粵教版物理選修3-1三維設(shè)計 3.3探究安培力(可自主編輯)

1．安培力定義物理學(xué)上把磁場對__________的作用力叫安培力。[自讀教材·抓基礎(chǔ)]

第三節(jié)

探究安培力安培力的方向電流2．方向判定用左手定則判斷安培力的方向：伸開左手，讓拇指與其余四指垂直，并與手掌在一個平面內(nèi)，讓__________垂直穿入手心，四指指向________方向，那么，拇指所指方向即為__________在磁場中的受力方向。磁感線電流通電導(dǎo)線1．安培力的方向特點：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B、I決定的平面。[跟隨名師·解疑難]

2．安培定則(右手螺旋定則)與左手定則有何區(qū)別？類別安培定則(右手螺旋定則)左手定則作用判斷電流的磁場方向判斷電流在磁場中的受力方向內(nèi)容具體情況直線電流環(huán)形電流或通電螺線管電流在磁場中應(yīng)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(jié)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電流受到的磁場力的方向在下圖中標(biāo)出的磁場的方向、通電直導(dǎo)線中電流I的方向，以及通電直導(dǎo)線所受安培力F的方向，其中正確的是(

)解析：選C

B選項導(dǎo)線和磁場方向平行，故通電導(dǎo)線不受安培力作用，再由左手定則，C選項正確，A、D錯誤。[學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手)

1．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)定義：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向________時，通電導(dǎo)線所受的安培力F跟__________和____________的乘積IL的_______叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度。(2)定義式：B＝__________。[自讀教材·抓基礎(chǔ)]

磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直電流I導(dǎo)線長度L比值特斯拉(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度是_______，既有大小，又有方向，當(dāng)空間中同時存在幾個不同強(qiáng)弱和方向的磁場時，合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各個磁場在同一處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的__________。(5)與磁感線的關(guān)系：1)磁感線上每一點的切線方向都與該點____________的方向一致。2)磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的_______。矢量矢量和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小2．勻強(qiáng)磁場(1)定義：在磁場的某一區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向__________，這個區(qū)域的磁場叫做勻強(qiáng)磁場。(2)產(chǎn)生：距離很近的兩個_______磁極之間；__________內(nèi)中間部分。處處相同異名通電螺線管(1)通電導(dǎo)線在磁場中不一定受安培力。(

)(2)一通電導(dǎo)線放在磁場中某處不受安培力，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零。(

)(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與導(dǎo)線中的電流成反比，與其受到的安培力成正比。(

)[學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(想一想)

√××1．對磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的決定因素。磁場在某位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向是客觀存在的，與通過導(dǎo)線的電流大小、導(dǎo)線的長短無關(guān)，與導(dǎo)線是否受安培力以及安培力的大小也無關(guān)，故不能說B與F成正比或B與IL成反比。[跟隨名師·解疑難]

(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度B是一個矢量，它的方向是磁場中小磁針靜止時N極所指的方向或者說是N極所受磁場力的方向。通電導(dǎo)線受力的方向不是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度的合成與分解必須遵循平行四邊形定則。2．磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場強(qiáng)度的區(qū)別項目種類磁場電場產(chǎn)生磁體或通電導(dǎo)線周圍存在磁場電荷周圍存在電場意義B在數(shù)值上等于垂直磁場方向上長1m、電流為1A的通電導(dǎo)線所受磁場力的大小E在數(shù)值上等于電場對單位電荷作用力的大小方向規(guī)定小磁針靜止時N極所指的方向為磁場方向規(guī)定正電荷受力的方向為電場方向[學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手)

(1)當(dāng)通電直導(dǎo)線與勻強(qiáng)磁場方向垂直時，安培力最大為F＝__________。(2)當(dāng)通電直導(dǎo)線與勻強(qiáng)磁場方向平行時，安培力等于_______。(3)當(dāng)導(dǎo)線方向與磁場方向斜交時，所受安培力介于________和________之間。[自讀教材·抓基礎(chǔ)]

