《1.1 安培力》知識清單

《1.1安培力》知識清單1.1安培力知識清單一、磁場對通電導(dǎo)線的作用力——安培力1、安培力的發(fā)現(xiàn)故事：安培這個人可不得了，就像一個磁場里的探索者。有一天，他在做實驗的時候，發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線在磁場里會受到一種力的作用，就像你拿著一根小棍在水里劃，水會給小棍一個阻力一樣，磁場對通電導(dǎo)線也有這么個特殊的力，這就是安培力。安培力是磁場對電流的作用力。2、安培力的大小公式：＄F＝BIL\sin\theta$（這里的$F$就是安培力，＄B$是磁場的磁感應(yīng)強度，＄I$是電流強度，＄L$是導(dǎo)線的長度，＄＼theta$是電流方向與磁場方向的夾角），我們就把這個公式叫做安培力大小的計算公式吧?？键c1：會根據(jù)公式計算安培力的大小。比如說，有一根長為2米的導(dǎo)線，通的電流是3安，放在磁感應(yīng)強度為0.5特斯拉的磁場里，導(dǎo)線和磁場方向垂直（也就是$＼sin\theta＝1$，這里$＼theta＝90^｛＼circ}＄），那根據(jù)公式$F＝BIL\sin\theta$，安培力$F＝0.5\times3\times2\times1＝3$牛。這就像你知道了小盒子的長、寬、高（對應(yīng)公式里的各個量），就能算出小盒子的體積一樣。特殊情況：當(dāng)$＼theta＝0^｛＼circ}＄（也就是電流方向和磁場方向平行的時候），＄＼sin\theta＝0$，那么安培力$F＝0$。這就好比你拿著一根小棍順著水流的方向劃水，水幾乎不會給小棍什么橫向的力。當(dāng)$＼theta＝90^｛＼circ}＄（電流方向和磁場方向垂直的時候），＄＼sin\theta＝1$，安培力$F＝BIL$，這個時候安培力是最大的。就像你拿著小棍垂直于水流方向劃水，受到的阻力最大。3、安培力的方向左手定則：這是判斷安培力方向的神奇方法。伸出左手，讓磁感線垂直穿過手心（就像小螞蟻要從手心爬過去一樣），四指指向電流的方向，那么大拇指所指的方向就是安培力的方向。考點2：熟練運用左手定則判斷安培力方向。比如說，有一個磁場是從左向右的（可以想象成一陣從左向右吹的風(fēng)），導(dǎo)線里的電流是向上的，那你按照左手定則把手伸出來，就會發(fā)現(xiàn)大拇指指向紙外，這就是安培力的方向啦。就像你要根據(jù)風(fēng)向和小旗飄動的方向來判斷小旗受到風(fēng)的力的方向一樣。安培力方向的特點：安培力的方向總是垂直于電流方向和磁場方向所決定的平面。這就像一個桌子的桌面是由兩條桌腿（電流方向和磁場方向）支撐起來的，而安培力的方向就像從桌面垂直向上或者向下的力。4、安培力的應(yīng)用電動機原理電動機就是安培力的一個超級實用的應(yīng)用。你看，電動機里面有很多線圈，當(dāng)給這些線圈通電的時候，線圈就在磁場里受到安培力的作用。這個力就會讓線圈轉(zhuǎn)動起來，就像你用手推一個小輪子，小輪子就會轉(zhuǎn)一樣。比如家里的電風(fēng)扇，電一通，電動機里的線圈受安培力開始轉(zhuǎn)，然后帶動風(fēng)扇的葉片轉(zhuǎn)動，就有了涼爽的風(fēng)?？键c3：理解電動機工作原理中安培力的作用。在分析電動機的工作過程中，要清楚是安培力使線圈轉(zhuǎn)動的，并且能夠根據(jù)電流方向、磁場方向判斷線圈所受安培力的方向在不同時刻的變化情況。磁電式電流表磁電式電流表的核心也是安培力。電流表里面有一個線圈，當(dāng)有電流通過這個線圈的時候，線圈在磁場里受到安培力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的角度就可以知道電流的大小了。這就像你用一個小天平，根據(jù)天平的傾斜角度能知道物體的重量一樣?？键c4：知道磁電式電流表測量電流的原理是基于安培力。