物理粵教版選修3-1課件：第三章第三節(jié)《探究安培力》

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,第三節(jié)探究安培力,1．磁場對________的作用力稱為安培力．2．左手定則：伸開左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過______，四指指向______方向，拇指所指的方向?yàn)開_______的方向．3．垂直磁場方向的通電直導(dǎo)線，受到的安培力的大小用公式表示為__________．4．如果磁場方向與電流方向的夾角為θ時，安培力的大小____________，方向仍可用____________判定．,電流,手心,電流,安培力,F＝BIL,F＝BILsinθ,左手定則,由轉(zhuǎn)動，它們通以圖示方向的直流電時，CD導(dǎo)線將()圖3－3－1A．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線ABB．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時靠近導(dǎo)線ABC．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導(dǎo)線ABD．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時離開導(dǎo)線AB,5．兩條通電的直導(dǎo)線互相垂直，如圖3－3－1所示，但兩導(dǎo)線相隔一小段距離，其中導(dǎo)線AB是固定的，另一條CD能自,A,知識點(diǎn)1安培力和磁感應(yīng)強(qiáng)度,如圖3－3－2所示，半徑為r的半圓形導(dǎo)線與磁場B垂直放置，當(dāng)導(dǎo)線中通以電流I時，導(dǎo)線受到的安培力多大？,圖3－3－2,答案：導(dǎo)線的等效長度為2r，故安培力F＝2BIr.,1．安培力的方向,(1)安培力的定義：磁場對電流的作用力叫安培力．,(2)用左手定則判斷安培力的方向：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿過手心，并使伸開的四指指向電流方向，那么大拇指所指方向即為安培力方向．,2．安培力的大小(1)安培力的大小與導(dǎo)線放置有關(guān)．同一通電導(dǎo)線，按不同方式放在同一磁場中，當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向垂直時安培力最大，取為Fmax；當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向平行時，安培力最小，F(xiàn)＝0；其他情況下，0＜F＜Fmax.(2)安培力大小的公式表述．①當(dāng)B與I垂直時：F＝BIL.②當(dāng)B與I成θ角時：F＝BILsinθ，θ是B與I的夾角．注意：F＝BIL是由B＝推導(dǎo)得到的，故在應(yīng)用的時候要注意式中的L為導(dǎo)線垂直于磁場方向的有效長度．,,(3)定義式：B＝.,3．磁感應(yīng)強(qiáng)度,(1)定義：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，通電導(dǎo)線所受的力跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度．,(2)物理意義：表示磁場強(qiáng)弱及方向的物理量．,F,IL,(4)單位：特斯拉，簡稱特，符號為T.,(5)方向：磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，其方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感線的切線方向(小磁針靜止時，N極的指向或N極受力的方向)．,(6)磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁感線：磁感線上某點(diǎn)的切線方向即為該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，磁感線的疏密表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?7)勻強(qiáng)磁場：某個區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向都相同的磁場．在勻強(qiáng)磁場中，磁感線是一組平行且等間距的直線．,(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小只決定于磁場本身的性質(zhì)．與F、I、,L無關(guān)，不能說B與F成正比，與IL成反比．,(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是磁場中小磁針靜止時N極所指的方向．通電導(dǎo)線受力的方向不是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，兩者相互垂直．,4．磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解,(1)在定義式中，通電導(dǎo)線必須垂直于磁場方向放置，因?yàn)榇艌鲋心滁c(diǎn)通電導(dǎo)線受力的大小，除和磁場強(qiáng)弱有關(guān)外，還和導(dǎo)線的方向有關(guān)．