探究安培力-课件

2．有一小段通电导线，长为1 cm，电流强度
为5 A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1
N，则该点的磁感应强度B一定是
()
A．B＝2 T
B．B≤2 T
C．B≥2 T
D．以上情况都有可能
答案：C
3．如图5－4－3所示，把一根柔软 的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽 的水银接触．通电后，你预计会发生什 么现象？怎样解释这个现象？
解析：注意两个隐含条件： (1)柔软的弹簧——弹簧有伸缩性． (2)弹簧下端刚好与水银接触——弹 簧很容易离开水银．
图5-4-3
答案：弹簧上下振动，电流交替通断．发生这 种现象的原因是：弹簧通入电流时，弹簧各相邻线 圈中电流方向相同，线圈之间相互吸引，使弹簧收 缩，则电路断开；电路断开后，因电流消失，线圈 之间相互作用消失，因而弹簧恢复原来状态，电路 又被接通，这个过程反复出现，使得弹簧上下振动， 电路交替通断．
基础自测
1．由定义式 B＝IFL可知，磁场中某处的磁感应强
度大小
()
A．随IL的乘积的增大而减小 B．随F的增大而增大 C．与F成正比，与IL成反比 D．与F及IL无关，由F和IL的比值确定 解析：磁场中某一点的磁感应强度是由形成磁场的 磁体或电流的强度与分布情况决定的，与放入其中的 电流元无关，电流元所起的作用仅仅是对磁场进行探 测，从而确定该点磁场的磁感应强度，因此本题答案 为D. 答案：D
第4课时 探究安培力
学习目标
思维启迪
1.探究影响通 电导线所受安 培力的因素． 2.会用左手定 则判断安培力 的方向，并能 应用安培定则 解决有关问 题． 3.会用公式计 算安培力的大 小.
电磁炮是一种理想的兵器． 其原理如图所示，把待发射的炮弹(导体) 放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以 大电流，使炮弹作用一个载流导体在磁场力的 作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出 去．弹丸体积虽小，但由于初速特别高，所以 具有很大动能，足以穿透厚钢板．(如图5－4 －1所示)
答案：A
【题后反思】 B＝IFL只是磁感应强度的定义式， 但 B 与 F 不成正比，也不与 IL 成反比，B 应由本身 磁场来决定．
在磁感应强度的定义式 B＝IFL中，有关各物理
量间的关系，下列说法中正确的是
()
A．B由F、I和L决定 C．I由B、F和L决定 答案：B
B．F由B、I和L决定 D．L由B、F和I决定
【例2】 如图5－4－5所示，一
金属直杆MN两端接有导线悬挂于线
圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直
平面内，为使MN垂直纸面向外运动，
可以
()
图5-4-5
A．将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极 B．将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极 C．将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极 D．将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流 电源的另一端
解析：A项中接法，螺线管上端由安培定则知为N 极，MN中电流方向向右，由左手定则知MN垂直纸面 向外运动．
B项中接法使螺线管上端为S极，MN中电流由N到 M，由左手定则可判断B项正确．同理可知C项错误．
D项，当ac端为正极、bd端为负极时，同A项；当 ac端变为负极，bd端变为正极时，同B项；故D项正 确．
(2)磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质， 与F、I、L无关.
(3)通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的 方向.
(4)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这 时L应很短很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中 的“点电荷”.
