1、三、磁场对通电导线的作用 1.知道什么是安培力。知道匀强磁场中影响通电导线所受安培力大小和方向的因素。2.理解磁感应强度B的定义式和物理意义。知道磁感应强度的单位:特斯拉(T)。知道用磁感线的疏密程度可以形象地描绘磁感应强度的大小。3.会用公式F=BIL进行安培力的简单计算。4.熟练掌握左手定则,能够准确判断安培力的方向。能够与安培定则区分开。5.了解电动机的工作原理。知道电动机在生产、生活中的应用。一 二 三 四 一、安培力1.定义:通电导体放入磁场中受到的力叫安培力。2.公式:F=BIL(导体垂直磁场放置)。通电导体在磁场中受到的安培力与电荷在电场中受到的静电力相比有何不同?提示:安培力的
2、大小不仅跟磁场强弱、电流大小、导线长度有关,还跟电流方向与磁场方向间夹角有关。电荷在电场中的静电力只跟电场强弱、电荷量的多少有关,跟电荷是静止或运动以及运动方向均无关。一 二 三 四 二、磁感应强度1.定义:一段通电直导线垂直放在磁场里所受的安培力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值,叫磁感应强度。2.公式:B=。3.单位:特斯拉;符号:T。4.描述:磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小,磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向。一 二 三 四 有人根据公式 提出:磁场中某点的磁感应强度B跟磁场力F成正比,跟电流I和导线长度L的乘积IL成反比,这种说法有什么问题?B=提示:磁感应强度B虽可由F、
3、I、L计算而得,但B只取决于磁场本身的性质,跟电流I及导线长度L的大小均无关系,对于磁场中的某点,比值 是一个常量。所以,磁感应强度B反映了磁场本身的性质。一 二 三 四 三、安培力的方向安培力的方向可用左手定则判定:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心,并使四指指向电流的方向,那么,拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。一 二 三 四 四、电动机电动机在生产、生活中有着广泛的应用,其原理就是通电导线在磁场中受到安培力作用。各种电动机都有定子和转子。一 二 一、对磁感应强度的理解1.磁感应强度是反映磁场性质的物理量,是由磁场自身决定的,与是否引入电
4、流元、引入的电流元是否受力及受力大小均无关,所以不能根据公式 B=得出“磁场中某处的磁感应强度大小与通电导线在该处所受磁场力成正比,与导线中的电流和导线长度的乘积成反比”的结论。2.因为通电导线取不同方向时,其受力大小不尽相同,在定义磁感应强度时,式中F是直导线垂直磁场时受到的力。3.磁感应强度的方向是该处磁场的方向,而不是电流元受的力F的方向。4.磁感应强度B为矢量,它有大小及方向,分别表示磁场的强弱与方向,两个磁场叠加时,应用矢量叠加的方法来运算。一 二 5.磁场的方向可有以下四种表述方式:(1)小磁针静止时N极所指的方向,也即N极的受力方向。(2)小磁针静止时S极所指的反方向,也即S极受
5、力的反方向。(3)磁场的方向就是磁感应强度B的方向。(4)磁感线的切线方向。6.磁感应强度B与电场强度E的比较:磁感应强度 B电场强度 E物理意义描述磁场的性质描述电场的性质定义式B=FIL(通电导线与垂直)E=Fq方向矢量小磁针 N 极的受力方向矢量放入该点正点电荷的受力方向一 二 磁感应强度 B电场强度 E场的叠加合磁感应强度等于各磁场的 B 的矢量和,遵循平行四边形定则合电场强度等于各个电场的电场强度 E 的矢量和,遵循平行四边形定则单位1 T=1 N/(Am)1 V/m=1 N/C场线的性质(1)闭合曲线(2)不相交(3)疏密表示 B 的大小(4)切线方向表示 B 的方向(1)不闭合(
6、静电场)(2)不相交(3)疏密表示 E 的大小(4)切线方向表示 E 的方向特别提醒 B=只是定义了磁感应强度的大小,不能因此认为 B与 F 的方向相同。事实上,B 的方向就是磁场的方向,而 F 则与 B 垂直。一 二 二、安培力大小的计算及方向的判断1.安培力的大小(1)当通电导线与磁场方向平行时,安培力F=0。(2)当通电导线与磁场方向垂直时,安培力F=BIL。(3)当通电导线与磁场方向成某一夹角(090)时,安培力大小F满足0FBIL。综上可知,通电导体在磁场中受到的力的大小与电流大小I、导线在磁场中的长度L、磁场的磁感应强度B以及电流方向与磁场方向均有关系。一 二 2.安培力的方向安培
