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文檔簡(jiǎn)介

1、5.4探究安培力學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1知道什么是安培力(重點(diǎn))2知道左手定則的內(nèi)容,學(xué)會(huì)用左手定則判斷安培力的方向(重點(diǎn))3掌握用安培力公式FBIL解答有關(guān)問題,通過安培力公式的應(yīng)用,培養(yǎng)空間想象能力(重點(diǎn)、難點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、安培力的方向1安培力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱為安培力2左手定則伸開左手,使大拇指與其余四個(gè)手指垂直,且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi);讓磁感線穿入手心,使四指指向電流方向,則大拇指所指的方向就是安培力的方向3安培力方向與磁場(chǎng)方向、電流方向的關(guān)系FB,F(xiàn)I,即F垂直于電流方向和磁場(chǎng)方向所決定的平面二、安培力的大小1因素通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的安

2、培力的大小,跟導(dǎo)體的長(zhǎng)度L、導(dǎo)體中的電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B都成正比2計(jì)算公式(1)當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),F(xiàn)BIL.(2)當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向夾角為時(shí),F(xiàn)BILsin_.(3)當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí),F(xiàn)0.基礎(chǔ)自測(cè)1思考判斷(正確的打“”,錯(cuò)誤的打“×”)(1)通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用(×)(2)通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直()(3)應(yīng)用左手定則時(shí),四指指向電流方向,拇指指向安培力方向()(4)安培力的大小由電流強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度兩個(gè)因素決定(×)(5)將長(zhǎng)度為L(zhǎng)、電流強(qiáng)度為I的導(dǎo)體放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中,導(dǎo)體所受安

3、培力的大小一定是FBIL.(×)(6)通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中不受安培力的作用,則通電導(dǎo)線一定和磁場(chǎng)方向平行()【提示】(1)×通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí),不受安培力(4)×安培力的大小還跟導(dǎo)體長(zhǎng)度有關(guān)(5)×只有在電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)才有FBIL.2一根容易形變的彈性導(dǎo)線,兩端固定,導(dǎo)線中通有電流,方向如圖中箭頭所示當(dāng)沒有磁場(chǎng)時(shí),導(dǎo)線呈直線狀態(tài);當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖示中正確的是()DA圖中I與B平行應(yīng)不受安培力,故A錯(cuò)誤,由左手定則知B、C錯(cuò)誤,D正確3.如圖5­4­1所示

4、,長(zhǎng)為2L的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等,夾角為60°的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí),該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為()【導(dǎo)學(xué)號(hào):69682264】圖5­4­1A0B0.5BILCBILD2BILCV形通電導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度為L(zhǎng),故安培力的大小為BIL,C正確合 作 探 究·攻 重 難安培力的方向與安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)1安培力的方向(1)安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和電流方向所決定的平面,但B與I不一定垂直(2)已知I、B的方向,可唯一確定F的方向;已知F、B的方向,且導(dǎo)線的位置確定時(shí),可唯一確

5、定I的方向;已知F、I的方向時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能唯一確定2判斷導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)情況的五種常用方法電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元,先用左手定則判斷每段電流元受力的方向,然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向,從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)便于分析的特殊位置時(shí),判斷其所受安培力的方向,從而確定其運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針,通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流,反過來等效也成立然后根據(jù)同極相斥、異極相吸或者根據(jù)同向電流相吸、反向電流相斥判斷相互作用情況結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中,無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì),同向電流互相吸引,反向電流互相排斥;兩不平行的直線電流相互

6、作用時(shí),有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問題時(shí),可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力,從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個(gè)線圈的圓心重合,當(dāng)兩線圈通以如圖5­4­2所示的電流時(shí),從左向右看,線圈L1將()圖5­4­2A不動(dòng)B順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D向紙面內(nèi)平動(dòng)思路點(diǎn)撥:可采用等效法,將L1等效為小磁針,確定L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)后判斷L1受力運(yùn)動(dòng)情況可采用結(jié)論法,同向電流相互吸引,反向電流相

