高中物理安培力.ppt

一、磁感应强度（B）
磁感应强度有大小也有方向，所以是 矢量。如果某点处于多个磁场中则该点的 磁感应强度遵循平行四边形的叠加原理。
两根非常靠近且相互垂直的长直导线分别通相同 强度的电流，方向如图所示，那么两电流在垂直 导线平面所产生的磁场方向向内且最强的区域是
A.区域1 B.区域2 C.区域3 D.区域4
图3－4－11
拓展2：如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O
点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，
当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的
运动情况将是(
)C
A．静止不动
B．向纸外平动
C．N极向纸外，S极向纸内转动
D．N极向纸内，S极向纸外转动
若磁铁不动，通电导线可移动，则 导线应如何动
N
S
N
F I
F S
安培力F，与电流I，还有 磁场方向，两两垂直
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；让磁感线从掌心穿入，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。
四指
大拇指 磁感线
电流
Y(B)
受力
B
I
穿手心 Z( I )
o
X(F)
F
向安
，培
【问题】（3）电流表中磁场分布有何特点 呢？为何要如此分布？ • 电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布
蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地 辐射分布的，不管通电线圈转到什 么角度，它的平面都跟磁感应线平 行，表盘的刻度就是均匀的了。
【问题】（4）磁电式仪表的优缺点是什么？ • 优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流； • 缺点是绕制线圈的导线很细，允许通过的
巩固练习
1、磁场的理解
2、安培力的计算
导与练P117 1,2,3
例， 一根长为0.2m的通以2A电流的导线， 放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到
磁场力的大小可能是（BCD ） A. 0.4N B. 0.2N C. 0.1N D. 0
如图3－4－8所示在匀强磁场中有下列各种形状 的通电导线，电流为I，磁感应强度为B，求各 导线所受的安培力．
【变式4】 如图3－4－12所示，在倾角为α的光滑斜面上，
放置一根长为L，质量为m，通过电流为I的导线，若使导线静
止，应该在斜面上施加匀强磁场B的大小和方向为( )．
A．B＝mgIsLin α，方向垂直于斜面向下
B．B＝mgIsLin α，方向垂直于斜面向上 C．B＝mgItaLn α，方向竖直向下
磁场1
F（N） IL(A·m)
35 10
28 17.5 7 2.45 8 5 2 0.7
磁场2
F（N） IL(A·m)
60 48 10 8
30 5
12 4.2 2 0.7
总结：（一）在不同磁场中
F kIL
☻ 在不同磁场中，k不一样 怎么判断磁场的强弱？
比较不同的磁场中，相同的电流元所受到的力
k2比k1大，磁场2比磁场1强 k可以表现出磁场的强弱 电场的强弱用的是电场强度 E，磁场的强弱呢？ 磁场感应强度：B B F
D．无法比较
穿过同一平面但方向相反的两条磁感线计算磁通 量时可以互相抵消。
2、如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度 为B的匀强磁场垂直，则穿过线框平面的磁通量为多少？ 若使框架绕OO′转过60°，则穿过线框平面的磁通量 为多少？若从初始位置转过90°，则此时穿过线框平 面的磁通量为多少？
【思路点拨】磁通量的大小直接利用公式Φ=BScosα即
即力
垂方
直向
平 面 。
于 百度文库 流 和
垂 直 于 电
磁流
场和
所磁
在场
的方
【例1】判断下列图中安培力的方向
B F
B I
F I
α
α
B
B
F I
BI
30 F °
B
F
I α
强调：应用安培力应注意的问题
1、分析受到的安培力时,要善于 把立体图,改画成易于分析受力的平 面图形
2、注意磁场和电流的方向是否 垂直
请画出磁场、电流和导线受到的力的正视图
θＢ
M
θ
N
【解析】
画出整个图形的侧视图，选金属
棒为研究对象进行受力分析．可得
θ
F安= mgtanθ
①
而 F安= BIL
②
由①和②得： tan BIL
mg
【例】如图所示的立体图中，质量m，长L， 通有电流为I的导体棒ab静止在水平导轨上， 匀强磁场磁感应强度为B，其方向与导轨平面 成θ角斜向下并与ab垂直，ab处于静止状态． 求：
弹簧、指针、刻度盘等六部分组成。
（一）磁电式电表
【问题】（2）为什么电流表可测出电流的 强弱和方向？
测出电流的强弱和方向： 线圈中的电流越大，安培力越大，线圈和指针偏转的角 度就越大—— 根据指针偏转角度的大小，判断被测电流的强弱。 测出电流的强弱和方向： 当线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变， 指针的偏转方向也随着改变—— 根据指针的偏转方向，判断被测电流的方向。
IL
总结：（二）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=ILB
（2）平行时：F＝0
垂直时：F=BIL F
磁场方向与电流方向间的夹角θ时
B⊥
B
B
∥
（3）公式： F=I L B sinθ
磁场感应强度的进一步了解 磁感线只能是定性的描述磁场的性质。
α .
