《1.1 安培力》知识清单

《1.1安培力》知识清单1.1安培力知识清单一、磁场对通电导线的作用力——安培力1、安培力的发现故事：安培这个人可不得了，就像一个磁场里的探索者。有一天，他在做实验的时候，发现通电导线在磁场里会受到一种力的作用，就像你拿着一根小棍在水里划，水会给小棍一个阻力一样，磁场对通电导线也有这么个特殊的力，这就是安培力。安培力是磁场对电流的作用力。2、安培力的大小公式：＄F＝BIL\sin\theta$（这里的$F$就是安培力，＄B$是磁场的磁感应强度，＄I$是电流强度，＄L$是导线的长度，＄＼theta$是电流方向与磁场方向的夹角），我们就把这个公式叫做安培力大小的计算公式吧。考点1：会根据公式计算安培力的大小。比如说，有一根长为2米的导线，通的电流是3安，放在磁感应强度为0.5特斯拉的磁场里，导线和磁场方向垂直（也就是$＼sin\theta＝1$，这里$＼theta＝90^｛＼circ}＄），那根据公式$F＝BIL\sin\theta$，安培力$F＝0.5\times3\times2\times1＝3$牛。这就像你知道了小盒子的长、宽、高（对应公式里的各个量），就能算出小盒子的体积一样。特殊情况：当$＼theta＝0^｛＼circ}＄（也就是电流方向和磁场方向平行的时候），＄＼sin\theta＝0$，那么安培力$F＝0$。这就好比你拿着一根小棍顺着水流的方向划水，水几乎不会给小棍什么横向的力。当$＼theta＝90^｛＼circ}＄（电流方向和磁场方向垂直的时候），＄＼sin\theta＝1$，安培力$F＝BIL$，这个时候安培力是最大的。就像你拿着小棍垂直于水流方向划水，受到的阻力最大。3、安培力的方向左手定则：这是判断安培力方向的神奇方法。伸出左手，让磁感线垂直穿过手心（就像小蚂蚁要从手心爬过去一样），四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是安培力的方向。考点2：熟练运用左手定则判断安培力方向。比如说，有一个磁场是从左向右的（可以想象成一阵从左向右吹的风），导线里的电流是向上的，那你按照左手定则把手伸出来，就会发现大拇指指向纸外，这就是安培力的方向啦。就像你要根据风向和小旗飘动的方向来判断小旗受到风的力的方向一样。安培力方向的特点：安培力的方向总是垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面。这就像一个桌子的桌面是由两条桌腿（电流方向和磁场方向）支撑起来的，而安培力的方向就像从桌面垂直向上或者向下的力。4、安培力的应用电动机原理电动机就是安培力的一个超级实用的应用。你看，电动机里面有很多线圈，当给这些线圈通电的时候，线圈就在磁场里受到安培力的作用。这个力就会让线圈转动起来，就像你用手推一个小轮子，小轮子就会转一样。比如家里的电风扇，电一通，电动机里的线圈受安培力开始转，然后带动风扇的叶片转动，就有了凉爽的风。考点3：理解电动机工作原理中安培力的作用。在分析电动机的工作过程中，要清楚是安培力使线圈转动的，并且能够根据电流方向、磁场方向判断线圈所受安培力的方向在不同时刻的变化情况。磁电式电流表磁电式电流表的核心也是安培力。电流表里面有一个线圈，当有电流通过这个线圈的时候，线圈在磁场里受到安培力而发生偏转。根据线圈偏转的角度就可以知道电流的大小了。这就像你用一个小天平，根据天平的倾斜角度能知道物体的重量一样。考点4：知道磁电式电流表测量电流的原理是基于安培力。要明白线圈的偏转是因为安培力，而且偏转角度和电流大小是有关系的，电流越大，安培力越大，线圈偏转角度就越大。二、安培力的实验探究1、实验目的探究安培力与电流、导线长度、磁感应强度以及电流方向和磁场方向夹角的关系。这就像你要探究一个魔法盒子（安培力）和放入盒子里的不同东西（电流、导线长度、磁感应强度、夹角）之间的关系一样。2、实验器材蹄形磁铁（用来提供磁场，就像一个小磁场工厂）、电源（给导线通电的能量源，是电流的源头）、导线（电流的载体，就像小火车的轨道一样）、滑动变阻器（可以改变电流的大小，就像水龙头可以调节水流大小一样）、开关（控制电路的通断，就像门的开关一样）、弹簧测力计（用来测量安培力的大小，就像一个力量小侦探）等。3、实验步骤探究安培力与电流的关系保持导线长度、磁感应强度以及电流方向和磁场方向夹角不变。先调节滑动变阻器，让电流为一个较小的值，比如1安，然后用弹簧测力计测量导线所受的安培力大小，记录下来。再逐渐增大电流，比如到2安、3安，每次都测量并记录安培力的大小。你会发现，电流越大，安培力就越大，就像你推一个东西，用的力气越大，东西受到的推力就越大。探究安培力与导线长度的关系保持电流、磁感应强度以及电流方向和磁场方向夹角不变。换用不同长度的导线，先使用较短的导线，测量安培力大小并记录，然后换用较长的导线再测量。你会发现，在其他条件相同的情况下，导线越长，所受安培力越大。