安培力的大小BIL零BIL零(1)公式F＝ILB中L指的是“有效長度”。當(dāng)B與I垂直時，F(xiàn)最大，F(xiàn)＝ILB；當(dāng)B與I平行時，F(xiàn)＝0。(2)彎曲導(dǎo)線的有效長度L，等于連接兩端點直線的長度如圖3－3－1所示；相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端。[跟隨名師·解疑難]

圖3－3－1有效長度

(3)若磁場和電流成θ角時，如圖3－3－2所示。可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥對電流是沒有作用的。圖3－3－2分解磁感應(yīng)強(qiáng)度F＝B⊥IL＝BILsinθ，即F＝BILsinθ。將長度為20cm、通有0.1A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中，電流與磁場的方向如圖3－3－3所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為1T。試求出各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向。[學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手)

圖3－3－3

解析：由左手定則和安培力的計算公式得：甲：因?qū)Ь€與磁感線平行，所以導(dǎo)線所受安培力為零；乙：由左手定則知：安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右，大小F2＝BIL＝1×0.1×20×10－2N＝0.02N；丙：安培力的方向垂直導(dǎo)線斜向上，大小F3＝BIL＝0.02N。答案：甲：0乙：0.02N，方向水平向右丙：0.02N，垂直于導(dǎo)線斜向上1．概念(1)定義：在勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與一個________于磁場方向的面積S的_______，叫做穿過這個面積的磁通量。(2)公式：Φ＝________。(3)單位：_______，簡稱韋，符號Wb,1Wb＝1T·m2。(4)適用條件：①勻強(qiáng)磁場；②磁感線與平面________。[自讀教材·抓基礎(chǔ)]

磁通量垂直乘積BS韋伯垂直2．意義磁通量的大小表示穿過這一面積的______________的多少。3．磁通密度(1)公式：B＝__________，則1T＝1Wb/m2。(2)意義：磁感應(yīng)強(qiáng)度B在數(shù)值上等于穿過垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位面積上的__________，即為穿過單位面積的磁感線條數(shù)。磁感線條數(shù)磁通量(1)如果一個面內(nèi)，既有磁感線由平面一側(cè)穿入，又是磁感線從這個平面穿出。如何計算總的磁通量呢？提示：總的磁通量取決于磁感線的凈條數(shù)，即先抵消，剩余的磁感線的多少代表磁通量的大小。(2)某個區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度大，穿過某一回路的磁通量是不是一定大？提示：不一定，還與回路面積的大小，以及回路與磁場方向間的夾角有關(guān)系。[學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(想一想)

1．磁通量的計算(1)公式Φ＝BS運用的條件：①勻強(qiáng)磁場；②磁感線與平面垂直。(2)勻強(qiáng)磁場中，若磁感線與平面不垂直，公式Φ＝BS中的S應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向的投影面積。2．磁通量是標(biāo)量，有正、負(fù)之分磁通量的正、負(fù)既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量從某一個面穿入還是穿出，若規(guī)定穿入為正，則穿出為負(fù)，反之亦然。[跟隨名師·解疑難]

3．磁通量與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B主要描述磁場中某點的磁場情況，與位置對應(yīng)；而磁通量用來描述磁場中某一個給定面上的磁場情況，它與給定面對應(yīng)。(2)由Φ＝BS得B＝Φ/S，即為磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一定義式，表示穿過垂直于磁場方向的單位面積的磁感線條數(shù)，所以B又叫做磁通密度。

關(guān)于磁通量，下列說法中正確的是(

)A．磁通量不僅有大小而且有方向，所以是矢量B．磁通量越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大C．通過某一平面的磁通量為零，該處磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零D．磁通量就是磁感應(yīng)強(qiáng)度[學(xué)后自檢]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小試身手)

解析：選C磁通量是標(biāo)量，沒有方向，故A不對；由Φ＝BS知Φ由B和S兩個因素決定，Φ越大，有可能是由于S較大造成的，所以，認(rèn)為磁通量越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大是錯誤的，B不對；由Φ＝BS⊥知，當(dāng)線圈平面與磁場平行時，S⊥＝0，Φ＝0，但磁感應(yīng)強(qiáng)度B不為零，故C對；磁通量和磁感應(yīng)強(qiáng)度是兩個不同的物理量，故D不對。如圖3－3－4所示，長度為10cm的一段直導(dǎo)線AB，與磁場方向垂直地放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝3×10－2T的勻強(qiáng)磁場中。今在導(dǎo)線中通以10A的電流，方向自B向A，導(dǎo)線以固定點O為轉(zhuǎn)動軸(設(shè)OA＝3OB)，由圖中位置按順時針方向轉(zhuǎn)過60°角時，求：[典題例析]

