高二物理 第15章第2节 安培力 磁感应强度课件.ppt

第二节安培力磁感应强度 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第二节 课前自主学案 目标概览 目标概览 学习目标 1 理解磁感应强度b的概念 知道其单位 2 知道用磁感线的疏密可以形象直观地反映磁感应强度的大小 3 知道什么叫匀强磁场 知道匀强磁场的磁感线的分布情况 4 知道什么是安培力 知道电流方向与磁场方向平行时 电流所受的安培力为零 电流方向与磁场方向垂直时 电流所受安培力的大小f bil 5 会用左手定则熟练地判定安培力的方向 重点难点 1 理解磁场对电流的作用力大小的决定因素 掌握安培力大小计算和方向判断的方法 2 对左手定则的理解 课前自主学案 一 磁感应强度1 定义 在磁场中 磁场方向的通电导线 所受的安培力f跟电流i和导线长度l的乘积il的 叫做通电导线所在处的磁感应强度 用b来表示 垂直于 比值 垂直于 磁场 3 单位 特斯拉 简称特 国际符号是t 1t 1 4 磁感应强度是矢量 既有大小 又有方向 磁场中某一点 的方向就是该点磁场的方向 5 磁感线的 程度可以表示磁感应强度b的大小 磁感应强度 疏密 二 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 匀强磁场的磁感线是相互 且 的直线 与匀强电场的电场线相似 三 安培力磁场对 的作用力叫安培力 1 大小 1 当导线方向与磁场方向 时 所受安培力最大为f bil 2 当导线方向与磁场方向 时 所受安培力最小为f 0 大小 方向 平行 分布均匀 电流 垂直 平行 3 当导线方向与磁场方向斜交时 所受安培力介于 和 之间 2 方向 1 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 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通电导线在磁场中所受 的方向 2 安培力的特点 f b f i 即f的方向垂直于 和 所在的平面 b和i可以有任意夹角 0 bil 电流 安培力 磁感线 通电导线 核心要点突破 5 磁感应强度b与电场强度e的比较 特别提醒 磁场中某处磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定 与放入的通电导线的长度 电流无关 引入电流元il只是一种研究方法 被研究的量与研究方法无关 二 如何确定安培力的大小和方向1 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 如图15 2 1所示 三种情况下 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 图15 2 1 2 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 3 弯曲导线的有效长度l 等于连接两端点直线的长度 如图15 2 2 相应的电流沿l由始端流向末端 图15 2 2 2 电场力与安培力的比较 三 如何判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向1 电流元分析法把整段电流分成很多小段直线电流 其中每一小段就是一个电流元 先用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力的方向 再判断整段电流所受安培力的方向 从而确定导体的运动方向 2 特殊位置分析法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置 如转过90 后再判断所受安培力方向 从而确定运动方向 3 等效分析法环形电流可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可以等效成环形电流 通电螺线管可等效成很多的环形电流来分析 4 推论分析法 1 两直线电流相互平行时无转动趋势 方向相同时相互吸引 方向相反时相互排斥 2 两直线电流不平行时有转动到相互平行且方向相同的趋势 课堂互动讲练 有关磁感应强度的下列说法中 正确的是 a 磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量b 若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用 则该点的磁感应强度一定为零 答案 a 点评 磁场的强弱由磁场本身决定 与磁场中是否放入通电导线 导线放入的位置无关 用垂直于磁场方向的通电导线所受安培力的大小来量度磁场的强弱 导线的作用在于检测 与电场不同的是电场中只要场强不为零 带电粒子一定受力 而磁场中即使磁感应强度不为零 通电导线受力也有可能为零 安培力的大小与b i l及电流与磁场的夹角有关 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 