答案 AC
二、磁通量（）
在磁感应强度为B的匀强磁场中， 当磁场方向与某一面积S垂直时，
则穿过该面积的磁通量
BS
单位：韦伯，简称韦，符号Wb
1Wb 1T m2
问题：如果面积为S的平面与磁场方向不垂直 时，则穿过该面积的磁通量还会不会是BS呢？
二、磁通量（）
B
S cos
从图示中可以看出：当 平面与磁场方向的夹角 变化时，穿过平面的磁 感线条数也发生变化。
B
B
a
F
..
b
B
B
B
F
×
拓展：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。在通以相同方向的电流时， 为什么相互排斥？请你运用学过的知识进行讨论。
区别安培定则
与左手定则
探究：电流方向相反时，将 会怎么样？
二.安培力的大小
实验中：
（1）当通电直导线垂直匀强磁 场时，导线受到的安培力最大。
磁场对电流的作用是电动机的基本原理
直流电动机的转速可由电流大小来控制；转动 方向可由电流方向和磁极的位置来控制。
2、安培力的综合问题
导练P119
例1 （2012·天津理综） 如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平
悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通一由M向N 的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改 变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是（ A）
F
判断通电导线在安培力作用下 的运动方向问题
1.画出导线所在处的磁场方向 2.确定电流方向 3.根据左手定则确定受安培力的方向 4.根据受力情况判断运动情况
2、上下交换磁场的位置以改变磁场 的方向，观察受力方向是否变化。
3、请画出这四种情况的磁场、电流和导线受到的力的 正视图
I
F FI
B
B
FI B
I
F
B
探究1：我们把通电导线在磁场中受到的力
叫做什么力？ 安培力
探究2：通电导线在磁场中所受安培力的 方向跟磁场方向，电流方向之间有怎样 的关系呢？你能用简洁的方法表示这个 关系吗？
磁场1
F（N） IL(A·m)
35 10
28 17.5 7 2.45 8 5 2 0.7
磁场2
F（N） IL(A·m)
60 48 10 8
30 5
12 4.2 2 0.7
总结：（一）在不同磁场中
F kIL
☻ 在不同磁场中，k不一样
怎么判断磁场的强弱？
比较不同的磁场中，相同的电流元所受到的力
k2比k1大，磁场2比磁场1强
（1）棒ab受到的摩擦力Ff大小和方向 （2）受到的支持力FN．
【例】 如图3－4－11所示，在与水平方向夹角 为60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m 的平行导轨上放一质量为m＝0.3 kg的金属棒ab ，通以从b→a，I＝3 A的电流，磁场方向竖直向 上，这时金属棒恰好静止．求：(1)匀强磁场磁 感应强度的大小；(2)ab棒对导轨压力的大小． (g＝10 m/s2)
图3－4－12
D．B＝mgIsLin α，方向水平向右
解析 根据电流方向和所给定磁场方向的关系 ，可以确定通电导线所受安培力分别如图所示 ．
又因为导线还受重力G和支持力FN，根据力的平衡知，只有
A、C两种情况是可能的，其中A中F＝mgsin α，则B＝mgIsLin α，
C中F＝mgtan
α，B＝mgItaLn
问题：能不能从定量的角度来描述磁场的性质呢？
“磁感应强度” 定量描述磁场的强弱与方向。
一、磁感应强度（B） 规 怎么定感比：线较穿条疏过数密垂等程直于感度于该应？磁处强从感的度量线磁？性的感的单应角位强度面度理积。解的磁磁
磁感应强度的大小
磁感线的疏密
特斯拉（T）
磁感应强度的方向
磁场的方向
小磁针在该点N极的受力方向
答案 A．ILBcos α B．ILB C. 2ILB D．2BIR E．0
1、安培力的平衡问题
巩固练习：
1.如图所示，在水平匀强磁场中，用两根 相同的细绳水平悬挂粗细均匀的直导线 MN，导线中通以从M到N的电流I，此时 绳子都受到拉力作用；为使拉力减小为零， 下列方法中可行的是（ ）A
A． 把电流强度增大到某一值 B． 把电流强度减小到某一值 C． 使电流I反向 D． 使磁场B反向
F
N
S
F
通电线圈最后静止在平衡位置
F
N
S
F
（二）电动机
定子
转子
彼此绝缘的 两个半圆环
一对与电源
连接的电刷
能够完成改变电流方向的装置叫做换向器
换向器的作用:
• 当线圈刚越过平衡位置时,换向器 自动改变电流的方向使线圈能持续 地转动下去
直流电动机
电动机是把电能转化为机械能的动力机器
使用直流电的电动机叫做直流电动机
可求解，应特别注意α角的大小.