这就好比你用同样的力气推不同长度的小木棍，长木棍感觉受到的力更大（这里是安培力更大）。探究安培力与磁感应强度的关系保持电流、导线长度以及电流方向和磁场方向夹角不变。换用不同磁感应强度的磁场，可以通过换用不同磁性强弱的磁铁来实现。先使用磁感应强度较小的磁场，测量安培力大小并记录，然后换用磁感应强度较大的磁场再测量。你会发现，磁感应强度越大，安培力越大。这就像你在不同强度的风里（不同磁感应强度的磁场）拿着同样的小旗（同样的导线和电流），风越大（磁感应强度越大），小旗受到的力（安培力）就越大。探究安培力与电流方向和磁场方向夹角的关系保持电流、导线长度、磁感应强度不变。改变电流方向和磁场方向的夹角，从0°开始，逐步增大到90°。每次测量安培力的大小并记录。你会发现，夹角为0°时安培力为0，夹角增大时安培力也增大，到90°时安培力最大。这就像你拿着小棍在水里划水，小棍和水流方向的夹角不同，受到的力也不同。4、实验数据处理把每次实验得到的数据整理成表格，就像把你每天收集的小贝壳（实验数据）放在不同的小盒子（表格的行和列）里一样。然后根据表格数据，可以画出安培力与电流、导线长度、磁感应强度、夹角的关系图像。如果是安培力和电流的关系，图像大概是一条向上倾斜的直线（在其他条件不变的情况下），这就直观地表示出安培力随电流增大而增大。5、实验误差分析仪器误差：弹簧测力计可能存在精度问题。就像你用的小秤可能称东西不是特别准一样。比如说，它的刻度可能不是很精确，这样测量出来的安培力大小就会有一点偏差。电源提供的电流可能不稳定。这就像水龙头的水有时候流得忽大忽小，导致通过导线的电流不是很稳定，从而影响安培力的测量。操作误差：在改变导线长度或者换用不同磁场的时候，可能没有保证其他条件完全不变。就像你在做实验的时候，一边换东西一边不小心动了别的东西，这样实验结果就不太准确了。测量安培力的时候，弹簧测力计可能没有保持静止或者读数不准确。这就像你看小秤的刻度的时候，眼睛没有平视，读出来的数字就不对了。减小误差的方法：选用精度更高的弹簧测力计和更稳定的电源。这就像你换一个更准的小秤和一个水流更稳定的水龙头一样。在操作过程中更加细心，保证每次只改变一个变量，并且多次测量取平均值。这就像你做事情要更加认真，一次做不好就多做几次，取个中间比较准的结果。三、安培力在实际问题中的分析1、安培力与平衡问题当物体在磁场中受到安培力，并且处于平衡状态（静止或者匀速直线运动）的时候，我们就要用到平衡条件来分析问题了。比如说，有一根通电导线放在磁场里，它还受到重力和绳子的拉力，这时候导线静止不动。那根据平衡条件，安培力、重力和拉力这三个力的合力为0。就像你看到一个小木偶被几根绳子拉着悬在空中不动，这几根绳子的拉力和小木偶的重力要平衡一样。考点5：能够分析在安培力作用下物体的平衡问题。解题的时候，首先要画出物体的受力分析图，把安培力、重力、弹力、摩擦力等所有可能的力都画出来，然后根据平衡条件列方程求解。比如，已知导线的重力、电流、磁场等条件，求绳子的拉力大小。2、安培力与动力学问题当物体在磁场中受到安培力，并且有加速度（不是平衡状态）的时候，就涉及到动力学问题了。例如，有一个导体棒在磁场中的导轨上滑动，导轨光滑，导体棒通有电流，它会受到安培力的作用而加速运动。这时候我们就要用到牛顿第二定律$F＝ma$（这里的$F$要考虑安培力以及其他可能的力）来分析它的运动情况了。就像你看到一个小滑块在斜面上滑下，要考虑重力、摩擦力等力对它运动的影响一样。考点6：能够解决安培力作用下的动力学问题。要根据题目给出的条件，分析物体受到的安培力大小和方向，然后结合牛顿第二定律求出物体的加速度、速度等物理量。习题：1、一根长为0.5米的导线，通有电流2安，放在磁感应强度为0.8特斯拉的磁场中，导线与磁场方向夹角为60°，求导线所受安培力的大小。2、已知磁场方向是垂直纸面向里，导线中的电流方向是从左向右，用左手定则判断安培力的方向。3、在一个实验中，探究安培力与导线长度的关系。当导线长度为0.3米时，安培力为1牛；当导线长度增加到0.6米时（其他条件不变），预计安培力为多少？4、有一个导体棒质量为0.1千克，放在水平导轨上，导轨所在磁场的磁感应强度为1特斯拉，导体棒通有电流3安，导轨光滑。求导体棒的加速度大小（只考虑安培力对其运动的影响）。答案：1、根据公式$F＝BIL\sin\theta$，＄F＝0.8\times2\times0.5\times\sin60^｛＼circ}＝0.8\times2\times0.5\times\frac{＼sqrt{3}｝｛2}＝0.4\sqrt{3}＄牛。2、伸出左手，让磁感线垂直穿过手心（垂直纸面向里），四指指向电流方向（从左向右），大拇指向上，所以安培力方向向上。3、因为安培力与导线长度成正比（其他条件不变），设当导线长度为0.6米时安培力为$F'＄，则$＼frac{F'｝｛1}＝＼frac{0.6}｛0.3}＄，＄F'＝2$牛。4、