7、互排斥B方法一:等效分析法把線圈L1等效為小磁針,該小磁針剛好處于環(huán)形電流L2的中心,通電后,小磁針的N極應(yīng)指向該環(huán)形電流L2的磁場(chǎng)方向,由安培定則知L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心豎直向上,而L1等效成小磁針,其N極應(yīng)由紙里轉(zhuǎn)為向上,所以從左向右看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方法二:利用結(jié)論法環(huán)形電流L1、L2之間不平行,則必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),直到兩環(huán)形電流同向平行為止,據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)是:從左向右看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)安培定則與左手定則的三點(diǎn)區(qū)別(1)用途不同:安培定則用于判斷電流的磁場(chǎng)方向,即用于電生磁的情況,左手定則用于判斷電流在磁場(chǎng)中的受力,即用于電流受力的情況(2)所用手不同:安培定則用右手,左手定則用左手(3)

8、手型不同:安培定則四指彎曲,左手定則手掌伸直針對(duì)訓(xùn)練1(多選)如圖所示,F(xiàn)是磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力,其中正確的示意圖是()AD由左手定則可判斷,選項(xiàng)B中安培力的方向向左,選項(xiàng)C中安培力的方向向下;選項(xiàng)A、D中安培力的方向如題圖所示,選項(xiàng)A、D是正確的2.通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面(紙面)內(nèi),L1是固定的,L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(dòng)(O為L(zhǎng)2的中心),各自的電流方向如圖5­4­3所示下列哪種情況將會(huì)發(fā)生() 【導(dǎo)學(xué)號(hào):69682265】圖5­4­3A因L2不受磁場(chǎng)力的作用,故L2不動(dòng)B因L2上、下兩部分所受的磁場(chǎng)力平衡,故L2不動(dòng)CL2繞

9、軸O按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)DL2繞軸O按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)D由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1的上方的磁場(chǎng)的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?,且離導(dǎo)線L1的距離越遠(yuǎn)的地方,磁場(chǎng)越弱,導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右,由于O點(diǎn)的下方磁場(chǎng)較強(qiáng),則安培力較大,因此L2繞軸O按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng),D選項(xiàng)正確安培力的計(jì)算和平衡問題1FBILsin 適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的通電直導(dǎo)線,求彎曲導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受安培力時(shí),L為有效長(zhǎng)度,即導(dǎo)線兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度,相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端,如圖5­4­4所示圖5­4­42同樣情況下,通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),它所受的安培力最大;導(dǎo)線與磁場(chǎng)

10、方向平行時(shí),它不受安培力;導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向斜交時(shí),它所受的安培力介于0和最大值之間3在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,只要通電直導(dǎo)線L所在位置的各點(diǎn)B矢量相等(包括大小和方向),則導(dǎo)線所受安培力也能用上述公式計(jì)算4當(dāng)電流同時(shí)受到幾個(gè)安培力時(shí),則電流所受的安培力為這幾個(gè)安培力的矢量和在傾角30°的斜面上,固定一金屬框架,寬L0.25 m,接入電動(dòng)勢(shì)E12 V、內(nèi)阻不計(jì)的電源在框架上放有一根水平的、質(zhì)量m0.2 kg的金屬棒ab,它與框架的動(dòng)摩擦因數(shù)為,整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.8 T的垂直框面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(如圖5­4­5所示)當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)時(shí),可使金屬棒靜止

11、在框架上?(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,框架與棒的電阻不計(jì),g10 m/s2)圖5­4­5思路點(diǎn)撥:將立體圖轉(zhuǎn)換為平面圖判斷安培力的方向,對(duì)導(dǎo)體棒受力分析根據(jù)平衡條件求解【解析】金屬棒靜止在框架上時(shí),摩擦力的方向可能沿框面向上,也可能沿框面向下,須分兩種情況考慮當(dāng)滑動(dòng)變阻器R取值較大時(shí),I較小,安培力F較小,在金屬棒的重力分力mgsin 作用下,棒有沿框架下滑趨勢(shì),框架對(duì)金屬棒的摩擦力沿框面向上(如圖甲所示)金屬棒剛好不下滑時(shí)滿足平衡條件BLmgcos mgsin 0得R 4.8 當(dāng)滑動(dòng)變阻器R取值較小時(shí),I較大,安培力F較大,會(huì)使金屬棒產(chǎn)生沿框面上滑的趨勢(shì)因此,框架對(duì)金

