第三章磁場第三節(jié)探究安培力

N

SFB安培力：通電導(dǎo)線在磁場中受到的力一、安培力的方向演示：按照右圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1、改變導(dǎo)線中電流的方向，觀察受力方向是否改變。2、上下交互磁場的位置以改變磁場的方向，觀察受力方向是否變化。安培力的方向與哪些因素有關(guān)？問題探究實(shí)驗(yàn)記錄與分析1.實(shí)驗(yàn)裝置簡化圖

實(shí)驗(yàn)次數(shù)磁場方向電流方向安培力的方向1向下垂直于紙面向外

2垂直于紙面向里

3向上

4垂直于紙面向外

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表問題探究N電流的方向：垂直于紙面向外記錄1實(shí)驗(yàn)1問題探究N電流的方向：垂直于紙面向里記錄2實(shí)驗(yàn)2問題探究電流的方向：垂直于紙面向里記錄3實(shí)驗(yàn)3問題探究S電流的方向：垂直于紙面向外記錄4實(shí)驗(yàn)4問題探究

實(shí)驗(yàn)次數(shù)磁場方向電流方向安培力的方向1向下垂直于紙面向外2垂直于紙面向里

3向上

4垂直于紙面向外水平向右水平向左水平向右水平向左實(shí)驗(yàn)結(jié)果問題探究演示1：磁場方向：向下

電流方向：向外

受力方向：向右演示2：磁場方向：向下

電流方向：向內(nèi)

受力方向：向左演示3：磁場方向：向上

電流方向：向內(nèi)

受力方向：向右演示4：磁場方向：向上

電流方向：向外

受力方向：向左結(jié)果分析左手定則：伸開左手，大拇指跟其余四指垂直，并且跟手掌在同一平面內(nèi)，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，大拇指所指的方向就是直導(dǎo)線所受安培力的方向。問題探究FIBFIBBI30°FFIIIBBB例1.判斷安培力的方向F=0F=0典例精析例2.畫出圖中通電導(dǎo)線棒所受安培力的方向。FFF平面圖－－側(cè)視圖典例精析思考：平行通電導(dǎo)線間是相互吸引還是相互排斥？問題探究1.同向電流相互吸引2.反向電流相互排斥。結(jié)論:FFF同向電流F反向電流試?yán)米笫侄▌t分析他們之間的作用力問題探究1.電場的基本性質(zhì)是什么？對放入其中的電荷有電場力的作用3.磁場的基本性質(zhì)是什么？對放入其中的磁體或通電導(dǎo)體有磁力的作用電場強(qiáng)度:試探電荷所受電場力跟電荷量的比值正試探電荷的受力方向2.如何描述電場的強(qiáng)弱和方向？4.如何描述磁場的強(qiáng)弱和方向？是否類似電場的研究方法,分析磁體或電流在磁場中所受的力,找出表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量?問題探究電場正試探電荷的受力方向磁場磁體或電流的受力方向小磁針N極的受力方向二、磁感應(yīng)強(qiáng)度物理學(xué)規(guī)定：小磁針N極(北極)的受力方向或小磁針靜止時(shí)N極的指向，規(guī)定為該點(diǎn)的磁場方向,即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向新課教學(xué)1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向

思考：通電導(dǎo)線受到的磁場力與哪些因素有關(guān)?導(dǎo)線長度、電流大小、磁場的不同、放置的位置（導(dǎo)線與磁場方向平行、垂直及任意夾角受力情況不同）2.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法問題探究（1）保持磁場和通電導(dǎo)線的長度不變，改變電流的大小。（2）保持磁場和導(dǎo)線中的電流不變，改變通電導(dǎo)線的長度。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)結(jié)論：在通電導(dǎo)線的長度和磁場不變時(shí)，電流越大，導(dǎo)線所受的安培力就越大。結(jié)論：在通電導(dǎo)線的電流和磁場不變時(shí)，導(dǎo)線越長，導(dǎo)線所受的安培力就越大。現(xiàn)象：電流越大，導(dǎo)線的偏角越大。問題探究F

LF

IF

ILF=B·IL精確的實(shí)驗(yàn)研究表明：通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)，它受力的大小既與導(dǎo)線的長度L成正比，又與導(dǎo)線中的電流I成正比，即與I和L的乘積IL成正比。