導(dǎo)線放入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同，通電導(dǎo)線受力為零的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零．比如電流方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向在一條直線上時．,【例1】如下圖所示的通電導(dǎo)線在磁場中受力分析正確的,是(),解析：注意安培定則與左手定則的區(qū)分，通電導(dǎo)體在磁場中的受力用左手定則．答案：C,【觸類旁通】1．在赤道處沿東西方向放置一根通電直導(dǎo)線，導(dǎo)線中電子定向運(yùn)動的方向是由東向西，則導(dǎo)線受到地磁場的作用力的方,向?yàn)?),A．向上B．向下C．向東D．向北解析：地磁場南北極與地理南北極恰好相反．赤道處導(dǎo)線內(nèi)電流方向?yàn)樽晕飨驏|，地磁場磁感線由南極指向北極，故安培力向上．,A,【例2】將長度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中，電流與磁場的方向如圖3－3－3所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T．試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向．,圖3－3－3,解：(1)因?qū)Ь€與磁感線平行，所以安培力為零；,(2)由左手定則知：安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右，大小為,F＝BIL＝10.10.2N＝0.02N；,(3)安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上，大小為F＝BIL,＝10.10.2N＝0.02N.,,【觸類旁通】2．一段通電導(dǎo)線平行于磁場方向放入勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)線上的電流方向由左向右，如圖3－3－4所示．在導(dǎo)線以其中心點(diǎn),為軸轉(zhuǎn)動90的過程中，導(dǎo)線受到的安培力()A．大小不變，方向不變B．由零增大到最大，方向時刻改變C．由最大減小到零，方向不變D．由零增大到最大，方向不變,圖3－3－4,解析：導(dǎo)線轉(zhuǎn)動前，電流方向與磁場方向平行，導(dǎo)線不受安培力；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過一個小角度后，電流與磁場不再平行，導(dǎo)線受到安培力的作用；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90時，電流與磁場垂直，此時導(dǎo)線所受安培力最大．根據(jù)左手定則判斷知，力的方向始終不變．選項(xiàng)D正確．,答案：D,【例3】(雙選)關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流強(qiáng)度I、導(dǎo)線長度L,和電流所受的安培力F的關(guān)系，下列說法中正確的是(),A．在B＝0處，F(xiàn)一定等于零B．在F＝0處，B一定等于零C．若B＝1T，I＝1A，L＝1m，則F一定等于1ND．若I＝1A，L＝1m，F(xiàn)＝1N，則B不一定等于1T,答案：AD,【觸類旁通】FIL,3．由磁感應(yīng)強(qiáng)度定義式B＝知，磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng),,度的大小(),A．隨著通電導(dǎo)線中電流I的減小而增大B．隨著IL乘積的減小而增大C．隨著通電導(dǎo)線所受磁場力F的增大而增大D．跟F、I、L無關(guān)解析：磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是由磁場本身決定，與通電導(dǎo)線的I、L及其受力F無關(guān)，故D正確．,D,知識點(diǎn)2磁通量,1．磁通量：當(dāng)勻強(qiáng)磁場中有一個垂直磁場的平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，平面面積為S，則穿過這個平面的磁通量Φ＝BS，簡稱磁通．,2．單位：韋伯，簡稱韋，符號為Wb；1Wb＝1Tm.3．理解,(1)Φ的物理意義就是表征穿過這個平面的磁感線的條數(shù)．,B的大小即單位面積磁感線的條數(shù)．,(2)磁通量是標(biāo)量，卻有正負(fù)之分．當(dāng)我們規(guī)定從平面的一面穿進(jìn)的磁感線條數(shù)為正通量，則從另一面穿進(jìn)的磁感線條數(shù)為負(fù)通量．磁通量的運(yùn)算遵從代數(shù)法則．,4．普通公式：當(dāng)勻強(qiáng)磁場方向與一平面夾角為90－θ，即該平面與垂直于勻強(qiáng)磁場的平面的夾角為θ時，則穿過這個平面的磁通量Φ＝BScosθ.,【例4】如圖3－3－5所示，線圈平面與水平方向成θ角，磁感線豎直向下，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈面積為S，則穿過線圈的磁通量Φ＝________.,圖3－3－5,解析：此題的線圈平面abcd與磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向不垂直，不能直接用Φ＝BS計(jì)算．