1、学案 2 探究安培力 学习目标定位 1.知道安培力的概念，会用左手定则判断安培力的方向，会用公式 F BIL 计算安培力的大小.2.理解磁感应强度的定义，掌握磁感应强度的方向.3.知道匀强 磁场以及匀强磁场的磁感线分布特点.4.知道磁通量的概念，会根据公式 BS 计算磁通 量 磁场对电流的作用力称为安培力法国物理学家安培首先总结出磁场对电流的作用力遵循 的规律 一、安培力的方向 通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判断： 伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，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，那么大拇
2、指所指的方向就是通电导 线在磁场中所受安培力的方向 二、安培力大小 1磁感应强度 (1)物理学规定，当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受安培力 F 跟电流 I 和导线长 度 L 的乘积的比值叫做磁感应强度，用 B 表示，则 B . FIL (2)磁感应强度 B 是矢量，其方向为该处的磁场方向，单位是特斯拉，符号是 T. (3)匀强磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场距离很近的两个异名磁极之间的 磁场，通电螺线管内中间部分的磁场均是匀强磁场. 2安培力 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，电流所受安培力 F BIL. 三、磁通量 1磁感应强度 B 与面积 S 的乘积叫做穿
3、过这个面的磁通量，用 表示，则有 BS，其 中 S 为平面垂直磁场方向的面积 2磁通量的单位是韦伯，符号是 Wb,1 Wb1_Tm 2. 一、安培力的方向 问题设计 1在如图 1 所示的实验中，上下交换磁极的位置，用以改变磁场方向，导线受力的方向是 否改变？这个实验说明安培力的方向与什么因素有关？ 图 1 答案 力的方向改变 与磁场方向有关 2改变导线中电流的方向，导线受力的方向是否改变？这个实验说明安培力的方向与什么 因素有关？ 答案 力的方向改变 与电流方向有关 要点提炼 1安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系可以用左手定则判断 2不论磁场方向和电流方向是否垂直，安培力的方向既与磁场
4、方向垂直，又与电流方向垂 直，即总垂直于磁场方向与电流方向所决定的平面 3判断电流、磁场方向用安培(右手螺旋)定则，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手 定则 二、安培力的大小 要点提炼 1对磁感应强度的理解 (1)磁感应强度的定义式为 B ，是反映磁场性质的物理量，是由磁场自身决定的，与是 FIL 否引入电流、引入的电流是否受力及受力大小无关 (2)磁感应强度的方向是该处磁场的方向，而不是电流受力 F 的方向 (3)公式 B 成立的条件是电流 I 与磁场垂直 FIL 2磁感应强度与磁感线的关系：磁感线上每一点的切线方向都与该点磁感应强度的方向一 致，磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小 3匀
5、强磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场 4安培力大小的公式表述：(1)当 B 与 I 垂直时， F BIL.(2)当 B 与 I 成 角时， F BILsin ， 是 B 与 I 的夹角(3)当 B 与 I 平行时 F0. 5当导线与磁场垂直时，弯曲导线的有效长度 L，等于连接两端点直线的长度(如图 2 所 示)；相应的电流沿 L 由始端流向末端 图 2 延伸思考 如图 3 所示，导线与磁场方向的夹角为 时，如何计算导线受力的大小？ 图 3 答案 将 B 分解到平行导线方向和垂直导线方向的分量，分别研究 B 的两个分量对导线的 作用，可得出 F ILBsin . 三、磁通量 问题设计 在
6、磁场中放一面积为 S 的线框，怎样放置才能使穿过线框的磁感线条数最多？放置方式相 同时，磁场强弱不同，穿过线框的磁感线条数是否相同？ 答案 垂直磁场方向放置 不相同 要点提炼 1磁通量的定义式： BS，适用条件：磁场是匀强磁场，且磁场方向与平面垂直 2当平面与磁场方向不垂直时，穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场 B 的方向的投影 面积进行计算，即 BS BScos (如图 4 所示) 图 4 3磁感应强度 B ，又叫磁通密度 S 一、对安培力方向的判定 例 1 画出图 5 中通电导体棒 ab 所受的安培力的方向(图中箭头方向为磁感线的方向) 图 5 解析 题目所给的图是立体图，如果直接把 a
7、b 棒受到的安培力画在立体图上则较为抽 象为了直观，一般画成平面图，题图中的各个图从外向内看的正视平面图如图所示(此时 导体棒 ab 是一个横截面图，表示电流向里，表示电流向外)，题图甲中， I 与 B 决定的平面是与纸面垂直的竖直面，安培力方向与这个平面垂直，由左手定则知，安培力 的方向为水平向右；题图乙中， I 与 B 决定的平面是与水平方向成 角的垂直纸面的平面， 安培力方向与这个平面垂直，指向右下方；题图丙中， I 和 B 决定的平面是垂直斜面的平 面，安培力方向与斜面平行，指向右上方 甲 乙 丙 答案 见解析 规律总结 1.判断安培力的方向，要先明确磁场的方向和电流的方向，用左手定则
8、判断， 不要“习惯性”地错用右手实际上左手定则揭示了磁感应强度、电流、安培力这三个物 理量方向之间的关系，知道其中任意两个方向，可以由安培定则判断第三个方向 2分析安培力方向时，左手定则和安培定则往往同时使用，要特别注意它们的不同：安培 定则用来判断电流的磁场方向，用右手；左手定则用来判断电流的受力方向，用左手 二、对磁感应强度概念及公式的理解 例 2 (单选)关于磁感应强度，下列说法正确的是( ) A由 B 可知， B 与 F 成正比，与 IL 成反比 FIL B通电导线放在磁场中某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该点的磁感应 强度就变为零 C通电导线所受磁场力不为零的地方一定存
9、在磁场，通电导线不受磁场力的地方一定不存 在磁场(即 B0) D磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定 解析 磁感应强度 B 只是一个定义式，而不是决定式；磁感应强度 B 是由磁场本身的 FIL 性质决定的，与放不放通电导线无关故选 D. 答案 D 三、对安培力大小的计算 例 3 (单选)长度为 L、通有电流 I 的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图 所示，已知磁感应强度为 B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算正确的是( ) 解析 A 图中，导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，故 F BILcos ，A 正确； B 图中，导线和磁场方向垂直，故 F BIL，B
10、错误； C 图中导线和磁场方向 垂直，故 F BIL，C 错误；D 图中导线和磁场方向垂直，故 F BIL，D 错误 答案 A 规律总结 1.当磁场方向与电流方向垂直时安培力 F ILB，如果磁场方向和电流方向不垂 直，公式应变为 F ILB ， B 是 B 在垂直于电流方向的分量 2如果通电导线是弯曲的，则要用其等效长度代入公式计算 3如果是非匀强磁场，原则上把通电导线分为很短的电流元，对电流元用安培力公式，然 后求矢量和 四、对磁通量认识及计算 例 4 如图 6 所示，框架面积为 S，框架平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直，则穿 过平面的磁通量为_若使框架绕 OO转过 60角，则穿过框架平面的磁通量为 _；若从初始位置转过 90角，则穿过框架平面的磁通量为_；若从初始 位置转过 180角，则穿过框架平面的磁通量的变化量是_ 图 6 解析 初始位置 1 BS；框架转过 60角时 2 BS BScos 60 BS；框架转过 12 90角时 3 BS BScos 900；若规定初始位置磁通量为“正” ，则框架转过 180 角时磁感线从反面穿出，故末态磁通量为“负” ，即 4 BS，所以 | 4 1|( BS) BS|2 BS. 答案 BS BS 0 2 BS 12