7、力的方向可以用左手定则来判定:伸开左手,使拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线穿入手心,并使四指指向电流的方向,那么拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。(1)由左手定则可判定FI、FB,但B与I不一定相互垂直,即安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面。判断时,首先确定磁场与电流所决定的平面,从而判断出安培力的方向。(2)若已知B、I方向,安培力的方向唯一确定;但若已知B(或I)与安培力的方向,I(或B)的方向不唯一。特别提醒注意区分安培力的方向和静电力的方向与“场”的方向的关系:安培力的方向总是与磁场的方向垂直,静电力的方向总是与电场的方向平行。类型一
8、 类型二 类型三 安培力方向的判定【例1】如图所示,一段长为1 m、质量为 2 kg的通电导体棒悬挂于天花板上。现加一垂直纸面向里的匀强磁场,当通入I=2 A的电流时悬线的张力恰好为零。求:(1)所加匀强磁场的磁感应强度B的大小。(2)如果电流方向不变,通入的电流大小变为1 A时,磁感应强度的大小为多少?此时两根悬线拉力之和又为多少?类型一 类型二 类型三 解析:(1)导体棒受力分析如图。由平衡条件得F安=mg又因F安=BIL所以 B=21021 T=10 T。(2)因为磁感应强度是由磁场本身的性质决定的,所以电流变为1A 后,磁感应强度仍为10 T。导体棒受力分析如图,由平衡条件得F=mg-
9、BIL=210 N-1011 N=10 N。答案:(1)10 T(2)10 T 10 N类型一 类型二 类型三 题后反思解决此题易在第(2)问中犯错,按 B=求B,没有理解 B是由磁场本身的性质决定的,与 F、I、L 无关。类型一 类型二 类型三 对磁感应强度的理解【例2】下列说法正确的是()A.电荷在电场中某处不受静电力的作用,则该处的电场强度为零B.一小段通电导线在某处不受安培力的作用,则该处的磁感应强度一定为零C.把一个试探电荷放在电场中的某点,它受到的静电力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱D.把一小段通电导线放在磁场中某处,它所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示
10、该处磁场的强弱类型一 类型二 类型三 解析:本题考查磁感应强度B与电场强度E的比较。通电导体受磁场力与电荷受静电力不同,安培力的大小与导体放置的方向有关,导体与磁场方向垂直时磁场力最大,导体与磁场方向平行时磁场力为零。答案:AC题后反思电荷在电场中受到的静电力是一定的,方向与该点的电场强度方向相同或相反;而电流在磁场中某处所受的磁场力(安培力)却不一定,其与电流在磁场中放置的方向有关,随电流和磁场夹角的改变而改变。类型一 类型二 类型三 对左手定则的理解及应用【例3】下图表示放在匀强磁场里的通电直导线,直导线与磁场方向垂直,图中分别标出了电流、磁感应强度和安培力这三个量中的两个的方向,试标出第
11、三个量的方向。(注:一般用“”表示电流垂直纸面向里,用“”表示电流垂直纸面向外)类型一 类型二 类型三 解析:本题考查正确运用左手定则判断F、B、I三者之间的方向关系。本题的三个通电直导线均适用左手定则。在这三种情况下,均让磁感线垂直穿过手掌心,可得出电流I、磁感应强度B、安培力F三者的方向如图所示。答案:用左手定则来判断,分别如图所示类型一 类型二 类型三 题后反思(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。(2)在具体判断安培力的方向时,由于受到静电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,应该把静电力和安培力进行比较理解,搞清力的方向与场的方向间的关系及区别。