广东省惠州市惠东中学高二物理粤教版选修3-1 3.3 探究安培力(共52张PPT)
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与哪一些因素有关系？
实验装置: 磁场方向与电流方向垂直的情况
演示1 电流的方向：垂直于纸面向外
演示2 电流的方向：垂直于纸面向里
演示3 电流的方向：垂直于纸面向里
演示4 电流的方向：垂直于纸面向外
F、B、I方向关系 遵循左手定则
安培力方向既与电流方向垂直 F 又与磁场方向垂直，即垂直于电流 和磁场所在的平面
bd中点且ac=ab,则a点的磁感应强度方向是( C )
A.垂直纸面指向纸里 B.垂直纸面指向纸外 C.沿纸面由a指向b D.沿纸面由a指向c
思考与讨论
有人根据B=F/IL提出：磁场中某点的磁感应强度跟 安培力（磁场力）成正比，跟电流和导线长度的乘积 成反比，这种提法有什么问题？错在哪里？
注意：
(1)B是描述磁场本身性质的物理量，与I、L和F无关， 某点的磁感强度B 与该点是否放置通电导线也无关．
θ表示磁场方向与电流方向（两者箭头所 形成的的）间的夹角 在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场
B
θ
I
如果磁场和电流不垂直,情况会怎样?
安培力F 的方向总是垂直于电流I 与磁感应强度B 所确定的平面
F
B I
例2、将长度为20cm、通有0.1A电流的直
导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如
图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各
2A，方向从M到N
M I
B N
例6、
解：通电导线所受安培力
FBI0 L.6N
由力的平衡条件得
F Gtan370 0.8N
N
F sin370
1N
N b(a) × F
G
【例题7】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面 夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感 应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω， 为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)
AD
Ｎ
第三节 探讨安培力（第一课时）
电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用
作用力的方向： （1）正电荷受力方向与电场方向一致 （2）负电荷受力方向与电场方向相反
作用力的大小：F=Eq
磁场的基本性质：对放入其中的磁体，电流有力的作用
磁场对电流的作用力称为安培力。
那么： 这个力的方向和大小又是怎样的呢，
（A）N减小，f=0; （B）N减小，f≠0;
（C）N增大，f=0; （D）N增大，f≠0.
解：画出电流所在处的磁感应线及该点的磁场方向如图：
由左手定则，磁场力F方向如图:
F
由牛顿第三定律，
B
I
磁铁受到等大反向的力F
对磁铁进行受力分析：
N
可知 支持力N 增大， 摩擦力f =0
S
N
F
mg
巩固练习
F
F
结论: 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。
用学过的知识加以判断
同向电流
F F
反向电流
F
F
B
E F
B×
B
E
B F
×
在图中，匀强磁场磁感应强度为B，有一段长L， 通有电流为I的直导线ab，电流方向从a到b，则 导线所受磁场力大小和方向如何？并将立体图改 画为平面图
B
B
b
α
z
b Oα
ya
α b
a
α
（3）若从初始位置转过90°角，则此时穿过线框平面的磁 通量为多少？
（4）若从初始位置转过180°角，则穿过线框平面的磁通量 为变化为多少？
（1）Φ1=BS （2）Φ=0.5BS
（3）Φ=0 （4）转过180时，磁通量 Φ2=-BS；则转过180度的过程中， 磁通量的变化量△Φ=Φ2-Φ1=-BSBS=-2BS；变化量大小为2BS
的比值叫磁感强度 3.定义式： B=F/IL
适用条件： 1）匀强磁场
2）L很短时的非匀强磁场
4.单位：特斯拉 简称特
符号是T 1T=1N/Am
5.方向：磁感应强度的方向与磁场的方向一致
SN B
SN
B
6.叠加原理：
P
BP
图1
P
BP2
BP1
I1
图2
I2
如图所示,三根通电直导线垂直纸面放置,位于b、 c、d处,通电电流大小相同,方向如图所示.a位于
B2
θ
一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ
另一分量与导线平行 B2=Bcosθ
I
平行于导线的分量B2不对通电导线产生作 用力，通电导线所受作用力仅由B1决定
即F=ILB1 将B1=Bsinθ代入得 F=ILBsinθ
0o
F 0
90O FIBL
一、安培力的大小
公式： F=BILsinθ
解 ： 由 导 线 静 止 平 衡 得 : F 安 cos45m gsin45 解 得 :F 安 m g= 0.1 10N = 1N
又F 安 = B IL得 IB F 安 L1 1 0 .2A 5 A
Fn
根据闭合电路欧姆定律 I E
Rr
得：R=Er610.2
I5
II B
I B