安培力的計算(1)導(dǎo)線受到的磁場力的大小和方向；(2)如果在AB的豎直面上，OA從圖中位置以O(shè)點為轉(zhuǎn)動軸，由紙面向外轉(zhuǎn)30°角時，情況又如何？圖3－3－4

[思路點撥]

解答本題可按以下思路分析：(1)用左手定則判斷安培力方向。(2)用安培力公式F＝ILBsinθ求解。(3)明確問題中B與I的夾角θ。[解析]

(1)F＝ILBsinθ＝3×10－2×10×0.1×sin30°N＝3×10－2×10×0.1×0.5N＝1.5×10－2N，它作用在導(dǎo)線上，方向垂直于紙面向外。(2)F＝ILBsinθ＝3×10－2×10×0.1×sin90°N＝3×10－2N，力的方向與導(dǎo)線垂直，且與原OA方向成120°角指向紙外。[答案]

見解析不同情況下的安培力的大?。?1)當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時，F(xiàn)＝ILB；(2)當(dāng)磁場方向與電流方向平行時，F(xiàn)＝0；(3)當(dāng)磁場方向與電流方向成任意夾角時，0≤F≤ILB；(4)當(dāng)磁場方向與電流方向成θ角時，F(xiàn)＝ILBsinθ。[探規(guī)尋律]1．磁場中放一根與磁場方向垂直的通電導(dǎo)線，它的電流是2.5A，導(dǎo)線長1cm，它受到的安培力為5×10－2N。求：(1)這個位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(2)如果把通電導(dǎo)線中的電流增大到5A，這一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(3)如果通電導(dǎo)線在磁場中某處不受磁場力，是否肯定這里沒有磁場？[典題例析]

磁感應(yīng)強(qiáng)度的計算(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B是由磁場和空間位置(點)決定的，和導(dǎo)線的長度L、電流I的大小無關(guān)，所以該點的磁感應(yīng)強(qiáng)度是2T。(3)如果通電導(dǎo)線在磁場中某處不受磁場力，則可能有兩種可能：①該處沒有磁場，②該處有磁場，只不過通電導(dǎo)線與磁場方向平行。[答案]

(1)2T

(2)2T

(3)不能肯定2．在例2題中，若去掉“導(dǎo)線與磁場垂直”條件且保持受力不變，則該點的磁感應(yīng)強(qiáng)度(

)A．B＝2T

B．B≤2TC．B≥2T D．以上都有可能解析：選C同一導(dǎo)線在導(dǎo)線與磁場垂直時受力最大F＝ILB，不垂直時受力減小，若要受力不變需增大磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度，故B≥2T。[一題多變]

安培力作為通電導(dǎo)線所受的外力參與受力分析，產(chǎn)生了通電導(dǎo)體在磁場中的平衡、加速及做功問題，這類問題與力學(xué)知識聯(lián)系很緊密。解題時，把安培力等同于重力、彈力、摩擦力等性質(zhì)力；對物體進(jìn)行受力分析時，注意安培力大小和方向的確定；求解時注意運用力學(xué)中靜力學(xué)、動力學(xué)及功、能等有關(guān)知識，解此類題可以有效地培養(yǎng)綜合運用能力，必須引起重視。安培力作用下的力學(xué)問題1．如圖3－3－5所示，導(dǎo)體桿ab的質(zhì)量為m，電阻為R，放置在與水平面夾角為θ的傾斜金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌間距為d，電阻不計，系統(tǒng)處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電池內(nèi)阻不計，問：若導(dǎo)軌光滑，電源電動勢E多大才能使導(dǎo)體桿靜止在導(dǎo)軌上？[典題例析]

圖3－3－5

[思路點撥]

本題考查閉合電路歐姆定律、共點力的平衡、安培力公式的應(yīng)用。解題時可