不同磁場中，比值F/IL一般不同邏輯推理（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度定義：（3）單位：在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度在國際單位制中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉,簡稱特,國際符號(hào)是T1T=1N/A·m（2）定義式：新課教學(xué)2.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小新課教學(xué)2.磁感應(yīng)強(qiáng)度反映什么性質(zhì)？物理意義：B是表示磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，是描述磁場力的性質(zhì)的物理量，是矢量。1.磁感應(yīng)強(qiáng)度由通電導(dǎo)線的長度、電流及導(dǎo)線受力決定嗎？B與L、I、F無關(guān)，與場源和該點(diǎn)在場中的位置有關(guān)3.用B=F/IL計(jì)算時(shí)，要注意什么問題？導(dǎo)線電流的方向與磁場方向的關(guān)系，要注意兩者必須垂直。通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)受到磁場力最大，平行時(shí)為零問題思考5.若在某一點(diǎn)同時(shí)存在幾個(gè)磁場，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B如何？若某一空間同時(shí)存在幾個(gè)磁場，空間的磁場應(yīng)由這幾個(gè)磁場疊加而成，某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則有：B=B1+B2+B3……（矢量和），用平行四邊形法則運(yùn)算4.你認(rèn)為電場力（磁場力）在方向上與電場強(qiáng)度（磁感應(yīng)強(qiáng)度）有何關(guān)系？電場強(qiáng)度方向規(guī)定為正電荷受力方向；磁感應(yīng)強(qiáng)度方向規(guī)定為小磁針北極受力方向，與電流受力方向垂直。問題思考思考：有人根據(jù)B=F/IL提出：磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B跟磁場力F成正比，跟電流強(qiáng)度I和導(dǎo)線長度L的乘積IL成反比，這種提法有對嗎？若不對錯(cuò)在哪里？答：這種提法不對.因?yàn)閷?shí)驗(yàn)證明，F(xiàn)和IL的乘積成正比，故比值（F/IL）在磁場中某處是一個(gè)恒量，它反映了磁場本身的特性，不隨F及IL的變化而變化.問題思考1、磁場強(qiáng)弱、方向處處相同的磁場2、勻強(qiáng)磁場的磁感線：是一組相互平行、方向相同、疏密均勻的直線亥姆霍茲線圈三、勻強(qiáng)磁場相互平行方向相同間隔均勻新課教學(xué)四、安培力的大小NSIF＝ILB當(dāng)B∥I時(shí)F＝0當(dāng)B和I夾角為θ時(shí)，F(xiàn)的方向？F的大小?當(dāng)B⊥I時(shí)NSINSIθ問題探究把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：平行于導(dǎo)線的分量B2不對導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B1決定F=I

L·Bsinθ通電直導(dǎo)線與磁場方向不垂直的情況怎樣處理？NSI垂直B1=B

sinθ平行B2=B

cosθIBθB2B1θ問題探究安培力大小公式：F=ILBsinθθ表示磁場方向與電流方向間的夾角注：在中學(xué)階段，此公式僅適用于勻強(qiáng)磁場問題1:若B與I不垂直時(shí)，F(xiàn)安與B和I方向關(guān)系可怎樣概括？說明：結(jié)論：F一定與B垂直，一定與I垂直。但B與I不一定垂直。問題2：F、B、I一定兩兩垂直嗎？問題探究例3．如圖1所示，垂直折線abc中通入I的電流。ab=bc=L，折線所在平面與勻強(qiáng)磁感強(qiáng)度B垂直.abc受安培力等效于ac（通有a→c的電流I）所受安培力，即F1=______，方向同樣由等效電流ac判定為在紙面內(nèi)垂直于ac斜向上，同理可以推知：如圖2所示，半圓形通電導(dǎo)線受安培力F2=______如圖3所示，閉合的通電導(dǎo)線框受安培力F3=______圖1圖3圖2

2BIL0計(jì)算安培力的大小時(shí)，L是指導(dǎo)線在垂直磁場方向上的有效長度典例精析如圖所示，在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極，沿邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極，將兩電極接在電池的兩極上，然后在玻璃皿中放入鹽水，把玻璃皿放入蹄形磁鐵的磁場中，N極在下，S極在上，鹽水就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來．(1)猜想一下，鹽水轉(zhuǎn)動(dòng)的方向．(2)探究鹽水旋轉(zhuǎn)的原因．思考問題探究答案：(1)通過左手定則判定，鹽水從上向下看逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)．(2)鹽水中形成了由圓形電極指向柱形電極的如圖所示的電流，由于磁場方向向上，故鹽水逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)．問題探究五、磁通量：1、定義：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一個(gè)與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫做穿過這個(gè)面積的磁通量，簡稱磁通。用字母Φ表示磁通量。2、在勻強(qiáng)磁場中，公式為Φ=BS⊥（S⊥表示某一面積在垂直于磁場方向上的投影面積）．求該面積在垂直磁場方向上的投影面積新課教學(xué)3、單位：在SI制中是韋伯，簡稱韋，符號(hào)Wb1Wb=1T·m24、磁通量是有正負(fù)的，若在某個(gè)面積有方向相反的磁場通過，求磁通量，應(yīng)考慮相反方向抵消以后所剩余的磁通量，即應(yīng)求該面積各磁通量的代數(shù)和．5、磁通密度：B=φ/S表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通量。

1T=1Wb/m2=1N/A·m新課教學(xué)例4．如圖所示，線圈平面與水平方向夾角θ＝60°，磁感線豎直向下，線圈平面面積S＝0.4m2，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.6T，則穿過線圈的磁通量Φ為多少？解析：把S投影到與B垂直的方向，則Φ＝B·Scosθ＝0.6×0.4×cos60°Wb＝0.12Wb.思維流程：S向與B垂直的方向做投影求投影面積求磁通量典例精析1、下列說法中錯(cuò)誤的是（）A．磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，就是通以電流I、長為L的一小段導(dǎo)線放在該處時(shí)所受磁場力F與I、L的乘積的比值B．一小段通電導(dǎo)線放在某處不受磁場力作用，則該處可能沒有磁場C．一小段通電導(dǎo)線放在磁場中A處時(shí)受磁場力比放在B處大，但A處磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定比B處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大D．因?yàn)锽=F/IL，所以某處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與放在該處的通電小段導(dǎo)線IL乘積成反比AD導(dǎo)線與磁場是否垂直？導(dǎo)線與磁場平行時(shí)不受力不知道導(dǎo)線放置情況，無法比較磁感應(yīng)強(qiáng)度決定于磁場本身課堂練習(xí)00.02N水平向右0.02N垂直導(dǎo)線，斜向左上方2.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IBIB30°IB課堂練習(xí)0.1T3、一根導(dǎo)線長0.2m，通過3A的電流，垂直放入磁場中某處受到的磁場力是6×10-2N，則該處的磁