I 300
B
I B
I 300
B
B
I
300
例3、长度为20cm的通电直导线置于匀强磁 场中，电流的强度为1A，受到磁场作用力的 大小为2N，则磁感应强度B： （ B）
A、B＝10T
B、B≥10T
C、B≤10T
D、不能确定
例4、一根长0.2m、通有2.0A电流的通电直
导线，放在磁感应强度为0.50T的匀强磁场
x
x
x
I
x
x
x
60°
x
x
x
L指的是“有效长度”，对于弯曲导线的有效长度L， 应等效于连接两端点直线的长度，相应的电流方向应沿 等效长度L由始端流向末端
例5、如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁 场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为 0.5m，质量为0.1kg的金属棒MN，此时弹簧伸 长10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流 的大小和方向如何？
实验验证
磁感应强度——定量描述磁场强弱和方向的物理量。
物理学规定：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所
受的安培力F 跟电流I 和导线的乘积IL的比值叫做磁感应强
度。用B表示。
即： B F IL
单位：特斯拉（T）
磁感应强度 B 1.物理意义： 描述磁场的力的性质的物理量
2、定义：
垂直于磁场方向的通电导线，所受的安 培力F，跟电流I和导线的长度L的乘积
a
B
从开始位置a拉一条直线到
终点c，此时，弯曲导线的
bI
I
有效长度就是始末位置所 连直线的长度，则弯曲导
c 线受到的安培力就等于ac 直导线受到的安培力
2、通电弯曲导线的有效长度
B
R
I I
(1)
l
B
l
I
l
(2)
B
I
(3)
练习。说说下面各图的有效长度
思考2：
如下图所示，两根直导线各长1m，夹角60°， 电流I=0.5A，磁场强度B=2T，求导线受到的 安培力大小；
N
S
（1）绳子拉力_变___大___
(变大,变小,不变)
（2）桌面对磁铁的支持
力_变___小___
（3）桌面对磁铁的摩擦
力__无______(有,无).
B
F
N
S
桌面对磁铁的摩擦力
__有_____(有,无) 方向_水__平__向__.右
【猜想与验证】影响安培力的因素
①磁场的强弱
②电流的大小
③电流的长度
图中导线所受安培力的大小和方向
B
I
F
B
I
B
I
F
30
°
0N
0.02N
0.02N
水平向右
垂直导线
斜向左上方
(学有余力)如图表示放在匀强磁场里通电直导
线的几种情况：磁场B=0.60T，导线长L=50cm， 导线中电流I=4A，其它条件见图．标出图中各 种情况中导线所受安培力的方向，并计算它的 大小
I B
B
I
示意图
左手定则：伸开左手,使拇指与 其余四个手指垂直,并且都与手 掌在同一平面内;让磁感应线从 掌心进入,并使四指指向电流的 方向，这时拇指所指的方向就 是通电导线在磁场中所受安培 力的方向
判定以下通电导线所受安培力的方向
B
I F I
B I
B
B
F I
B
α
α
B
F
B
F
BI
I
I
30 F °
α
问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间 会通过磁场发生相互作用
中，受到的安培力大小不可能是（ D ）
A、0N
B、0.10N
C、0.20N
D、0.40N
1、通电直导线的有效长度
例1、长为m的通电导线置于磁场时， 电流强度为I，磁感应强度为B，磁场 区域长为a，宽为b，则安培力F为多 少？
F=BIL=BIa
B
bI
a
2、通电弯曲导线的有效长度
如图所示的弯曲导线，电流I由a端经b 流到c端
(2)B 的方向不是F 的方向，是与F 垂直的方向．
(3)磁感应强度与磁感线:疏密反映其大小,切线方向就是 磁感应强度方向.
(4)匀强磁场:磁感线平行且等距
4、匀强磁场
在某一区域内，磁感应强度的大小与方向处处
相同。
距离很近的两
个异名磁极之间的 N
S
磁场可以认为是匀
强磁场
通电螺线管的
内部也可以认为是 匀强磁场。
磁通量问题
【题3】如图所示，当磁感应强度
大小为B的磁场方向分别沿0x轴、
oy轴、oz轴时，通过面积为S线
框的磁通量大小分别为：_____，
______, ______
3 BS 0 Wb
2
1 BS 2
x
【题4】如图所示，比较线圈ab中的 磁通量的大小
Φa __>__Φb
z
o
y
300
N a
b S
θ
N(M)
×
F安
θ
mg
三.磁通量 我们将磁感应强度B 与面积S 的乘积，叫做穿过这个
面的磁通量，简称磁通。用Φ表示。 即：Φ=BS
Φ=BS
Φ=BS cosθ
在SI单位制中，磁通量的单位为：韦伯（Wb）
磁感应强度B=Φ/S，故B也叫磁通密度
对公式的理解
B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度， 若S与B不垂直，则S为垂直与磁场方向的投影面 积．
α
x
a
BB
B α
F
B
α
F
F αy xB
F α
B
如图所示，通电直导线A与贺形通电导线环B
固定放置在同一水平面上,通有如图所示的电
流时,通电直导线受到水平向 右 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 右.
