1、第三章 磁场第三节 探究安培力学 习 目 标重 点 难 点1.通过实验认识安培力，会用左手定则判断安培力的方向，会计算匀强磁场中安培力大小.2.理解磁感应强度的定义，会用磁感应强度的定义式进行有关计算.3.知道磁通量，能计算穿过某面积的磁通量重点1.会用左手定则判断安培力的方向，会计算匀强磁场中安培力大小.2.理解磁感应强度的定义，会用磁感应强度的定义式进行有关计算难点磁通量的理解.知识点一 安培力的方向提炼知识1磁场对电流的_称为安培力2安培力方向：用左手定则判定：伸开_，使大拇指跟其余四个手指_，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使_指向电流的方向，那么，_
2、所指方向就是通电导线在磁场中所受的安培力的方向作用力左手垂直伸开的四指大拇指判断正误如图所示，图中标出了磁场 B 的方向、通电直导线中电流 I 的方向，以及通电直导线所受磁场力 F 的方向，请判断正误小试身手1如下图所示，分别标出了磁场方向和电流方向，试标出导线受力方向解析：由左手定则得：因为 B 与 I 不平行，导线不受力 答案：见解析知识点二 安培力的大小提炼知识1磁感应强度(1)磁感应强度：物理学规定，当通电导线与磁场方向_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定义式_.垂直B FIL(2)磁场方向：小磁针静止时_所指的方向规定为该点
3、的磁感应强度的方向，简称为_.(3)匀强磁场：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度_都相同，这个区域内的磁场叫匀强磁场在匀强磁场中，磁感线是一组平行且等距的直线N极磁场方向大小和方向2安培力大小计算(1)当 B、I、L 两两垂直时，F_(2)若 B 与 I(L)夹角为，则 F_当通电导线与磁场垂直时，导线所受安培力最大，FmaxBIL.(3)当通电导线与磁场平行时，导线所受的安培力最小，Fmin_BILBILsin 0判断正误(1)通电导线在磁场中不一定受到安培力作用()(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力作用，则该处的磁感应强度一定为零()(3)磁感应强度的大小与导线中电流成反比，与
4、其受到的安培力成正比()小试身手2(多选)一根长 0.20 m、通有 2.0 A 电流的通电直导线，放在磁感强度为 0.50 T 的匀强磁场中，受到安培力大小可能是()A0 N B0.10 NC0.20 N D0.40 N解析：当通电导线与磁场垂直时，导线所受的磁场力最大；当导线与磁场平行时，导线所受磁场力最小由安培力公式求出导线所受磁场力的范围再选择当通电导线与磁场垂直时，导线所受的磁场力最大，为 FmaxBIL0.520.2 N0.2 N；当导线与磁场平行时，导线所受磁场力最小为零则导线所受磁场力的范围为 00.2 N故 A、B、C 正确，D 错误 答案：ABC知识点三 磁通量提炼知识1定
5、义：磁感应强度 B 与_的乘积叫做穿过这个面的磁通量2定义式：_垂直于磁场方向的面积SBS3单位：在国际单位制中，磁通量的单位是_，简称韦符号：Wb，1 Wb1 Tm2.4磁通密度：由 BS 得 BS，B 叫做磁通密度5磁通量是_，但有正，负；当磁感线从某一平面穿入时，若规定 为正值，则磁感线从另一面穿入时，为负值韦伯标量判断正误(1)磁通量有正负之分，所以是矢量()(2)某个区域磁感应强度大，穿过某一回路的磁通量一定大()(3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯()小试身手3在如图所示的磁场中，有三个面积相同且相互平行的线圈 S1、S2 和 S3，穿过 S1、S2 和 S3 的磁通量分别为1
6、、2 和 3，下列判断正确的是()A1 最大 B2 最大C3 最大D123解析：从图中看出，线圈 S3 穿过的磁感线条数最多，所以磁通量最大故 A、B、D 错误，C 正确 答案：C拓展一 进一步探究安培力的方向有一则迷你实验：会动的铝箔“天桥”，用铝箔纸折叠成“天桥”形状，使条形磁铁横跨“天桥”(如图所示)会怎样？将磁铁的 S 极、N 极交换位置，“天桥”又会怎样？提示：变形；向原变形方向相反方向变形1磁场对电流的作用力称为安培力2安培力方向：用左手定则判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么
