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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-1）：第三章 第三节 探究安培力（35张ppt）
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上传时间: 2014-08-17
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第三节 探究安培力
磁场
1．通过实验认识安培力，会用左手定则判断安培力的方向，会计算匀强磁场中安培力大小．
2．理解磁感应强度的定义，会用磁感应强度的定义式进行有关计算．
3．知道磁通量，能计算穿过某面积的磁通量．
1．安培力
(1)磁场对电流的________，叫安培力．
(2)大小计算：
①当B、I、L两两垂直时，________.若B与I(L)夹角为θ，则________．当通电导线与磁场垂直时，导线所受安培力最大，Fmax＝________，当通电导线与磁场平行时，导线所受的安培力最小，Fmin＝________.
答案：(1)作用力 (2)①F＝BIL F＝BIL sinθ BIL 0
②弯曲导线的有效长度L，等于两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由________(如图(1)所示)；任意形状的闭合线圈，其有效长度L＝0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和________．(如图(2)所示)．
③公式的适用条件：________
答案：②始端流向末端 一定为零 ③匀强磁场
(3)方向判定：
用左手定则判定：伸开________，使大拇指跟其余四个手指________，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________指向电流的方向，那么，________所指方向就是通电导线在磁场中所受的安培力的方向．
答案：左手 垂直 四指 拇指
2．磁感应强度
(1)物理意义：描述________的物理量．
(2)方向：小磁针静止时________所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为________．
(3)定义式：B＝F/IL.
(4)单位：特斯拉，简称特(T)．
注意：磁感应强度反映磁场本身的特征，其值决定于磁场．其值与放入的检验电流的电流大小、导线长度、摆放方向、检验电流是否受到磁场力及检验电流是否存在等均无关系．
答案：(1)磁场强弱 (2)N极 磁场方向
3．匀强磁场
在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度________都相同，这个区域内的磁场叫匀强磁场．在匀强磁场中，磁感线是________的直线．
4．磁通量
(1)定义：磁感应强度B与__________________的乘积叫做穿过这个面的磁通量．
（2）定义式： Φ＝BS
答案：3．大小和方向 一组平行且等距
4．(1)垂直于磁场方向的面积S
注意：公式Φ＝BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为Φ＝BS⊥.如果平面与磁场方向不垂直，应把面积S投影到与磁场垂直的方向上，求出投影面积S⊥，代入到Φ＝BS⊥中计算，应避免硬套公式Φ＝BSsinθ或Φ＝BScosθ.
(3)单位
在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦
符号：Wb 1 Wb＝1 T·m2.
(4)磁通密度：由Φ＝BS得B＝，B叫做磁通密度．
单位：Wb/m2，单位关系：1 T＝1 Wb/m2＝1 N(A·m)
注意：①磁通量是________，但有正，负；当磁感线从某一平面穿入时，若规定Φ为正值，则磁感线从另一面穿入时，Φ为负值．
②磁通量是表示穿过某平面的________________，在今后的应用中往往会根据穿过平面的净磁感线条数的多少来定性判断穿过该面的Φ的大小．
答案：①标量 ②磁感线的条数的多少
考点一 安培力方向的判断及大小的计算
(1)用左手定则判断．若磁感应强度方向与电流方向不垂直，可将磁感应强度B分解为与电流垂直分量和平行分量．
(2)利用电流元分析法，要在合适的位置选取电流元．
如图所示，通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如下图所示的电流时，通电直导线A受到水平向________的安培力作用，当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受的安培力方向水平向________
解析：利用安培定则先判定出B产生的磁场(磁感线)情况，再利用左手定则判定直导线A受到的安培力水平向右；当A、B中电流同时改变方向时，通电直导线A受到的安培力方向仍水平向右．分析方法上，也可采用靠近部分电流“同向相吸，反向排斥”来判断，结果相同．
答案：右 右
练习
1．如下图所示，分别标出了磁场方向和电流方向，试标出导线受力方向．
答案：略
将长为1 m的导线ac，从中点b折成如图所示形状，放入B＝0.08 T的匀强磁场中，abc平面与磁场垂直，若在导线abc中通入25 A的直流电，则整个导线所受安培力大小为F，求F.