B
A
I
I
例题
自由
˙ ˙˙
F
˙˙ ˙ 固定
【答案】AD
对磁通量的思考
面积为S 的平面置于磁 B 感应强度为B 的磁场中，随 着平面的转动， 磁通量各为多 少？
S θS
O
S
S
例：如图所示，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。
（1）此时穿过平面的磁通量为多少？ （2）若使框架绕OO’转过60°角，则此时穿过线框平面的 磁通量为多少？来自×××
F
×
×
×
解析：两电流不平行时，有转动到相互平 行且电流方向相同的趋势
F F
I
N
S
F
N
S
F
练习、如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它的正中间
上方固定一根长直导线，导线中通过方向垂直纸面向里（即与
条形磁铁垂直）的电流，和原来没有电流通过时相比较，磁铁
受到的支持力N 和摩擦力f 将 ( C )
Φ是标量，但有方向，若取某方向穿入平面的磁
通量为正，则反方向穿入该平面的磁通量为负． 通过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时
的合磁通为相反方向磁通量的代数和（即两个相 反方向的磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通）
【例题】下列各种说法中，正确的是： A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小； B.磁感应强度越大，磁通量也越大； C.磁通量小，一定是磁感应强度小； D.磁感应强度很大，而磁通量可能为零。
一、安培力的大小
（1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方 向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感 应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。
即： F=BIL
一、安培力的大小 问题:如果既不平行也不垂直呢？
B
θ
I
一、安培力的大小 通电直导线与磁场方向不垂直的情况 B
把磁感应强度B分解为两个分量： B1
实验装置: 磁场方向与电流方向垂直的情况
演示1 电流的方向：垂直于纸面向外
演示2 电流的方向：垂直于纸面向里
演示3 电流的方向：垂直于纸面向里
演示4 电流的方向：垂直于纸面向外
F、B、I方向关系 遵循左手定则
安培力方向既与电流方向垂直 F 又与磁场方向垂直，即垂直于电流 和磁场所在的平面
bd中点且ac=ab,则a点的磁感应强度方向是( C )
A.垂直纸面指向纸里 B.垂直纸面指向纸外 C.沿纸面由a指向b D.沿纸面由a指向c
思考与讨论
有人根据B=F/IL提出：磁场中某点的磁感应强度跟 安培力（磁场力）成正比，跟电流和导线长度的乘积 成反比，这种提法有什么问题？错在哪里？
注意：
(1)B是描述磁场本身性质的物理量，与I、L和F无关， 某点的磁感强度B 与该点是否放置通电导线也无关．
θ表示磁场方向与电流方向（两者箭头所 形成的的）间的夹角 在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场
B
θ
I
如果磁场和电流不垂直,情况会怎样?
安培力F 的方向总是垂直于电流I 与磁感应强度B 所确定的平面
F
B I
例2、将长度为20cm、通有0.1A电流的直
导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如
图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各
2A，方向从M到N
M I
B N
例6、
解：通电导线所受安培力
FBI0 L.6N
由力的平衡条件得
F Gtan370 0.8N
N
F sin370
1N
N b(a) × F
G
【例题7】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面 夹角为45°，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感 应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω， 为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)
AD
Ｎ
第三节 探讨安培力（第一课时）
电场的基本性质：对放入其中的电荷有力的作用
作用力的方向： （1）正电荷受力方向与电场方向一致 （2）负电荷受力方向与电场方向相反
作用力的大小：F=Eq
磁场的基本性质：对放入其中的磁体，电流有力的作用
磁场对电流的作用力称为安培力。
那么： 这个力的方向和大小又是怎样的呢，
（A）N减小，f=0; （B）N减小，f≠0;
（C）N增大，f=0; （D）N增大，f≠0.
