《2019-2020學年高中物理 第3章 磁場 第3節(jié) 探究安培力學案 粵教版選修3-1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020學年高中物理 第3章 磁場 第3節(jié) 探究安培力學案 粵教版選修3-1（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第三節(jié)　探究安培力 [學習目標]　1.知道安培力的概念，會用左手定則判斷安培力的方向，會用公式F＝BIL計算安培力的大?。?重點、難點)　2.理解磁感應強度的定義，掌握磁感應強度的方向，會用磁感應強度的定義式進行有關的計算．(重點)　3.知道勻強磁場以及勻強磁場的磁感線分布特點．(重點)　4.知道磁通量的概念，會根據(jù)公式Φ＝BS計算磁通量． 一、安培力及其方向 1．安培力：磁場對電流的作用力． 2．安培力方向的判斷 (1)安培力的方向可用左手定則判斷． (2)左手定則：伸開左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內．把手放入磁場中讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的

2、四指指向電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向．(如圖所示) 二、安培力的大小及磁感應強度 1．安培力大小 通電導線在同一磁場中受到的安培力大小與I和L的乘積成正比，表達式為F＝BIL． 2．磁感應強度 (1)定義：當通電導線與磁場方向垂直時，通電導線所受的安培力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值． (2)公式：B＝． (3)單位：特斯拉，簡稱：特，符號：T． (4)方向：某處的磁感應強度方向為該處的磁場方向． (5)與磁感線的關系 磁感應強度和磁感線是一致的，磁感線上每一點的切線方向與該點磁感應強度方向一致，磁感線的疏密程度表示磁感

3、應強度的大小，這樣就可從磁感線的分布情況形象地看出磁感應強度的方向和大?。? 3．勻強磁場 磁場的某一區(qū)域里，磁感應強度的大小和方向處處相同，這個區(qū)域的磁場叫做勻強磁場． 三、磁通量 1．概念 (1)定義：在勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，平面的面積為S，則磁感應強度B與面積S的乘積，叫做穿過這個面的磁通量． (2)公式：Φ＝BS． (3)單位：韋伯，簡稱韋，符號Wb.1 Wb＝1 T·m2. 2．意義：磁通量的多少表示穿過這一面積的磁感線條數(shù)． 3．磁通密度：由Φ＝BS知B＝.磁感應強度B在數(shù)值上等于穿過垂直磁感應強度的單位面積上的磁通量． 1．正誤判斷 (1)

4、安培力的方向一定與電流方向、磁場方向均垂直． (√) (2)只有電流方向與磁場方向垂直時，通電導線才受安培力的作用． (×) (3)勻強磁場中磁感線是互相平行的直線． (√) (4)無論何種情況，電流受的安培力大小均為F＝BIL.(×) (5)磁感應強度越大穿過單位面積的磁通量也越大． (×) 2．如圖所示，勻強磁場的磁感應強度為B，通電直導線與磁場方向垂直，導線長度為L，導線中電流為I.該導線所受安培力的大小為(　　) A．0 B．BIL　　　　C.　　　　D. B　[從圖中可以看出，通電導線中的電流I方向與磁場方向垂直，則導線所受安培力的大小F＝BIL，方向垂直紙面向

5、外，故選B.] 3.如圖所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內有勻強磁場，磁場方向垂直線圈平面．若磁感應強度為B，則穿過線圈的磁通量為(　　) A．πBR2 B．πBr2 C．nπBR2 D．nπBr2 B　[磁通量與線圈匝數(shù)無關，且磁感線穿過的面積為πr2，而并非πR2，故B項對．] 磁感應強度的理解 1.對磁感應強度的理解 (1)在定義式B＝中，通電導線必須垂直于磁場方向放置．因為磁場中某點通電導線受力的大小，除和磁場強弱有關以外，還和導線的方向有關． (2)磁感應強度B的大小只決定于磁場本身的性質，與F、I、L無關．

6、 (3)磁感應強度的方向是磁場中小磁針靜止時N極所指的方向． (4)磁感應強度的定義式也適用于非勻強磁場，這時L應很短，IL稱為“電流元”，相當于靜電場中的“試探電荷”． 2．磁感應強度B與電場強度E的比較 磁感應強度B 電場強度E 物理意義 描述磁場的性質 描述電場的性質 定義式 共同點 都是用比值法進行定義的 特點 B＝，通電導線與B垂直，B與F、I、L無關 E＝ E與F、q無關 方向 共同點 矢量，都遵從矢量合成法則 不同點 小磁針N極的受力方向，表示磁場方向 放入該點的正電荷的受力方向，表示電場方向 【例1】　(多選)把一小段通電直導線垂