12、屬棒的摩擦力沿框面向下(如圖乙所示)金屬棒剛好不上滑時(shí)滿足平衡條件BLmgcos mgsin 0得R1.6 所以滑動(dòng)變阻器R的取值范圍應(yīng)為1.6 R4.8 . 【答案】1.6 R4.8 求解安培力問題的四個(gè)步驟(1)選定研究對(duì)象:一般為磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線(2)變?nèi)S為二維:方法是沿著或逆著電流方向觀察,將一段有長(zhǎng)度的導(dǎo)線看成一個(gè)沒有長(zhǎng)度的圓圈,圈內(nèi)畫“×”為順著電流方向觀察,圈內(nèi)畫“·”表示逆著電流方向觀察(3)畫出平面受力分析圖:其中安培力的方向切忌跟著感覺走,要用左手定則來判斷,注意F安B、F安I.(4)根據(jù)力的平衡條件或牛頓第二定律列方程式進(jìn)行求解針對(duì)訓(xùn)練3.如圖5&#

13、173;4­6,一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直線段ab、bc和cd的長(zhǎng)度均為L(zhǎng),且abcbcd135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I,方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受到的磁場(chǎng)的作用力的合力() 【導(dǎo)學(xué)號(hào):69682266】圖5­4­6A方向沿紙面向上,大小為(1)ILBB方向沿紙面向上,大小為(1)ILBC方向沿紙面向下,大小為(1)ILBD方向沿紙面向下,大小為(1)ILBA導(dǎo)線段abcd的有效長(zhǎng)度為線段ad,由幾何知識(shí)知Lad(1)L,故線段abcd所受的合力大小FILadB(1)ILB,導(dǎo)線有效長(zhǎng)度

14、的電流方向?yàn)閍d,據(jù)左手定則可以確定導(dǎo)線所受合力方向豎直向上,故A項(xiàng)正確4.如圖5­4­7所示,光滑導(dǎo)軌與水平面成角,導(dǎo)軌寬為L(zhǎng).勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.金屬桿長(zhǎng)也為L(zhǎng),質(zhì)量為m,水平放在導(dǎo)軌上當(dāng)回路總電流為I時(shí),金屬桿恰好能靜止求豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小圖5­4­7【解析】磁場(chǎng)方向豎直向上,桿受力如圖所示:金屬桿的安培力FILB由平衡條件可得Fcos mgsin 解得B.【答案】當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1如圖所示各圖中,表示磁場(chǎng)方向、電流方向及導(dǎo)線受力方向的圖示正確的是()A由左手定則知,A正確,B,C錯(cuò)誤在D圖中,B與I平行,導(dǎo)線所受

15、安培力為零2(多選)一根長(zhǎng)為0.2 m電流為2 A的通電導(dǎo)線,放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,受到安培力的大小可能是()A0.4 NB0.2 NC0.1 ND0BCD當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與通電電流I方向垂直時(shí),安培力有最大值為FBIL0.5×2×0.2 N0.2 N;當(dāng)兩方向平行時(shí),安培力有最小值為0.隨著二者方向夾角的不同,磁場(chǎng)力大小可能在0與0.2 N之間取值3如圖5­4­8所示,電磁炮由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成當(dāng)電源接通后,磁場(chǎng)對(duì)流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用,使炮彈獲得極大的發(fā)射速度下列各俯視圖中正確表示磁場(chǎng)B方向的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào):69682267】圖5­4­8B要使電磁炮彈加速,則炮彈應(yīng)受向右的安培力由左手定則可知:磁場(chǎng)方向應(yīng)為垂直紙面向外B正確4.如圖5­4­9所示,在磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,用兩根細(xì)線懸掛一長(zhǎng)為10 cm,質(zhì)量為0.05 kg的金屬導(dǎo)線

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