解：画出电流所在处的磁感应线及该点的磁场方向如图：
由左手定则，磁场力F方向如图:
F
由牛顿第三定律，
B
I
磁铁受到等大反向的力F
对磁铁进行受力分析：
N
可知 支持力N 增大， 摩擦力f =0
S
N
F
mg
巩固练习
F
F
结论: 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。
用学过的知识加以判断
同向电流
F F
反向电流
F
F
B
E F
B×
B
E
B F
×
在图中，匀强磁场磁感应强度为B，有一段长L， 通有电流为I的直导线ab，电流方向从a到b，则 导线所受磁场力大小和方向如何？并将立体图改 画为平面图
B
B
b
α
z
b Oα
ya
α b
a
α
（3）若从初始位置转过90°角，则此时穿过线框平面的磁 通量为多少？
（4）若从初始位置转过180°角，则穿过线框平面的磁通量 为变化为多少？
（1）Φ1=BS （2）Φ=0.5BS
（3）Φ=0 （4）转过180时，磁通量 Φ2=-BS；则转过180度的过程中， 磁通量的变化量△Φ=Φ2-Φ1=-BSBS=-2BS；变化量大小为2BS
的比值叫磁感强度 3.定义式： B=F/IL
适用条件： 1）匀强磁场
2）L很短时的非匀强磁场
4.单位：特斯拉 简称特
符号是T 1T=1N/Am
5.方向：磁感应强度的方向与磁场的方向一致
SN B
SN
B
6.叠加原理：
P
BP
图1
P
BP2
BP1
I1
图2
I2
如图所示,三根通电直导线垂直纸面放置,位于b、 c、d处,通电电流大小相同,方向如图所示.a位于
B2
θ
一个分量与导线垂直 B1=Bsinθ
另一分量与导线平行 B2=Bcosθ
I
平行于导线的分量B2不对通电导线产生作 用力，通电导线所受作用力仅由B1决定
即F=ILB1 将B1=Bsinθ代入得 F=ILBsinθ
0o
F 0
90O FIBL
一、安培力的大小
公式： F=BILsinθ
解 ： 由 导 线 静 止 平 衡 得 : F 安 cos45m gsin45 解 得 :F 安 m g= 0.1 10N = 1N
又F 安 = B IL得 IB F 安 L1 1 0 .2A 5 A
Fn
根据闭合电路欧姆定律 I E
Rr
得：R=Er610.2
I5
II B
I B
I 300
B
I B
I 300
B
B
I
300
例3、长度为20cm的通电直导线置于匀强磁 场中，电流的强度为1A，受到磁场作用力的 大小为2N，则磁感应强度B： （ B）
A、B＝10T
B、B≥10T
C、B≤10T
D、不能确定
例4、一根长0.2m、通有2.0A电流的通电直
导线，放在磁感应强度为0.50T的匀强磁场
x
x
x
I
x
x
x
60°
x
x
x
L指的是“有效长度”，对于弯曲导线的有效长度L， 应等效于连接两端点直线的长度，相应的电流方向应沿 等效长度L由始端流向末端
例5、如图所示，在磁感应强度为1T的匀强磁 场中，有两根相同的弹簧，下面挂一条长为 0.5m，质量为0.1kg的金属棒MN，此时弹簧伸 长10cm，欲使弹簧不伸长则棒上应通过的电流 的大小和方向如何？
实验验证
磁感应强度——定量描述磁场强弱和方向的物理量。
物理学规定：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所
受的安培力F 跟电流I 和导线的乘积IL的比值叫做磁感应强
度。用B表示。
即： B F IL
单位：特斯拉（T）
磁感应强度 B 1.物理意义： 描述磁场的力的性质的物理量
2、定义：
垂直于磁场方向的通电导线，所受的安 培力F，跟电流I和导线的长度L的乘积
a
B
从开始位置a拉一条直线到
终点c，此时，弯曲导线的
bI
I
有效长度就是始末位置所 连直线的长度，则弯曲导
c 线受到的安培力就等于ac 直导线受到的安培力
2、通电弯曲导线的有效长度
B
R
I I
(1)
l
B
l
I
l
(2)
B
I
(3)
练习。说说下面各图的有效长度
思考2：
如下图所示，两根直导线各长1m，夹角60°， 电流I=0.5A，磁场强度B=2T，求导线受到的 安培力大小；
N
S
（1）绳子拉力_变___大___
(变大,变小,不变)
（2）桌面对磁铁的支持
力_变___小___
（3）桌面对磁铁的摩擦
力__无______(有,无).