【例1】 有关磁感应强度的下列说法中，正确的是
() A．磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量 B．若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用， 则该点的磁感应强度一定为零
图5-4-2
五、磁电式电流表 1．构造：主要构件有蹄形磁铁、圆柱形铁芯、 铝框、线圈、转轴、螺旋弹簧、指针、接线柱． 2．工作原理：当电流通过线圈时，导线受到安 培力的作用．由左手定则可以判断，线圈左右两边 所受的安培力方向相反，所以架在轴上的线圈就要 _转__动__ ． 3．线圈转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转 动，电流越大，安培力就越大，线圈偏转的角度越 大，所以从线圈偏转的角度就能判断通过的电流大 小；线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随之 改变，指针的偏转方向也随之_改__变__ ．
C．若有一小段长为 L，通以电流为 I 的导体，在 磁场中某处受到的磁场力为 F，则该处磁感应强度的大 小一定是IFL
D．由定义式 B＝IFL可知，电流强度 I 越大，导线 L 越长，某点的磁感应强度就越小
解析：磁感应强度的引入目的就是用来描述磁场强弱， 因此选项 A 是正确的；磁感应强度是与电流 I 和导线长度 L 无关的物理量，且 B＝IFL中的 B、F、L 相互垂直，所以 选项 B、C、D 皆是错误的．
1．当通电导线与磁感线垂直时， 即电流方向与磁感线方向垂直时，所 受的安培力最大：F＝ ____. BIL
2．当通电导线与磁感线不垂直 时，如图5－4－2所示，电流方向与 磁感线方向成θ角，通电导线所受的 安培力为F＝ _B_I_L_s_in_θ_.
3．当通电导线与磁感线平行时， 所受安培力为__. 0
4．如图5－4－4所示，A为一水平
旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的
负电荷，在圆盘正上方水平放置一通
电直导线，电流方向如图．当圆盘高
速绕中心轴OO′转动时，通电直导线所
受磁场力的方向是
()
A．竖直向上
B．竖直向下
C．水平向里
D．水平向外
答案：C
图5-4-4
5．关于通电直导线所受安培力F，磁感应强度 B和电流I三者方向之间的关系，下列说法正确的是
(3)注意事项：不管电流方向与磁场方向是否垂 直，安培力方向总垂直于电流方向与磁场方向所确 定的平面，当电流方向与磁场方向不垂直时，仍可 用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再 垂直穿过手心.
(4)安培力的特点 F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I确定的平面. (1)知道电流、磁感应强度的方向，可用左手定 则唯一确定F的方向. (2)知道F和电流的方向，不能唯一确定磁感应 强度B的方向，此时磁场B的方向可能是垂直于F而 与I成任意角(θ≠0°)的方向.
【题后反思】 (1)用左手定则判断安培力的方向 时，要注意安培力既与导线垂直又与磁场方向垂直， 但磁场方向与导线方向可成任意角．
(2)在利用F＝BILsinθ计算安培力的大小时，注 意θ角为导线与磁场方向的夹角．
如图5－4－9所示，在倾
角为α的光滑斜面上，垂直纸面
放置一根长为L，质量为m的直
导体棒，在导体棒中的电流I垂
如图所示，表示磁场方向、电流方向及导
线受力方向正确的图是
()
解析：磁场方向和电流方向垂直时，安培力方向、 磁场方向和电流方向三者是两两垂直的，满足左手定 则．故正确答案为A.
答案：A
安培力大小的计算
安培力的大小：安培力的大小不仅与B、I、L有 关，还与导线在磁场中的放置方向有关．
(1)当通电导线与磁场方向平行时，通电导线不 受安培力．
() A．F、B、I三者必定均保持垂直 B．F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I C．B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I D．I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B 答案：B
关于磁感应强度B的定义式的理解
(1)在定义式 B＝IFL中，通电导线必须垂直于磁场 方向放置.因为磁场中某点通电导线受力的大小，除 和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关.导线放 入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同.通电导 线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零.
答案：ABD
【题后反思】 (ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ)安培定则、左手定则往往同时 应用．应特别注意，安培定则是判断电流的磁场方 向，又称右手螺旋定则，用右手判断，而左手定则 是用左手判断电流的受力情况的．
(2)受到安培力作用的电流，也产生磁场，这一 磁场对产生原磁场的磁场(或电流、或运动电荷)也有 力的作用，这个力就是安培力的反作用力．
安培力方向的判断
(1)内容：伸开左手，让拇指与其余四个手指垂 直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手 心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为 通电直导线在磁场中所受安培力的方向．
(2)应用：左手定则反映了磁场方向、电流方向 以及电流受力方向三者之间的关系，在电流方向与 磁场方向相垂直的情况下，知道这三个方向中的任 意两个，就可以用左手定则判断出第三个的方向．
(2)当通电导线与磁场方向垂直时，所受安培力 最大，Fmax＝BIL.
