探究安培力

引入：法国物理学家安培最早发现磁场对电流有力的作用，而且经过反复研究，他总结出这一作用力所遵循的规律。为了纪念安培在研究磁场对电流的作用力方面作出的杰出贡献，物理学中把磁场对电流的作用力称为安培力。第三节探究安培力学科网一、安培力的方向引入：当通电导线与磁场方向平行时，电流受到的安培力为零；当通电导线与磁场方向垂直时，电流受到的安培力最大。下面我们通过实验探究，在直导线与磁场方向垂直的情况下，安培力沿什么方向？1、安培力的方向既垂直于电流方向，又垂直于磁场方向，即垂直于电流和磁场所组成的平面。2、安培力的方向的判定方法:左手定则判定步骤：①伸开左手，大拇指跟四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内；②把手放入磁场中让磁感线穿过手心，并使伸开的四指指向电流的方向；③那么，大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。左手定则运用IFIIF学科网固定I1I2I1I2固定固定I1I2I1固定左手定则运用例1、下图表示一根放在磁场里的通电直导线，导线与磁场方向垂直．图中已分别标明电流方向、磁场方向和导线受力方向中两个的方向，试标出另一个的方向．例2、在下图中，试判断通电导体AB在磁场中的受力方向，并在图上用箭头表示出来．二、安培力的大小1.当电流与磁场方向垂直时:BIF2.当电流与磁场方向平行时：磁场对电流的作用力为零.NSI问题:如果既不平行也不垂直呢？BθI问题:如果既不平行也不垂直呢？BθI3.当电流与磁场方向夹角为θ时:BFB⊥B∥II学科网×BFBF分析受到的安培力时,要善于把立体图,改画成易于分析受力的平面图形.aBθbBθba×θθBIBI二、安培力的大小引入：当通电导线与磁场方向平行时，电流受到的安培力为零；当通电导线与磁场方向垂直时，电流受到的安培力最大。下面我们通过实验探究，在直导线与磁场方向垂直的情况下，安培力的大小跟什么因素有关。①保持电流I不变，改变导线通电部分的长度L，讨论F与L的关系；②保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，讨论F与I的关系。实验结论：F与I成正比，F与L成正比，即F与IL的乘积成正比。把上述实验结论写成等式可得：F=kIL。式子中的比例系数由磁场的强弱决定，可见k反映了磁场的强弱，物理学中把k写成B。2、公式：F=BILBI1、影响因素：①电流大小②导线的长度③磁场大小※当电流方向I与磁场方向B的夹角为θ时F=BILsinθ公式F=BIL的适用条件：①直导线②匀强磁场③电流方向I与磁场方向B垂直①当θ=0°，F=0②当θ=90°，F=BIL当B与I不垂直时F、B、I的关系示意图BIFB⊥B∥总结：不管B与I是否垂直，F都垂直与B和I所决定的平面F、B、I方向关系示意图BIF2、定义式：B=F/IL思考：如何形象地表示磁感应强度的大小和方向？三、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，简称“特”，符号T，1T=1N/A·m即垂直磁场方向放置的长1m的导线，通入电流为1A，如果受的安培力为1N，则该处的磁感应强度B为1T。一般永久磁铁磁极附近的磁感应强度约为0.4T～0.7T；电机和变压器铁心中，磁感应强度为0.8T～1.4T，地面附近地磁场的磁感应强度约为0.5×10-4T。磁感线形象地表示磁感应强度的大小和方向。BBB四、磁通量引入：在后面的电学学习中，我们要讨论穿过某一个面的磁场情况。我们知道，磁场的强弱（即磁感应强度）可以用磁感线的疏密来表示。如果一个面积为S的面垂直一个磁感应强度为B的匀强磁场放置，则穿过这个面的磁感线的条数就是确定的。我们把B与S的乘积叫做穿过这个面的磁通量。1、定义：在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，设磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S，我们将磁感应强度B与面积S的乘积,叫做穿过这个面的磁通量，用Φ表示．2、公式：Φ=B·S3、单位：韦伯（Wb）1Wb=1T·m24、由于B=Φ/s,所以B又叫磁通密度。它把质量为300克的炮弹加速到了每秒约4千米。如果是在真空中，这个速度还可提高到每秒8~10千米，这已经超过了第一宇宙速度，具备了作为一种新型航天发射装置的理论资格。•电磁炮的原理：•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.如果想提高这种电磁炮的发射速度,理论上可以怎么办？应用安培力应注意的两个问题1.分析受到的安培力时,要善于把立体图,改画成易于分析受力的平面图形.2.弯曲导线的有效长度L:处理导线受到的安培力问题方法先对导线进行受力分析,画出导线的受力平面图,然后依照F合=0,F合=ma，列出相应的方程。判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向问题.1.电流元分析法(分段法)2.特殊位置法3.等效分析法4.利用已有的结论:(同向相吸,异向相斥)第三节探究安培力【例题】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。【答案】由左手定则作答。【注意】安培力的方向永远与导线垂直。ILFB例1.关于磁感应强度的下列说法中，正确的是A.放在磁场中的通电导线，电流越大，受到磁场对它的作用力也越大，表示该处的磁感应强度越大B.磁感应强度是标量C.垂直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.磁感应强度的大小、方向与放入磁场的通电导线的电流大小、导线长度、导线取向等均无关解析：磁感应强度是反应磁场性质的物理量，只与磁场中的位置有关，与该位置所放置的导线的长度、取向、受力大小等均无关。因此，可以判断选项A错误、D正确。磁感应强度是有大小、有方向的物理量，是矢量，方向是小磁针静止时N极所指的方向，故B、C错。正确答案为D。1.从公式上理解例2.在磁场中的同一位置，先后引入长度相等的直导线a和b，a、b导线的方向均与磁场方向垂直，但两导线中的电流不同，因此所受的力也不一样。图1的几幅图象表现的是导线所受的力F与通过导线的电流I的关系。a、b各自有一组F、I的数据，在图像中各描出一个点。在A、B、C、D四幅图中，正确的是哪一幅或哪几幅（）2.