7、直磁場方向放入一勻強磁場中，圖中能正確反映各量間關系的是(　　) BC　[磁感應強度的大小和方向由磁場自身決定，不隨F或IL的變化而變化，故B正確，D錯誤；當導線垂直于磁場放置時，有B＝，即F＝ILB.所以B不變的情況下F與IL成正比，故A錯誤，C正確．] 正確理解比值定義法 (1)定義B＝是比值定義法，這種定義物理量的方法實質就是一種測量方法，被測量點的磁感應強度與測量方法無關． (2)定義a＝、E＝也是比值定義法，被測量的物理量也與測量方法無關，不是由定義式中的兩個物理量決定的． 1．在勻強磁場中某處P放一個長度為L＝20 cm，通電電流I＝0.5 A的直導線，測得它

8、受到的最大磁場力F＝1.0 N，其方向豎直向上，現(xiàn)將該通電導線從磁場中撤走，則P處磁感應強度為(　　) A．零 B．10 T，方向豎直向上 C．0.1 T，方向豎直向下 D．10 T，方向肯定不沿豎直向上的方向 D　[由B＝，得B＝ T＝10 T. 因為B的方向與F的方向垂直，所以B的方向不會沿豎直向上的方向．] 磁場的疊加 【例2】　如圖所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，O為半圓弧的圓心，∠MOP＝60°，在M、N處各有一條長直導線垂直穿過紙面，導線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示，這時O點的磁感應強度大小為B1.若將M處長直導線移至P處，則O點的

9、磁感應強度大小為B2，那么B2與B1之比為(　　) A．∶1　 B．∶2 C．1∶1 D．1∶2 B　[依題意，每根導線在O點產生的磁感強度為，方向豎直向下，則當M移至P點時，兩根導線在O點形成的磁場方向成60°角，則O點合磁感應強度大小為：B2＝2××cos 30°＝B1，則B2與B1之比為∶2.故選B.] (1)熟練掌握各類磁場的特征及磁感線的分布規(guī)律． (2)磁感應強度為矢量，空間某點的磁感應強度為各場源在此點產生的磁感應強度的矢量和． 2.在磁感應強度為B0、方向向上的勻強磁場中，水平放置一根長通電直導線，電流的方向垂直于紙面向里．如圖所示，a、b、c、

10、d是以直導線為圓心的同一圓周上的四點，在這四點中(　　) A．b、d兩點的磁感應強度相同 B．a、b兩點的磁感應強度相等 C．c點的磁感應強度的值最小 D．b點的磁感應強度的值最大 C　[如圖所示，由矢量疊加原理可求出各點的合磁場的磁感應強度，可見b、d兩點的磁感應強度大小相等，但方向不同，A項錯誤；a點的磁感應強度最大，c點的磁感應強度最小，B、D項錯誤，C項正確．] 安培力的方向和大小 1.安培力方向的特點 不論磁場方向和電流方向是否垂直，安培力的方向一定既與磁場方向垂直，又與電流方向垂直，即安培力總垂直于磁場方向與電流方向所決定的平面． 2．安培定則(右

11、手螺旋定則)與左手定則的比較 安培定則(右手螺旋定則) 左手定則 作用 判斷電流的磁場方向 判斷通電導線在磁場中的受力方向 內容 具體情況 直線電流 環(huán)形電流或通電螺線管 通電導線在磁場中 應用方法 拇指指向電流的方向 四指彎曲的方向表示電流的環(huán)繞方向 磁感線穿過手掌心，四指指向電流的方向 結果 四指彎曲的方向表示磁感線的方向 拇指指向軸線上磁感線的方向 拇指指向通電導線受到的磁場力的方向 3.對安培力大小的理解 (1)對公式F＝ILB的理解 ①適用條件：直線電流I垂直于磁感應強度B時，方有F＝ILB ②公式中的L指的是導線的“有效長度”，在

12、B⊥I的前提下，彎曲導線的有效長度等于連接兩端點直線的長度，如圖． (2)同樣情況下，通電導線與磁場方向垂直時，它所受的安培力最大；導線與磁場方向平行時，它不受安培力；導線與磁場方向斜交時，它所受的安培力介于0和最大值之間． 4.若磁場和電流成θ角時，如圖所示．可以將磁感應強度B正交分解成B⊥＝Bsin θ和B∥＝Bcos θ，而B∥對電流是沒有作用的．F＝ILB⊥，即F＝ILBsin θ. 【例3】　如圖所示，在天花板下用細線懸掛一半徑為R的金屬圓環(huán)，圓環(huán)處于靜止狀態(tài)，圓環(huán)一部分處在垂直于環(huán)面的磁感應強度大小為B的水平勻強磁場中，環(huán)與磁場邊界交點A、B與圓心O連線的夾角為120