B
F
N
S
桌面对磁铁的摩擦力
__有_____(有,无) 方向_水__平__向__.右
【猜想与验证】影响安培力的因素
①磁场的强弱
②电流的大小
③电流的长度
图中导线所受安培力的大小和方向
B
I
F
B
I
B
I
F
30
°
0N
0.02N
0.02N
水平向右
垂直导线
斜向左上方
(学有余力)如图表示放在匀强磁场里通电直导
线的几种情况：磁场B=0.60T，导线长L=50cm， 导线中电流I=4A，其它条件见图．标出图中各 种情况中导线所受安培力的方向，并计算它的 大小
I B
B
I
示意图
左手定则：伸开左手,使拇指与 其余四个手指垂直,并且都与手 掌在同一平面内;让磁感应线从 掌心进入,并使四指指向电流的 方向，这时拇指所指的方向就 是通电导线在磁场中所受安培 力的方向
判定以下通电导线所受安培力的方向
B
I F I
B I
B
B
F I
B
α
α
B
F
B
F
BI
I
I
30 F °
α
问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间 会通过磁场发生相互作用
中，受到的安培力大小不可能是（ D ）
A、0N
B、0.10N
C、0.20N
D、0.40N
1、通电直导线的有效长度
例1、长为m的通电导线置于磁场时， 电流强度为I，磁感应强度为B，磁场 区域长为a，宽为b，则安培力F为多 少？
F=BIL=BIa
B
bI
a
2、通电弯曲导线的有效长度
如图所示的弯曲导线，电流I由a端经b 流到c端
(2)B 的方向不是F 的方向，是与F 垂直的方向．
(3)磁感应强度与磁感线:疏密反映其大小,切线方向就是 磁感应强度方向.
(4)匀强磁场:磁感线平行且等距
4、匀强磁场
在某一区域内，磁感应强度的大小与方向处处
相同。
距离很近的两
个异名磁极之间的 N
S
磁场可以认为是匀
强磁场
通电螺线管的
内部也可以认为是 匀强磁场。
磁通量问题
【题3】如图所示，当磁感应强度
大小为B的磁场方向分别沿0x轴、
oy轴、oz轴时，通过面积为S线
框的磁通量大小分别为：_____，
______, ______
3 BS 0 Wb
2
1 BS 2
x
【题4】如图所示，比较线圈ab中的 磁通量的大小
Φa __>__Φb
z
o
y
300
N a
b S
θ
N(M)
×
F安
θ
mg
三.磁通量 我们将磁感应强度B 与面积S 的乘积，叫做穿过这个
面的磁通量，简称磁通。用Φ表示。 即：Φ=BS
Φ=BS
Φ=BS cosθ
在SI单位制中，磁通量的单位为：韦伯（Wb）
磁感应强度B=Φ/S，故B也叫磁通密度
对公式的理解
B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度， 若S与B不垂直，则S为垂直与磁场方向的投影面 积．
α
x
a
BB
B α
F
B
α
F
F αy xB
F α
B
如图所示，通电直导线A与贺形通电导线环B
固定放置在同一水平面上,通有如图所示的电
流时,通电直导线受到水平向 右 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 右.
B
A
I
I
例题
自由
˙ ˙˙
F
˙˙ ˙ 固定
【答案】AD
对磁通量的思考
面积为S 的平面置于磁 B 感应强度为B 的磁场中，随 着平面的转动， 磁通量各为多 少？
S θS
O
S
S
例：如图所示，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。
（1）此时穿过平面的磁通量为多少？ （2）若使框架绕OO’转过60°角，则此时穿过线框平面的 磁通量为多少？来自×××
F
×
×
×
解析：两电流不平行时，有转动到相互平 行且电流方向相同的趋势
F F
I
N
S
F
N
S
F
练习、如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它的正中间
上方固定一根长直导线，导线中通过方向垂直纸面向里（即与
条形磁铁垂直）的电流，和原来没有电流通过时相比较，磁铁
受到的支持力N 和摩擦力f 将 ( C )
Φ是标量，但有方向，若取某方向穿入平面的磁
通量为正，则反方向穿入该平面的磁通量为负． 通过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时
的合磁通为相反方向磁通量的代数和（即两个相 反方向的磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通）
【例题】下列各种说法中，正确的是： A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小； B.磁感应强度越大，磁通量也越大； C.磁通量小，一定是磁感应强度小； D.磁感应强度很大，而磁通量可能为零。
一、安培力的大小
（1） 在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方 向垂直的情况下，导线所受安培力F等于磁感 应强度B、电流I和导线的长度L三者的乘积。
即： F=BIL
一、安培力的大小 问题:如果既不平行也不垂直呢？
B
θ
I
一、安培力的大小 通电直导线与磁场方向不垂直的情况 B
把磁感应强度B分解为两个分量： B1