2019-2020学年物理高中粤教版选修3-1课件：第3章 第3节 探究安培力 .pdf
触类旁通合作探究自主预习 第三节第三节 探究安培力探究安培力 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 一、安培力的方向一、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. 触类旁通合作探究自主预习 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. 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 二、磁感应强度二、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. 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 三、安培力的大小三、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. 触类旁通合作探究自主预习 目标导航预习导引一二三四 四、磁通量四、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. 触类旁通合作探究自主预习 知识精要典题例解迁移应用一二三 一、磁感应强度一、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. 触类旁通合作探究自主预习 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 触类旁通合作探究自主预习 一二三知识精要典题例解迁移应用 触类旁通合作探究自主预习 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 ( ) 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.通电导线放在磁场中的某点,该点就有磁感应强度,如果将通电 导线拿走,该点的磁感应强度就为零 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 触类旁通合作探究自主预习 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,与磁场中有无通电导线无关,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 触类旁通合作探究自主预习 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 触类旁通合作探究自主预习 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. 触类旁通合作探究自主预习 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: 触类旁通合作探究自主预习 一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用 触类旁通合作探究自主预习 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. 触类旁通合作探究自主预习 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=BIL=BILsin ,即F=BILsin . 触类旁通合作探究自主预习 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. 触类旁通合作探究自主预习 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. 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. 触类旁通合作探究自主预习 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. 触类旁通合作探究自主预习 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 触类旁通合作探究自主预习 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( ) 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 触类旁通合作探究自主预习 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. 触类旁通合作探究自主预习 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 触类旁通合作探究自主预习 一二三知识精要思考探究典题例解迁移应用 答案：BD 触类旁通合作探究自主预习 一二三知识精要典题例解迁移应用 三、磁通量三、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. 触类旁通合作探究自主预习 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=0.4 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?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? 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. 触类旁通合作探究自主预习 一二三知识精要典题例解迁移应用 解析:线圈在垂直磁场方向上的投影面积S=Scos 60°=0.4× m2=0.2 m2,穿过线圈的磁通量=BS=0.6×0.2 Wb=0.12 Wb.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=-0.6×0.4 Wb=-0.24 Wb.故磁通量的变化量=|2-1|=|- 0.24-0.12| Wb=0.36 Wb. 答案:0.36 Wb 触类旁通合作探究自主预习 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 . 触类旁通合作探究自主预习 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( ) A.12 B.1=2 C.12D.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12. 触类旁通合作探究自主预习 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. 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 如图所示,一长为10 cm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0.1 T,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12 V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0.5 cm;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0.3 cm.重力加速度大小取10 m/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. 触类旁通合作探究自主预习 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=0.5 cm.由胡 克定律和力的平衡条件得 2kl1=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=0.3 cm,由胡克定律和力的平衡条件得 2k(l1+l2)=mg+F 由欧姆定律有E=IR 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻. 联立式,并代入题给数据得 m=0.01 kg. 答案：开关闭合后金属棒所受安培力方向竖直向下 金属棒质 量为0.01 kg 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解 如图所示,两光滑的平行金属轨道与水平面成角,两轨道间距为 L,一金属棒垂直两轨道水平放置.金属棒质量为m,电阻为R,轨道上 端的电源电动势为E,内阻为r.为使金属棒能静止在轨道上,可加一 方向竖直向上的匀强磁场,则该磁场的磁感应强度B应是多大? 触类旁通合作探究自主预习 知识链接案例探究类题试解