练习
2．一根长0.2 m、通有2.0 A电流的通电直导线，放在磁感强度为0.50 T的匀强磁场中，受到安培力大小不可能是 ( )
A．0 N B．0.10 N
C．0.20 N D．0.40 N
D
考点二 磁感应强度
磁感应强度是反映磁场力的性质的物理量，是采用比值的方法来定义的，该公式是定义式而不是决定式，磁场中各处的B值是唯一确定的，与放入该点的检验电流的大小、方向等无关，实验表明：磁场力方向是与磁场方向垂直的，这一点磁场与电场是不一样的．
下列说法正确的是( )
A．磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定：把一小段通电导线放在该点，受到的磁场力F与该导线的长L、通过的电流I乘积的比值，即B＝F/IL
B．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零
C．磁感应强度B＝ F/IL 只是定义式，它的大小取决于场源以及导线在磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关
D．通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向
解析：根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向导线所受磁场力才最大，本题选项A未注明导线放置的方向，所以是错误的，通电导线若放置方向与电流平行时，也不受磁场力作用，所以选项B也是错误的，在磁场场源稳定的情况下，磁场内各点的磁感应强度(含大小和方向)都是唯一确定的，与放入该点的检验电流的大小，方向等无关，选项C正确，根据左手定则，磁场力方向与磁感应强度的方向垂直，选项D错误．
答案：C
练习
3．关于安培力、磁感应强度的有关说法，正确的是( )
A．通电导体不受磁场力作用的地方一定没有磁场
B．将I、L相同的通电导体放在同一匀强磁场的不同位置，受安培力一定相同
C．磁感线指向磁感应强度减小的方向
D．以上说法都不正确
解析：由F＝BILsin θ，当I∥B时，F＝0，此时通电导线不受磁场力，但导线处有磁场，故A错；如果I、L相同，放在同一匀强磁场中因放置角度不同，安培力也可能不同，故B不对；在匀强磁场中沿磁感线方向磁感应强度不变，故C错，正确答案为D.
答案：D
考点三 磁通量
当面积S和匀强磁场方向垂直时Φ＝BS，不垂直应取垂直于磁场方向的有效面积，磁通量是有正负的，可以认为磁感线穿入时为正，穿出时为负．
如下图所示，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，则穿过线框平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过线框平面的磁通量为________；若从初始位置转过180°角，则穿过线框平面的磁通量变化为________．
解析： 在图示位置时，磁感线与线框平面垂直，Φ＝BS.当框架绕OO′轴转过60°时可以将原图改画成从上面向下看的俯视图，如右图所示Φ＝BS⊥＝BS·cos60°.转过90°时，线框由与磁感线垂直穿过变为平行，Φ＝0.线框转过180°时，磁感线仍然垂直穿过线框，只不过穿过方向改变了．因而Φ1＝BS，Φ2＝－BS，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS
答案：BS 1/2BS 0 2BS
练习
4．如右图所示，竖直通电直导线旁有一圆线圈，其平面与直导线在同一平面内．当圆线圈逐渐远离直导线时，穿过圆线圈平面的磁通量将 ( )
A．不变
B．减少
C．增多
D．前三者均不正确
B
一．磁感应强度的概念及磁感线的应用
下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是( )
A．通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大
B．通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大
C．放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同
D．磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关
答案：D
二．安培力的特点与左手定则
题型1：已知通电导线的长度L，电流I的大小和方向、磁感应强度B的大小和方向，请指出安培力的大小和方向．
题型2：已知磁感应强度B的方向和安培力的方向，请判断出电流的方向．
5．由下列图示的已知量，判断电流或安培力的方向。
总结：利用左手定则判断安培力方向后应该检查一下F是否垂直B和I确定的平面．
练习
答案：略
3．安培力大小的计算
F＝BLI sinα(α为B、L间的夹角)，高中只要求掌握α＝0(不受安培力)和α＝90°两种情况．
如下图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L.匀强磁场磁感应强度为B.金属杆长也为L，质量为m，水平放在导轨上．当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止．
求：(1)B至少多大？这时B的方向如何？
(2)若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？
解析：(1)画出金属杆的截面图．由三角形定则可知，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B也最小．根据左手定则，这时B应垂直于导轨平面向上，大小满足：BI1L＝mgsinα， B＝mgsinα/I1L.
(2)当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得BI2Lcosα＝mgsinα，I2＝I1/cosα.
答案：(1)mgsinα/I1L 垂直于导轨平面向上 (2)I1/cosα
点评：在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系．
6．如右图所示，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和框宽均为L，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下．电键闭合后，在磁场力作用下铜棒被平抛出去，下落h后落在水平面上，水平位移为s.求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q.
练习
祝
您
学业有成
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