(3)当通电导线与磁场方向斜交时，其所受安培 力介于零和最大值之间．如图5－4－6所示．
图5-4-6 将B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥对电 流没有作用，在此种情况下，F＝B⊥IL即F＝BILsinθ.
(4)注意事项： ①公式适用于匀强磁场． ②弯曲导线的有效长度l，等于两端点所连直线 的长度(如图5－4－7所示)；相应的电流方向，沿l由 始端流向末端，因为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 力的矢量和一定为零．
2．用左手定则判断通电导线在磁场中受到的安 培力的方向：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 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．
四、安培力的大小 磁场中的通电导线，通常会受到安培力的作用， 但并不等于“总是要受到安培力的作用”，安培力的 大小不仅仅是由B、I、L三者决定，还与电流I和B之 间的_____有夹关角．
二、磁感应强度 1．定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线， 所受的安培力跟电流I和导线长度L的乘积IL的_比__值__叫 磁感应强度．它是表示磁场的强弱和方向的物理量，通 常用字母B表示．
F 2．公式：B＝_IL__.
公式在应用中应注意两点：①安培力的方向既跟磁场方
向垂直，又跟电流方向垂直；②通电导线长度 L 很短时，B
就是导线所在处的磁感应强度．同时，因它所在处各点的磁
感应强度变化很小，可近似认为磁场是匀强磁场．
3．物理意义：B是描述_磁__场__性质的物理量． 4．单位：国际单位制中是_特__斯__拉__，简称特， 符号是T. 5．B是矢量，其方向就是磁场方向，即小磁针 静止时N极的指向或N极的_受__力__方向． 三、安培力的方向 1．安培力： __通__电__导__线__在磁场中受到的力称 为安培力． 安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力， 它与静电力、摩擦力、重力、弹力等一样是一种性 质力，不是按效果命名的力．
图5-4-1
要提高发射速度，就要增大炮弹的加速时 间．你知道该怎么可以做到吗？
知识梳理
一、探究影响通电导线受力的因素 1．在物理学中，把很短的一段通电导线中的电 流I与导线长度L的乘积IL称作_电__流__元__．
2．分析归纳：在实验中无论怎样改变 I、L 的数值，
IFL这一比值是_不__变__的__，说明IFL是反映磁场的性质，与放 入什么样的通电导体_无__关__．
直纸面向里时，欲使导体棒静止
在斜面上，下列外加匀强磁场的
磁感应强度B的大小和方向正确
的是
()
图5-4-9
A．B＝mgsIinLα，方向垂直斜面向上 B．B＝mgsiInLα，方向垂直斜面向下 C．B＝mgcoILs α，方向垂直斜面向下 D．B＝mgcoILs α，方向垂直斜面向上
解析：若磁场方向垂直斜面向上，由左 手定则可判定，安培力方向沿斜面向上，则 杆受竖直向下的重力 mg，斜面对杆的支持力 FN 和沿斜面向上的安培力 F，如图所示，则 sin α＝mFg，而 F＝BIL，所以 B＝mgsiInLα， 故 A 对 D 错；若磁场方向垂直斜面向下，由 左手定则可判定，安培力方向沿斜面向下， 因斜面光滑，杆不可能静止在斜面上，故 B、 C 错．
图5-4-7
【例3】 如图5－4－8所示，将长度为20 cm， 通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，已知磁 感应强度B＝1 T，试求出各图中导线所受安培力的 大小和方向．
图5-4-8
解析：本题考查左手定则的应用及安培力大小的 计算，由左手定则和安培力的计算公式可知．
解：(1)因导线与磁感线平行，所以安培力为零． (2)由左手定则知：安培力方向垂直导线水平向右， 大小F＝BIL＝1×0.1×0.2 N＝0.02 N. (3)磁场方向与电流方向仍是垂直的，由左手定则 可知安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F ＝BIL＝0.02 N.