7、，大拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受的安培力的方向(1)安培力方向的特点：FB，FI，即 F 垂直 B、I 决定的平面(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可以用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心3两根平行导线通电后有如图所示的现象(图中实线、虚线分别表示通电前、后的情况)当通入的电流方向相同时，导线相互吸引；当通入的电流方向相反时，导线相互排斥【典例 1】如图所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线 AB 水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图 示 方 向 的 电 流 时，导 线 的 运 动 情 况 是(从 上 往 下看)
8、()A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升解析：根据图所示的导线所在处的特殊位置判断其转动情况将导线从 N、S 极的中间分成两段，左、右段所在处的磁场方向如左图所示，由左手定则可得左段受安培力的方向垂直纸面向外，右段受安培力的方向垂直纸面向里，从上向下看，导线将绕 O 点沿逆时针方向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右图所示，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，当导线不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 答案：C题后反思 1在用电流元法分析
9、问题时，要在对称的特殊位置选取电流元 2磁感应强度的方向与电流方向不垂直时，应将磁感应强度 B 分解为与电流方向垂直的分量 B和平行的分量 B后再进行分析 3要把用特殊位置分析出的结果结合实际，推导出一般的结论 1如图所示，水平导轨处于蹄形磁铁的磁场中，导线 P 所在处的磁场方向竖直_(填“向上”或“向下”)；闭合电键，通电导线 P 在磁场中受到的力称为_，由左手定则可知，该力的方向_(填“向左”或“向右”)解析：磁体磁场的方向从 N 极指向 S 极，所以在导线 P 所在处的磁场方向竖直向上；通电导线 P 在磁场中受到的力称为安培力；根据左手定则可知：让四指指向电流方向，磁场方向穿过手心，则大
10、拇指指向为所受力的方向，由此可知导体棒 ab 受力的方向向右 答案：向上 安培力 向右2如图所示，通电直导线 A 与圆形通电导线环 B 固定放置在同一水平面上，通有如图所示的电流时，通电直导线 A 受到水平向_的安培力作用，当 A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线 A所受的安培力方向水平向_解析：利用安培定则先判定出 B 产生的磁场(磁感线)情况，再利用左手定则判定直导线 A 受到的安培力水平向右；当 A、B 中电流同时改变方向时，通电直导线 A 受到的安培力方向仍水平向右分析方法上，也可采用靠近部分电流“同向相吸，反向排斥”来判断，结果相同 答案：右 右拓展二 进一步探究安
11、培力的大小如图所示，天平左盘放砝码，右盘下悬挂线圈，线圈处于磁场中，当线圈没有通电时，天平处于平衡状态线圈通电后，在磁场中的导线 a、b、c 段分别受到安培力作用，由左手定则可知，a、c 段的安培力大小相等，方向相反，互相抵消，而 b 段导线所受安培力方向向上，从而使天平的平衡被破坏，通过在右盘加砝码重新使天平平衡，从添加的砝码数可知电流受力的大小改变 b 的长度 L 称一下安培力，再分别改变电流 I和磁感应强度 B 的大小再称一下安培力，探究一下安培力的大小与 B、I、L 是什么关系呢？提示：FBIL(1)当 B、I、L 两两垂直时，FBIL.(2)若 B 与 I(L)夹角为，则 FBILs
12、in .当通电导线与磁场垂直时，导线所受安培力最大，FmaxBIL，当通电导线与磁场平行时，导线所受的安培力最小，Fmin0.(3)弯曲导线的有效长度 L，等于两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿 L 由始端流向末端如图(1)所示；任意形状的闭合线圈，其有效长度 L0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零如图(2)所示图(1)图(2)(4)公式的适用条件：匀强磁场在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域内的磁场叫匀强磁场在匀强磁场中，磁感线是一组平行且等距的直线【典例 2】如图所示，金属棒 AB 用绝缘悬线吊起，呈水平状态，置于一个范围足够大的、垂直
