B Bcos 则 B S Bcos S 0 6 0 4 cos 60 Wb 0 12 Wb 变式训练 3 BS BS 0 2BS 1 2 即学即练 1 BC 2 BD 3 C 磁通量尽管有正负之分 但却是标量 A 错误 磁通量等于平面垂直于磁场时磁感 应强度与面积的乘积 则同一线圈在同一磁场的同一位置 因放置