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(chǎng)對(duì)_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(gè)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(chǎng)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(chǎng)方向與電流方向的夾角為時(shí),安培力的大小_,方向仍可用_判定,電流,手心,電流,安培力,FBIL,FBILsin,左手定則,由轉(zhuǎn)動(dòng),它們通以圖示方向的直流電時(shí),CD導(dǎo)線將()圖331A逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近導(dǎo)線ABB順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近導(dǎo)線ABC逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開導(dǎo)線ABD順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開導(dǎo)線AB,5兩條通電的直導(dǎo)線互相垂直,如圖331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(shí)點(diǎn)1安培力和磁感應(yīng)強(qiáng)度,如圖332所示,半徑為r的半圓形導(dǎo)線與磁場(chǎng)B垂直放置,當(dāng)導(dǎo)線中通以電流I時(shí),導(dǎo)線受到的安培力多大?,圖332,答案:導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度為2r,故安培力F2BIr.,1安培力的方向,(1)安培力的定義:磁場(chǎng)對(duì)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(gè)手指垂直,并且都跟手掌在同一平面內(nèi),把手放入磁場(chǎng)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(chǎng)中,當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)安培力最大,取為Fmax;當(dāng)導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí),安培力最小,F(xiàn)0;其他情況下,0FFmax.(2)安培力大小的公式表述當(dāng)B與I垂直時(shí):FBIL.當(dāng)B與I成角時(shí):FBILsin,是B與I的夾角注意:FBIL是由B推導(dǎo)得到的,故在應(yīng)用的時(shí)候要注意式中的L為導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向的有效長(zhǎng)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(chǎng)方向垂直時(shí),通電導(dǎo)線所受的力跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)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(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量,F,IL,(4)單位:特斯拉,簡(jiǎn)稱特,符號(hào)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(shí),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)度的大小(7)勻強(qiáng)磁場(chǎng):某個(gè)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(chǎng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)中小磁針靜止時(shí)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(chǎng)方向放置,因?yàn)榇艌?chǎng)中某點(diǎn)通電導(dǎo)線受力的大小,除和磁場(chǎng)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(chǎng)中的方向不同,所受磁場(chǎng)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(shí),【例1】如下圖所示的通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)的方向是由東向西,則導(dǎo)線受到地磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)磁感線由南極指向北極,故安培力向上,A,【例2】將長(zhǎng)度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,電流與磁場(chǎng)的方向如圖333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333,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,FBIL10.10.2N0.02N;,(3)安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上,大小為FBIL,10.10.2N0.02N.,【觸類旁通】2一段通電導(dǎo)線平行于磁場(chǎng)方向放入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)線上的電流方向由左向右,如圖334所示在導(dǎo)線以其中心點(diǎn),為軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)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334,解析:導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)前,電流方向與磁場(chǎng)方向平行,導(dǎo)線不受安培力;當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度后,電流與磁場(chǎng)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(shí),電流與磁場(chǎng)垂直,此時(shí)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(zhǎng)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B0處,F(xiàn)一定等于零B在F0處,B一定等于零C若B1T,I1A,L1m,則F一定等于1ND若I1A,L1m,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(chǎng)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(chǎng)力F的增大而增大D跟F、I、L無關(guān)解析:磁場(chǎng)中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是由磁場(chǎng)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(shí)點(diǎn)2磁通量,1磁通量:當(dāng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)垂直磁場(chǎng)的平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,平面面積為S,則穿過這個(gè)平面的磁通量BS,簡(jiǎn)稱磁通,2單位:韋伯,簡(jiǎn)稱韋,符號(hào)為Wb;1Wb1Tm.3理解,(1)的物理意義就是表征穿過這個(gè)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(chǎng)方向與一平面夾角為90,即該平面與垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的平面的夾角為時(shí),則穿過這個(gè)平面的磁通量BScos.,【例4】如圖335所示,線圈平面與水平方向成角,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_.,圖335,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BS計(jì)算處理時(shí)可以用以下兩種方法之一:把S投影到與B垂直的方向即水平方向(如圖中的,abcd),有SScos,故BSBScos.,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BBcos,故BS,BScos.,答案:BScos,提示:用BScos一般只能計(jì)算勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁通,【觸類旁通】4如圖336所示,兩個(gè)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a和b的大小關(guān),系為(),Aab,Bab,Cab,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336,A,安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向,如果通電導(dǎo)體放置在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,則不能夠運(yùn)用FBIL進(jìn)行定量的計(jì)算,但可用FBIL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(dòng)方向,注意一般取對(duì)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(dòng),方向,然后推廣到一般位置,(4)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法,定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題,可先分析電流在磁體磁場(chǎng)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(chǎng)的反作用力,從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向,【例5】如圖337所示,把一重力不計(jì)可自由運(yùn)動(dòng)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(shí),導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)(),A順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)下降B順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)上升C逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)下降D逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)上升圖337,解析:電流元分析法,兩個(gè)磁極對(duì)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)到垂直于紙面的方向時(shí),電流受力向下,導(dǎo)線將向下運(yùn)動(dòng)所以C選項(xiàng)正確,答案:C,【觸類旁通】5如圖338所示,在條形磁鐵S極附近懸掛一個(gè)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(shí),線圈將()A向磁鐵平移B遠(yuǎn)離磁鐵平移C邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊向左擺動(dòng)D邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊向右擺動(dòng),圖338,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(duì)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(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)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339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(zhǎng)直導(dǎo)線當(dāng)導(dǎo)線中通以由,外向內(nèi)的電流時(shí)(),圖339A磁鐵受到向左的摩擦力,且對(duì)桌面的壓力減小B磁鐵受到向右的摩擦力,且對(duì)桌面的壓力減小C磁鐵受到向左的摩擦力,且對(duì)桌面的壓力增大D磁鐵不受摩擦力,對(duì)桌面的壓力不變,解析:轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法,此題若從電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)入手分析,通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)可以用安培定則判斷,但處于磁場(chǎng)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(huì)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)桌面的壓力減小,同時(shí)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,- 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