處理時可以用以下兩種方法之一：①把S投影到與B垂直的方向即水平方向(如圖中的,a′b′cd)，有S⊥＝Scosθ,故Φ＝BS⊥＝BScosθ.,②把B分解為平行于線圈平面的分量B∥和垂直于線圈平面分量B⊥，顯然B∥不穿過線圈，且B⊥＝Bcosθ，故Φ＝B⊥S＝,BScosθ.,答案：BScosθ,提示：用Φ＝BScosθ一般只能計(jì)算勻強(qiáng)磁場的磁通．,,【觸類旁通】4．如圖3－3－6所示，兩個同心放置的共面金屬圓環(huán)a和b，一條形磁鐵穿過圓心且與環(huán)面垂直，則穿過兩環(huán)的磁通量Φa和Φb的大小關(guān),系為(),A．Φa>Φb,B．Φa<Φb,C．Φa＝Φb,D．無法比較,解析：磁感線是閉合曲線，在條形磁鐵外部從N極到S極，在內(nèi)部從S極到N極．由于圓環(huán)a的面積小于圓環(huán)b的面積，因此從外部N極到S極穿過a面的磁感線條數(shù)少，而內(nèi)部從S極到N極的磁感線條數(shù)一樣，于是穿過a面的總磁通量大．選項(xiàng)A正確．,圖3－3－6,A,安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動方向,如果通電導(dǎo)體放置在非勻強(qiáng)磁場中，則不能夠運(yùn)用F＝BIL進(jìn)行定量的計(jì)算，但可用F＝BIL和左手定則進(jìn)行定性的討論，常用的方法有以下幾種：,(1)電流元分析法．,把整段電流等效分成很多段直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向，最后確定運(yùn)動方向，注意一般取對稱的兩段電流元分析．,(2)等效分析法．,環(huán)形電流可以等效為小磁針(或條形磁鐵)，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流，通電螺線管可以等效成很多的環(huán)形電流來分析．,(3)特殊位置分析法．,根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力的方向，判斷其運(yùn)動,方向，然后推廣到一般位置．,(4)轉(zhuǎn)換研究對象法．,定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所有電流磁場的反作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向．,【例5】如圖3－3－7所示，把一重力不計(jì)可自由運(yùn)動的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵磁極的正上方，當(dāng)通以圖示方向,的電流時，導(dǎo)線的運(yùn)動情況是(從上往下看)(),A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升圖3－3－7,解析：電流元分析法．,兩個磁極對電流的安培力方向不同，把電流分為兩部分，左半部分受力方向向外，右半部分受力向里．從上往下看，通電導(dǎo)線將沿著逆時針方向轉(zhuǎn)動．當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)到垂直于紙面的方向時，電流受力向下，導(dǎo)線將向下運(yùn)動．所以C選項(xiàng)正確．,答案：C,,【觸類旁通】5．如圖3－3－8所示，在條形磁鐵S極附近懸掛一個圓形線圈，線圈平面與水平磁鐵位于同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈中通以如,圖所示方向的電流時，線圈將()A．向磁鐵平移B．遠(yuǎn)離磁鐵平移C．邊轉(zhuǎn)動邊向左擺動D．邊轉(zhuǎn)動邊向右擺動,圖3－3－8,解析：電流元分析法或等效分析法．,電流元分析法：取離條形磁鐵最近的一小段電流和與之對稱位置的一小段電流．判斷這兩段電流的受力可知，線圈將轉(zhuǎn)動．轉(zhuǎn)動后與磁鐵相互吸引靠近．,等效分析法．環(huán)形電流等效為小磁針．,答案：C,6．如圖3－3－9所示，一條形磁鐵放在水平桌面上，在磁鐵右上方固定一根與磁鐵垂直的長直導(dǎo)線．當(dāng)導(dǎo)線中通以由,外向內(nèi)的電流時(),圖3－3－9A．磁鐵受到向左的摩擦力，且對桌面的壓力減小B．磁鐵受到向右的摩擦力，且對桌面的壓力減小C．磁鐵受到向左的摩擦力，且對桌面的壓力增大D．磁鐵不受摩擦力，對桌面的壓力不變,解析：轉(zhuǎn)換研究對象法．,此題若從電流產(chǎn)生的磁場入手分析，通電直導(dǎo)線的磁場可以用安培定則判斷，但處于磁場中的不是小磁針而是大條形磁鐵，其受力如何很難判定，可能會誤認(rèn)為D選項(xiàng)正確．若將思維方式變換一下，先判定條形磁鐵在通電導(dǎo)線處的磁場方向；再用左手定則判斷可知通電導(dǎo)線在條形磁鐵的磁場中受到的安培力斜向左下方；然后根據(jù)牛頓第三定律，磁鐵受到通電導(dǎo)線的作用力應(yīng)斜向右上方．因磁鐵受力平衡，所以支持力減小，即對桌面的壓力減小，同時受到向左的摩擦力，故A選項(xiàng)正確．,答案：A,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,