要明白線圈的偏轉(zhuǎn)是因為安培力，而且偏轉(zhuǎn)角度和電流大小是有關(guān)系的，電流越大，安培力越大，線圈偏轉(zhuǎn)角度就越大。二、安培力的實驗探究1、實驗?zāi)康奶骄堪才嗔εc電流、導(dǎo)線長度、磁感應(yīng)強度以及電流方向和磁場方向夾角的關(guān)系。這就像你要探究一個魔法盒子（安培力）和放入盒子里的不同東西（電流、導(dǎo)線長度、磁感應(yīng)強度、夾角）之間的關(guān)系一樣。2、實驗器材蹄形磁鐵（用來提供磁場，就像一個小磁場工廠）、電源（給導(dǎo)線通電的能量源，是電流的源頭）、導(dǎo)線（電流的載體，就像小火車的軌道一樣）、滑動變阻器（可以改變電流的大小，就像水龍頭可以調(diào)節(jié)水流大小一樣）、開關(guān)（控制電路的通斷，就像門的開關(guān)一樣）、彈簧測力計（用來測量安培力的大小，就像一個力量小偵探）等。3、實驗步驟探究安培力與電流的關(guān)系保持導(dǎo)線長度、磁感應(yīng)強度以及電流方向和磁場方向夾角不變。先調(diào)節(jié)滑動變阻器，讓電流為一個較小的值，比如1安，然后用彈簧測力計測量導(dǎo)線所受的安培力大小，記錄下來。再逐漸增大電流，比如到2安、3安，每次都測量并記錄安培力的大小。你會發(fā)現(xiàn)，電流越大，安培力就越大，就像你推一個東西，用的力氣越大，東西受到的推力就越大。探究安培力與導(dǎo)線長度的關(guān)系保持電流、磁感應(yīng)強度以及電流方向和磁場方向夾角不變。換用不同長度的導(dǎo)線，先使用較短的導(dǎo)線，測量安培力大小并記錄，然后換用較長的導(dǎo)線再測量。你會發(fā)現(xiàn)，在其他條件相同的情況下，導(dǎo)線越長，所受安培力越大。這就好比你用同樣的力氣推不同長度的小木棍，長木棍感覺受到的力更大（這里是安培力更大）。探究安培力與磁感應(yīng)強度的關(guān)系保持電流、導(dǎo)線長度以及電流方向和磁場方向夾角不變。換用不同磁感應(yīng)強度的磁場，可以通過換用不同磁性強弱的磁鐵來實現(xiàn)。先使用磁感應(yīng)強度較小的磁場，測量安培力大小并記錄，然后換用磁感應(yīng)強度較大的磁場再測量。你會發(fā)現(xiàn)，磁感應(yīng)強度越大，安培力越大。這就像你在不同強度的風(fēng)里（不同磁感應(yīng)強度的磁場）拿著同樣的小旗（同樣的導(dǎo)線和電流），風(fēng)越大（磁感應(yīng)強度越大），小旗受到的力（安培力）就越大。探究安培力與電流方向和磁場方向夾角的關(guān)系保持電流、導(dǎo)線長度、磁感應(yīng)強度不變。改變電流方向和磁場方向的夾角，從0°開始，逐步增大到90°。每次測量安培力的大小并記錄。你會發(fā)現(xiàn)，夾角為0°時安培力為0，夾角增大時安培力也增大，到90°時安培力最大。這就像你拿著小棍在水里劃水，小棍和水流方向的夾角不同，受到的力也不同。4、實驗數(shù)據(jù)處理把每次實驗得到的數(shù)據(jù)整理成表格，就像把你每天收集的小貝殼（實驗數(shù)據(jù)）放在不同的小盒子（表格的行和列）里一樣。然后根據(jù)表格數(shù)據(jù)，可以畫出安培力與電流、導(dǎo)線長度、磁感應(yīng)強度、夾角的關(guān)系圖像。如果是安培力和電流的關(guān)系，圖像大概是一條向上傾斜的直線（在其他條件不變的情況下），這就直觀地表示出安培力隨電流增大而增大。5、實驗誤差分析儀器誤差：彈簧測力計可能存在精度問題。就像你用的小秤可能稱東西不是特別準(zhǔn)一樣。比如說，它的刻度可能不是很精確，這樣測量出來的安培力大小就會有一點偏差。電源提供的電流可能不穩(wěn)定。這就像水龍頭的水有時候流得忽大忽小，導(dǎo)致通過導(dǎo)線的電流不是很穩(wěn)定，從而影響安培力的測量。