小磁针n极受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 解析 选bd 磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场方向 磁场方向也就是小磁针n极受力方向 但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场方向 图15 2 3 图15 2 4 答案 d 点评 磁感应强度是矢量 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 该题中c点的磁感应强度大小应为a b两导线在该处所产生磁感应强度的矢量和 变式训练2 2011年高考大纲全国卷 如图15 2 5 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流i1和i2 且i1 i2 a b c d为导线某一横截面所在平面内的四点且a b c与两导线共面 b点在两导线之间 b d的连线与导线所在平面垂直 磁感应强度可能为零的点是 a a点b b点c c点d d点图15 2 5 解析 选c 由于i1 i2 且离导线越远产生的磁场越弱 在a点i1产生的磁场比i2产生的磁场要强 a错 同理 c对 i1与i2在b点产生的磁场方向相同 合成后不可能为零 b错 d点两电流产生的磁场b1 b2不共线 合磁场不可能为0 d错 一个可自由运动的线圈l1和一个固定的线圈l2互相绝缘垂直放置 且两个线圈的圆心重合 当两线圈都通过如图15 2 6所示方向的电流时 则从左向右看 线圈l1将 a 不动b 顺时针转动c 逆时针转动d 向纸外平动 图15 2 6 解析 法一 利用结论法 环形电流l1 l2间不平行 则必有相对转动 直到两环形电流同向平行为止 据此可判断出l1的转动方向 故从左向右看线圈l1逆时针转动 图15 2 7 法二 把线圈l1等效成小磁针 如图15 2 7所示 线圈l2在线圈l1所占据的空间内产生的磁场方向垂直于纸面向里 等效的小磁针n极的受力方向与所在区域磁场方向一致 故从左向右看线圈l1逆时针转动 法三 把线圈l1沿转动轴分成前后两部分 前一部分在线圈l2产生的磁场中受到的安培力向上 后一部分在线圈l2产生的磁场中受到的安培力向下 故从左向右看线圈l1逆时针转动 答案 c 点评 判断在安培力作用下通电导体和通电线圈运动方向的方法 1 电流元法 即把整段电流等效为多段直流电流元 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 如例3的法三 2 等效法 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管 如例3的法二 变式训练3如图15 2 8所示 静止的圆形线圈有逆时针方向的电流 在其直径mn靠近n点处放一根垂直于线圈平面且固定不动的长直导线 当长直导线中通以垂直纸面向里的电流后 则圆形线圈将 a 仅向左平动b 仅向右平动c 以mn为轴转动 且向左平动d 以mn为轴转动 且向右平动图15 2 8 解析 选c 长直导线通电后在它周围形成以长直导线上的点为圆心的圆形磁场区域 如图中虚线所示 圆形线圈就是在该磁场中的通电导线 要受到安培力的作用 其方向可由左手定则判断 圆形线圈下半部分所在处磁场方向斜向上 所以受的安培力方向垂直于纸面向外 上半部分线圈受的安培力垂直于纸面向里 因此线圈以mn为轴转动 线圈的右边电流趋向于与直线电流同向 线圈的左边电流趋向于与直线电流反向 因同向电流相吸 反向电流相斥 水平方向合力向左 所以线圈边转动 边向左平动 c选项正确 2011年北京东城检测 如图15 2 9所示 在倾角为 30 的斜面上 固定一宽l 0 25m的平行金属导轨 在导轨上端接入电源和滑动变阻器 图15 2 9 电源电动势e 12v 内阻为r 1 0 一质量m 20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好 整个装置处于磁感应强度b 0 80t 垂直于斜面向上的匀强磁场中 导轨与金属棒的电阻不计 金属导轨是光滑的 取g 10m s2 要保持金属棒在导轨上静止 求 1 金属棒所受到的安培力 2 通过金属棒的电流 3 滑动变阻器r接入到电路中的阻值 图15 2 10 答案 1 0 1n 2 0 5a 3 23 点评 对于含有安培力的力学问题 跟分析力学问题一样 首先要进行受力分析 然后根据力学规律求解 变式训练4 2011年杭州市质检 如图15 2 11所示 两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源e 导轨平面与水平面间的夹角 30 金属杆ab垂直导轨放置 导轨与金属杆接触良好 整个装置处于磁感应强度为b的匀强磁场中 当磁场方向垂直导轨平面向上时 金属杆能刚好处于静止状态 要使金属杆能沿导轨向上运动 可以采取的措施是 图15 2 11a 增大磁感应强度bb 调节滑动变阻器使电流减小c 增大导轨平面与水平面间的夹角 d 将电源正负极对调使金属杆的电流方向改变