【自主解答】
框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直时α=0,
此时磁通量Φ1=BS. 框架绕OO′转过60°时，
1
磁通量Φ2=BScos60°=2 BS.框架转过90°时，磁通量 Φ3=BScos90°=0. 答案：BS 1BS 0
2
4、如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度 为B的匀强磁场垂直，则穿过线框平面的磁通量为多少？ 若使框架绕OO′转过60°，则穿过线框平面的磁通量 为多少？若从初始位置转过90°，则此时穿过线框平 面的磁通量为多少？
（2）当通电直导线平行匀强磁 场时，导线受到的安培力最小
探究：安培力的大小与什么有关？
电流大小、磁场中导线长短，磁场强弱
FI
FL
F 磁场强弱
二.安培力的大小
为了方便探究安培力的大小 与电流大小和导线长短的关 系，我们采取控制变量法。
电流元：一段长为L的通电导线 中，电流与电线长度的乘积IL
在匀强磁场中，当磁场与通电导线垂直时，下面是通电导线 在不同的磁场中受力的情况
如果有两个大小相等但方 向相反的磁场同时穿过该 平面。则平面位置的磁感 应强度等于（ ），磁通
量等于（ ）
例题演练
1.（2010·巴蜀中学高二检测）如图所示，
两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条
形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两
环的磁通量Φa和Φb大小关系为（ ）
A．Φa>Φb
B．Φa<Φb
C．Φa=Φb
穿过平面的磁感线条数 与平面在垂直磁场方向 上的投影面积穿过的磁
感线条数相等。
BScos
为平面与垂直磁场方向 的夹角,当平面与磁场方 向平行时。磁通量=?
二、磁通量（）
当平面转过1800，此时的磁通量又是多少？
BS cos180。 BS
可见，磁通量虽然是标量，但还是有正负。 正负是用来表示穿过平面的方向。
第三章 磁场
3.4 通电导线在磁场中 受到的力
探究：
（1）磁场对通电导线有没有力的作用 （2）猜想：
磁场对通电直导线的作用力同哪些
因素有关? （3）什么样的情况下，磁场对通电直导 线的作用力最大? 反之呢？
一、安培力的方向
演示：按照右图所示进行实验。 1、改变导线中电流的方向，
观察受力方向是否改变。
电流很弱（几十微安到几毫安）。如果通 过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。
（二）电动机
实验分析
F
N
S
F
I
通电线圈在磁场中会发生逆时针转动
当线圈的平面与磁场垂直时，通电线圈受平衡
力作用，达到平衡位置。这时由于惯性，线圈
还会继续转动
F
N
S
F
线圈靠惯性越过平衡位置的后，磁场力作用的 结果使线圈顺时针旋转
【互动探究】(1)若从初位置使框架绕OO′转过60°，则穿 过框架的磁通量变化了多少？ (2)若从初位置使框架绕OO′转过180°，则穿过框架的磁 通量是多少？磁通量变化了多少？
三.安培力的应用 （一）磁电式电表
（一）磁电式电表
【问题】（1）电流表主要由哪几部分组成的？ 电流表由永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