从图象上理解IF解析：由题意“同一位置同一磁场”，“导线长度相同”可知斜率相等，D错；电流为0时不受力，所以A错。正确答案为BC。3.磁感应强度的大小上理解例3.下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是（）A.通电导线所受安培力大的地方磁感应强度一定大B.磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向C.放在匀强磁场中各处相同的通电导线，受力大小和方向处处相等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解析：磁场中的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，磁感应强度的大小可由磁感线的疏密来反映。安培力的大小不仅与B、I、L有关，还与导体的放法有关。正确答案为D。例4.有一段直导线长1cm，通过5A电流，把它置于垂直于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度的B值大小为（）A.1TB.5TC.2TD.2.5T正确答案为C。4.从磁感应强度的方向上理解例5.有关磁感应强度的方向，下列说法正确的是A.B的方向就是小磁针N极所指的方向B.B的方向与小磁针N极的受力方向一致C.B的方向就是通电导线的受力方向D.B的方向就是该处磁场的方向解析：磁场的方向就是磁感应强度的方向，规定为小磁针静止时N极所指的方向或小磁针N极的受力方向，它与通电导线所受力的方向是不一致的正确答案为BD。5.从“比值定义法”上理解ILFBILFB例6.下列说法中正确的是（）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的磁场力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D.通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向C.磁感应强度只是定义式，它的大小取决于场源以及磁场中的位置，与B、I、L以及通电电线在磁场中的方向无关解析：磁感应强度是反应磁场的力的性质的物理量，是采用比值的方法来定义的，该公式是定义式而不是决定式，磁场中各处的B值是唯一确定的，与放入该点的检验电流的大小、方向无关。ILFB正确答案为C。【例1】下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是[]A．通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大B．磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向C．放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同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典型例题解析解答：正确的应选D．点拨：磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，磁感应强度的大小可由磁感线的疏密来反映．安培力的大小不仅与B、I、L有关，还与导体的放法有关．【例2】如图16－14所示，其中A、B图已知电流和其所受磁场力的方向，试在图中标出磁场方向．C、D、E图已知磁场和它对电流作用力的方向，试在图中标出电流方向或电源的正负极．典型例题解析解答：A图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里；E图a端为电源负极．点拨：根据左手定则，电流在磁场中受力的方向既要与磁感线垂直，还要与导线中的电流方向垂直，且垂直于磁感线与电流所决定的平面．1、下列等式中正确的是：[ABD]A．1T＝1Wb/m2B．1T＝1kg/(A·s2)C．1T＝1kg·m2/(A·s2)D．1T＝1N/(A·m)跟踪反馈2、有一段直导线长1cm，通以5A电流，把它置于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度B可能值为[BCD]A．1TB．5TC．2TD．2.5T3、关于匀强磁场，下列说法中错误的是[BC]A．各处的磁感线疏密程度相同B．一小段通电导线在各处受力相同C．通电导线处于其中时，一定受磁场力的作用D．各处的磁感线是互相平行的4、磁场中某点的磁感线如图16－17所示，下列结论中正确的是[B]A．磁感应强度Ba＞BbB．磁感应强度Ba＜BbC．同一通电导线放在a处时受的磁场力一定比放在b处时大D．同一通电导线放在a处时受的磁场力一定比放在b处时小abBaBbabBθθabB.F.θBF(1)(2)(3)(4)BFXF(1)(2)(3)(4)xF=BILF=BILF=BILF=BILθIBab(5).θBBBXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX×BFBF分析受到的安培力时,要善于把立体图,改画成易于分析受力的平面图形.aBθbBθba×θθ例1.倾斜角为θ的光滑斜面上,置一通有电流I,长为L,质量为m的导体棒，如图所示,(1)欲使它静止在斜面上，外加磁场的磁感应强度B的最小值为________,方向________.(2)欲使它静止在斜面上,且对斜面无压力,外加磁场的磁感应强度B为_________.Xθ(1):欲使它静止在斜面上,外加磁场的磁感应强度B的最小值为________,方向________.(2):欲使它静止在斜面上,且对斜面无压力,外加磁场的磁感应强度B的最小值为_________.XθXθGNFθBmgsinθ=BILB=mgsinθ/ILmg=BILB=mg/ILGF例2:如图所示:在磁感强度为2T的匀强磁场中,有一与水平面成37度角的导电轨道,轨道上放一可移动的金属杆ab，电源电动势为£=10伏,内阻r=1欧,ab长L=0.5m,质量m为0.2kg,杆与轨道间的摩擦因数u=0.1,求接在轨道中的可变电阻R在什么范围内,可使ab杆在轨道上保持静止?(杆与轨道的电阻不计)BabXθXθGFNfXθ(1)摩擦力沿斜面向上:mgsinθ=Fcosθ+fN=mgcosθ+Fsinθf=uNθθ(2)摩擦力沿斜面向下mgsinθ+f=FcosθN=mgcosθ+Fsinθf=uNF=(mgsinθ+umgcosθ)/(cosθ-usi