13、纸面向里的匀强磁场中已知 AB 长 L0.5 m，质量 m0.2 kg，通有 I10 A 的向右的电流，取 g10 m/s2.求：(1)若磁场的磁感应强度 B0.3 T，求此时棒 AB 受到的安培力 F 的大小；(2)若悬线拉力恰好为零，求磁场的磁感应强度 B的大小解析：(1)导体棒长为 L0.5 m，磁感应强度 B0.3 T，电流为 10 A，并且导体棒和磁场垂直，所以导体棒受到的安培力大小为：FBIL0.3100.5 N1.5 N.(2)若悬线拉力恰好为零，说明重力和安培力大小相等，即 mgBIL 所以 BmgIL0.210100.5 T0.4 T.答案：(1)1.5 N 0.4 T题后反
14、思(1)通电导线在磁场中受到安培力作用，由公式 FBIL 可以直接求出安培力大小(2)根据受力平衡的条件即可求出磁感应强度 B的大小1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，受到的磁场力 F 与该导线的长L、通过的电流 I 乘积的比值，即 B FILB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 B FIL只是定义式，它的大小取决于场源以及导线在磁场中的位置，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解析：根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只
15、有在这个方向导线所受磁场力才最大，本题选项 A 未注明导线放置的方向，所以是错误的；通电导线若放置方向与电流平行时，也不受磁场力作用，所以选项 B 也是错误的；在磁场场源稳定的情况下，磁场内各点的磁感应强度(含大小和方向)都是唯一确定的，与放入该点的检验电流的大小、方向等无关，选项 C 正确；根据左手定则，磁场力方向与磁感应强度的方向垂直，选项 D 错误 答案：C2将长为 1 m 的导线 ac，从中点 b 折成如图所示形状，放入 B0.08 T 的匀强磁场中，abc 平面与磁场垂直，若在导线 abc 中通入 25 A 的直流电，则整个导线所受安培力大小为 F，求 F.解析：折线 abc 受力等
16、效于 a 与 c 连线受力，由几何知识可知 ac 32 m，FBILsin 0.0825 32 sin 90 N 3 N.答案：3 N拓展三 磁通量的进一步理解在如图所示的磁场中，把几个面积相同的小纸片垂直磁感线放在磁场的不同位置观察比较，结果是磁场强的地方穿过小纸片磁感线条数比磁场弱的地方穿过小纸片的磁感线条数多，穿过某一面的磁感线条数也能和磁感线一样描绘磁场吗？提示：能(1)定义：磁感应强度 B 与垂直于磁场方向的面积 S的乘积叫做穿过这个面的磁通量(2)定义式：BS.公式 BS 中的 B 应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为 BS.如果平面与磁场方向不垂直，
17、应把面积 S 投影到与磁场垂直的方向上，求出投影面积 S，代入到 BS中计算，应避免硬套公式 BSsin 或 BScos .(3)单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦符号：Wb，1 Wb1 Tm2.(4)磁通密度：由 BS 得 BS，B 叫做磁通密度单位：Wb/m2，单位关系：1 T1 Wb/m21 N/(Am)特别提醒 1.磁通量是标量，但有正、负；当磁感线从某一平面穿入时，若规定 为正值，则磁感线从另一面穿入时，为负值 2磁通量是表示穿过某平面的磁感线的条数的多少，在今后的应用中往往会根据穿过平面的净磁感线条数的多少来定性判断穿过该面的 的大小【典例 3】如图所示，框架面积为
18、S，框架平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直(1)此时穿过平面的磁通量为多少？(2)若使框架绕 OO转过 60角，则此时穿过线框平面的磁通量为多少？(3)若从初始位置转过 90角，则此时穿过线框平面的磁通量为多少？答案：(1)1BS(2)212BS(3)30题后反思 当面积 S 和匀强磁场方向垂直时 BS，不垂直应取垂直于磁场方向的有效面积，磁通量是有正负的，可以认为磁感线穿入时为正，穿出时为负1如图所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与通电直导线共面，若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将()A保持不变 B逐渐增大C逐渐减小D不能确定解析：通电直导线产生稳定的磁场，离导线越远磁场越弱，磁感线越稀疏，故当线框远离通电导线时，穿过线框的磁感线的条线越来越少，所以磁能量逐渐减小 答案：C2.如图所示，线圈平面与条形磁铁的轴线垂直，现将线圈沿轴线由 A 点平移到 B 点，穿过线圈磁通量的变化情况是()A变大 B变小C不变 D先变大，后变小解析：当由 A 点平移到 B 点时磁感线不断减少，则穿过线圈磁通量的变化情况是变小 答案：B