13、°，此時懸線的張力為F.若圓環(huán)通電，使懸線的張力剛好為零，則環(huán)中電流大小和方向是(　　) A．電流大小為，電流方向沿順時針方向 B．電流大小為，電流方向沿逆時針方向 C．電流大小為，電流方向沿順時針方向 D．電流大小為，電流方向沿逆時針方向 A　[要使懸線拉力為零，則圓環(huán)通電后受到的安培力方向向上，根據(jù)左手定則可以判斷，電流方向應沿順時針方向，根據(jù)力的平衡F＝BI·R，求得I＝，故A正確，B、C、D錯誤．] 訓練角度1.安培力大小的計算 3．如圖，長為2l的直導線折成邊長相等，夾角為60°的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中，磁感應強度為B，當在該導線中通以電流強

14、度為I的電流時，該V形通電導線受到的安培力大小為(　　) A．0 B．0.5Bil C．Bil D．2BIl C　[方法1：導線有效長度為2lsin 30°＝l，根據(jù)安培力公式，該V形通電導線受到的安培力大小為BIl. 方法2：由安培力大小公式F＝BIl知V形導線每邊受力為F，方向如圖所示，其合力大小為2Fsin 30°＝F＝BIl，C對． ] 訓練角度2.安培力方向的判斷 4.如圖所示，在平面直角坐標系中，a、b、c是等邊三角形的三個頂點，三個頂點處分別放置三根互相平行的長直導線，導線中通有大小相等的恒定電流，方向垂直紙面向里．對于頂點c處的通電直導線所受安培力的方向，

15、下列說法中正確的是(　　) A．沿y軸正方向 B．沿y軸負方向 C．沿x軸正方向 D．沿x軸負方向 B　[等邊三角形的三個頂點a、b、c處均有一通電導線，且導線中通有大小相等的恒定電流．由安培定則可得導線a、b的電流在c處的合磁場方向水平向右．再由左手定則可得安培力的方向是豎直向下，指向y軸負向．故B正確，A、C、D錯誤．] 磁通量的理解和計算 1.磁通量的計算 (1)公式：Φ＝BS. 適用條件：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直． (2)在勻強磁場B中，若磁感線與平面不垂直，公式Φ＝BS中的S應為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積． 因為S⊥＝Scos θ

16、所以Φ＝BScos θ 式中Scos θ即為面積S在垂直于磁感線方向上的投影，我們稱為“有效面積”(如圖所示)． 2．磁通量的正、負 (1)磁通量是標量，但有正、負，當磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，磁感線從此面穿出時為負值． (2)若同時有磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量大小為Φ1，反向磁通量大小為Φ2，則穿過該平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2. 3．磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1 (1)當B不變，有效面積S變化時，ΔΦ＝B·ΔS. (2)當B變化，S不變時，ΔΦ＝ΔB·S. (3)B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1.但此時ΔΦ≠ΔB·ΔS. 【例4】　如圖所示，

17、框架面積為S，框架平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直，則穿過平面的磁通量為多少？若使框架繞OO′軸轉過60°角，則穿過線框平面的磁通量為多少？若從初始位置轉過90°角，則穿過線框平面的磁通量為多少？若從初始位置轉過180°角，則穿過線框平面的磁通量變化量為多少？ [解析]　在圖示位置時，磁感線與線框平面垂直，Φ＝BS.當框架繞OO′軸轉過60°時可以將原圖改畫成從前向后看的正視圖，如圖所示． Φ＝BS⊥＝BS·cos 60°＝BS. 轉過90°時，線框由磁感線垂直穿過變?yōu)槠叫校担?. 線框轉過180°時，磁感線仍然垂直穿過線框，只不過穿過方向改變了． 因而Φ1＝BS，Φ

18、2＝－BS，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS. [答案]　BS　BS　0　2BS 有關磁通量的四點提醒 (1)平面S與磁場方向不垂直時，要把面積S投影到與磁場垂直的方向上，即求出有效面積． (2)可以把磁通量理解為穿過面積S的磁感線的凈條數(shù)．相反方向穿過面積S的磁感線可以互相抵消． (3)當磁感應強度和回路面積同時發(fā)生變化時，ΔΦ＝Φt－Φ0，而不能用ΔΦ＝ΔB·ΔS計算． (4)磁通量有正、負，但其正、負由“面”決定，不表示大小，也不表示方向，僅是為了計算方便而引入的． 訓練角度1.磁通量的理解 5．關于磁通量的概念，以下說法中正確的是(　　) A．磁感應強度越大，穿過