操作誤差：在改變導(dǎo)線長度或者換用不同磁場的時候，可能沒有保證其他條件完全不變。就像你在做實驗的時候，一邊換東西一邊不小心動了別的東西，這樣實驗結(jié)果就不太準(zhǔn)確了。測量安培力的時候，彈簧測力計可能沒有保持靜止或者讀數(shù)不準(zhǔn)確。這就像你看小秤的刻度的時候，眼睛沒有平視，讀出來的數(shù)字就不對了。減小誤差的方法：選用精度更高的彈簧測力計和更穩(wěn)定的電源。這就像你換一個更準(zhǔn)的小秤和一個水流更穩(wěn)定的水龍頭一樣。在操作過程中更加細(xì)心，保證每次只改變一個變量，并且多次測量取平均值。這就像你做事情要更加認(rèn)真，一次做不好就多做幾次，取個中間比較準(zhǔn)的結(jié)果。三、安培力在實際問題中的分析1、安培力與平衡問題當(dāng)物體在磁場中受到安培力，并且處于平衡狀態(tài)（靜止或者勻速直線運動）的時候，我們就要用到平衡條件來分析問題了。比如說，有一根通電導(dǎo)線放在磁場里，它還受到重力和繩子的拉力，這時候?qū)Ь€靜止不動。那根據(jù)平衡條件，安培力、重力和拉力這三個力的合力為0。就像你看到一個小木偶被幾根繩子拉著懸在空中不動，這幾根繩子的拉力和小木偶的重力要平衡一樣?？键c5：能夠分析在安培力作用下物體的平衡問題。解題的時候，首先要畫出物體的受力分析圖，把安培力、重力、彈力、摩擦力等所有可能的力都畫出來，然后根據(jù)平衡條件列方程求解。比如，已知導(dǎo)線的重力、電流、磁場等條件，求繩子的拉力大小。2、安培力與動力學(xué)問題當(dāng)物體在磁場中受到安培力，并且有加速度（不是平衡狀態(tài)）的時候，就涉及到動力學(xué)問題了。例如，有一個導(dǎo)體棒在磁場中的導(dǎo)軌上滑動，導(dǎo)軌光滑，導(dǎo)體棒通有電流，它會受到安培力的作用而加速運動。這時候我們就要用到牛頓第二定律$F＝ma$（這里的$F$要考慮安培力以及其他可能的力）來分析它的運動情況了。就像你看到一個小滑塊在斜面上滑下，要考慮重力、摩擦力等力對它運動的影響一樣?？键c6：能夠解決安培力作用下的動力學(xué)問題。要根據(jù)題目給出的條件，分析物體受到的安培力大小和方向，然后結(jié)合牛頓第二定律求出物體的加速度、速度等物理量。習(xí)題：1、一根長為0.5米的導(dǎo)線，通有電流2安，放在磁感應(yīng)強度為0.8特斯拉的磁場中，導(dǎo)線與磁場方向夾角為60°，求導(dǎo)線所受安培力的大小。2、已知磁場方向是垂直紙面向里，導(dǎo)線中的電流方向是從左向右，用左手定則判斷安培力的方向。3、在一個實驗中，探究安培力與導(dǎo)線長度的關(guān)系。當(dāng)導(dǎo)線長度為0.3米時，安培力為1牛；當(dāng)導(dǎo)線長度增加到0.6米時（其他條件不變），預(yù)計安培力為多少？4、有一個導(dǎo)體棒質(zhì)量為0.1千克，放在水平導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌所在磁場的磁感應(yīng)強度為1特斯拉，導(dǎo)體棒通有電流3安，導(dǎo)軌光滑。求導(dǎo)體棒的加速度大小（只考慮安培力對其運動的影響）。答案：1、根據(jù)公式$F＝BIL\sin\theta$，＄F＝0.8\times2\times0.5\times\sin60^｛＼circ}＝0.8\times2\times0.5\times\frac{＼sqrt{3}｝｛2}＝0.4\sqrt{3}＄牛。2、伸出左手，讓磁感線垂直穿過手心（垂直紙面向里），四指指向電流方向（從左向右），大拇指向上，所以安培力方向向上。3、因為安培力與導(dǎo)線長度成正比（其他條件不變），設(shè)當(dāng)導(dǎo)線長度為0.6米時安培力為$F'＄，則$＼frac{F'｝｛1}＝＼frac{0.6}｛0.3}＄，＄F'＝2$牛。4、