19、閉合回路的磁通量也越大 B．穿過線圈的磁通量為零，但磁感應強度不一定為零 C．磁通量發(fā)生變化，一定是磁場發(fā)生變化引起的 D．磁感應強度越大，線圈面積越大，則磁通量也越大 B　[當回路與磁場平行時，沒有磁感線穿過回路，則回路的磁通量Φ為零，這時磁感應強度越大，穿過閉合回路的磁通量不變?yōu)榱?，故A錯誤．磁通量Φ為零時，可能回路與磁場平行，則磁感應強度不一定為零，故B正確．根據(jù)磁通量Φ＝BSsin α，磁通量的變化可能由B、S、α的變化引起，故C錯誤．磁感應強度越大，線圈面積越大，磁通量不一定越大，還與回路與磁場方向的夾角有關，故D錯誤．] 訓練角度2.磁通量大小的計算 6.如圖所示，邊長

20、為L的n匝正方形線框abcd內部有一邊長為的正方形區(qū)域的勻強磁場，磁場的磁感應強度為B.下列說法正確的是(　　) A．穿過線框abcd的磁通量為BL2 B．穿過線框abcd的磁通量為nBL2 C．穿過線框abcd的磁通量為 D．穿過線框abcd的磁通量為 C　[磁通量Φ＝BS，與線圈匝數(shù)無關，式中的S為在磁場中與磁場垂直的面積，所以Φ＝B·，C正確．] 課 堂 小 結 知 識 脈 絡 1.安培力的方向一定與電流方向和磁場方向所決定的平面垂直，具體方向可用左手定則分析． 2．安培力的大小可用公式F＝BIL計算，其中B與I垂直，L為導線在磁場中的有效長度． 3．磁感應強度是

21、用以描述磁場強弱和方向的物理量，是矢量，遵從矢量合成法則． 4．磁通量大小Φ＝BS，其中S是與磁感應強度B垂直的面積，磁通量是標量，但有正、負之分． 1．由磁感應強度定義式B＝知，磁場中某處的磁感應強度的大小(　　) A．隨著通電導線中電流I的減小而增大 B．隨著IL乘積的減小而增大 C．隨著通電導線所受磁場力F的增大而增大 D．跟F、I、L無關 D　[磁感應強度是用比值定義法定義的．B＝只是指出了計算B的方法，而B的大小由磁場本身決定，與F、I、L無關．] 2.如圖所示，半徑為a的圓形金屬導線PQ處于勻強磁場中，O是其圓心，勻強磁場的磁感應強度為B，方向與平面OP

22、Q垂直．當在導線中通以大小為I的恒定電流時，該導線受到的安培力的大小和方向是(　　) A．Bla，與直線OQ垂直 B．BIa，與直線OP垂直 C．BIa，與直線PQ垂直 D．，與直線PQ垂直 C　[半徑為a的圓形金屬導線PQ在磁場中的有效長度L＝a，則導線受到的安培力大小為F＝BIL＝BIa.根據(jù)左手定則可知安培力的方向與直線PQ垂直．故A、B、D錯誤，C正確．] 3．(多選)三條在同一平面(紙面)內的長直絕緣導線搭成一等邊三角形．在導線中通過的電流均為I，電流方向如圖所示．a、b和c三點分別位于三角形的三個頂角的平分線上，且到相應頂點的距離相等．將a、b和c處的磁感應強度

23、大小分別記為B1、B2和B3.下列說法正確的是(　　) A．B1＝B2ΦB D．無法判斷 B　[在條形磁鐵的周圍，磁感線是從N極出發(fā)，經(jīng)外空間磁場由S極進入磁鐵內部．在磁鐵內部的磁感線從S極指向N極，又因磁感線是閉合的平滑曲線，所以條形磁鐵內外磁感線條數(shù)一樣多，從下向上穿過A、B環(huán)的磁感線條數(shù)一樣多，而從上向下穿過A環(huán)的磁感線多于B環(huán)，則從下向上穿過A環(huán)的凈磁感線條數(shù)小于B環(huán)，所以通過B環(huán)的磁通量大于通過A環(huán)的磁通量．] - 13 -