资源简介

1.1　安培力
学习目标
1.通过任务1及其活动,经历探究安培力方向的过程,知道左手定则的内容,会用左手定则熟练地判定安培力的方向并会用它解答有关问题。(物理观念、科学探究)
2.通过任务2及其活动,掌握计算安培力大小的方法,培养空间想象力。(物理观念、科学思维)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考1:安培力的方向与哪些因素有关 安培力的大小又与哪些因素有关


思考2:判断电流的磁感线方向的方法与判断通电导线在磁场中的受力方向的方法有什么不同吗

正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。 (　　)
(2)应用左手定则时,伸开左手,拇指与四指垂直且与手掌在同一平面内,让磁感线从掌心进入,四指指向电流方向,拇指指向安培力方向。 (　　)
(3)通电导线在磁场中必受到安培力的作用 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　认识安培力　安培力的方向
　　用如图所示的装置进行实验。
1.仅上下交换磁极的位置以改变磁场方向,导线受力的方向是否改变


2.仅改变导线中电流的方向,导线受力的方向是否改变


3.分析实验现象,通电导线受到的安培力方向与磁场方向是否共线 安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系


　　安培力的方向
(1)安培力:通电导线在磁场中受到的力。安培力的方向跟磁感应强度方向和电流方向都①　　,如图1所示。
图1　　　　图2
(2)左手定则:伸开②　　手,让拇指与其余四指③　　,并且都与手掌在④　　内;让磁感线从⑤　　垂直进入,并使四指指向⑥　　的方向,这时⑦　　所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向,如图2所示。
应用1　左手定则的应用
画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明)。
应用2　平行通电直导线间的安培力与电流方向的关系
如图所示,在两根平行的导线中通入同向电流,观察、判断两根导线在对方形成的磁场中受到的安培力的方向,再通入反向电流,观察、判断两根导线受到的安培力的方向。
(1)怎样判断通电直导线周围的磁场
(2)如何判断通电导线受到的安培力的方向

归纳总结 　　两根平行的通电导线,如果电流方向相同,则相互吸引,如果电流方向相反,则相互排斥。
任务2　计算安培力的大小
　　如图所示,三块相同的U形磁铁并排放置,其两极间的磁场可认为是均匀的,将一根导线悬挂在磁铁的两极之间,有电流通过时导线摆动一个角度,通过这个角度的大小我们可以比较安培力的大小。
1.保持导线的电流大小不变,用磁性强弱不同的三块U形磁铁,导线摆角有什么不同


2.保持三块U形磁铁不变,改变通电导线的电流大小,导线摆角有什么不同


3.当通电导线与磁场方向平行时,还受到安培力吗

4.如图所示,当通电导线与磁场方向既不垂直,也不平行,而是成一个夹角θ时,我们应该如何计算导线所受到的安培力呢 此时安培力的方向是怎样的呢
　　安培力的大小
(1)当电流与磁场方向垂直时:F=⑧　　。
(2)当电流与磁场方向平行时:F=⑨　　。
(3)当电流与磁场方向的夹角为θ时:F=⑩　　。
(4)任何时候,安培力的方向都与磁感应强度方向、电流方向　　。
应用1　探究安培力大小F=IlBsin θ中角θ的意义
长度为l,通有电流为I的导电棒放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向分别如图所示,已知磁感应强度大小均为B,对于下列各图中导电棒所受安培力的大小计算正确的是 (　　)
A.F=IlBcos θ　　　　B.F=IlBcos θ
C.F=IlBsin θ　　　　D.F=IlBsin θ
(1)若电流I与B平行,则F为多少
(2)若I与B垂直,则F为多少

应用2　探究通电导线的有效长度
如图所示,在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线,电流均为I,磁感应强度均为B,求各导线所受到的安培力。
对比公式F=IlB,怎样理解公式F=IlBsin θ

归纳总结 1.公式F=IlBsin θ中θ是B和I方向的夹角 (1)当θ=90°时,即B⊥I,sin θ=1,公式变为F=IlB。 (2)当θ=0°时,即B∥I,F=0。
2.公式F=IlBsin θ中l指的是导线在磁场中的“有效长度”, 弯曲导线的有效长度l,等于连接两端点直线的长度(如图所示);相应的电流沿导线由始端流-向末端。
3.推论:对任意形状的闭合平面线圈,当线圈平面 与磁场方向垂直时,线圈的有效长度l=0,故通电后线圈在匀强磁场中所受安培力的矢量和一定为零,如图所示。
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)画出图中各磁场对通电直导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需要用文字说明)。
　　　　甲　　　　　　　乙　　　　　　　丙
　　　丁　　　　　　 　　戊　　　　　　　　己
2.(任务1)(改编)如图所示,位于赤道上的大楼楼顶安装有避雷针,假设某次雷雨时,一团带大量负电荷的乌云经过其正上方,发生放电现象。下列说法正确的是 (　　)
A.通过避雷针的电流方向自上而下
B.避雷针不受安培力
C.避雷针所受安培力方向向东
D.避雷针所受安培力方向向西
3.(任务2)(多选)在如图所示的四幅图中,导体棒的长度均为L,磁场的磁感应强度大小均为B,在各导体棒中通有相同的电流I。则下列选项正确的是 (　　)
A.图1中导体棒所受的安培力大小为BIL
B.图2中导体棒所受的安培力大小为BIL
C.图3中导体棒所受的安培力大小为BIL
D.图4中导体棒所受的安培力大小为BIL
4.(任务2)如图所示,长为5 m的直导线折成边长相等,夹角为120°的V形,并将其置于与其所在平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度B=0.2 T。当在导线中通入I=2 A的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为 (　　)
A.1 N　　B.2 N　　C. N　　D.2 N
答案与解析
自主预习·悟新知
思考1:导线受到的安培力的方向与磁场方向、电流方向有关系;安培力的大小与磁感应强度B、导线在磁场中的长度L、通过导线的电流I以及磁感应强度方向与导线的夹角θ有关。
思考2:判断电流的磁感线方向用的是安培定则,用的是右手;而判断通电导线在磁场中的受力方向用的是左手定则。
判断　(1)×　(2)√　(3)×　
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.受力的方向改变。
2.受力的方向改变。
3.通电导线受到的安培力方向与磁场方向不共线,而是与磁场方向垂直。安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则。
知识生成　①垂直　②左　③垂直　④同一平面　⑤掌心　⑥电流　⑦拇指
应用探究
例1　【解析】无论B、I是否垂直,安培力总是垂直于B与I所决定的平面,且满足左手定则。对于A、B、C、D选项,可直接用左手定则判断,E选项中由安培定则可判断出通电导线A处的磁场方向如图甲所示,由左手定则可判断出直导线受到的安培力方向如图甲所示。F选项中由安培定则可判断出通电导线A处的磁场如图乙所示,由左手定则可判断出直导线受到的安培力方向如图乙所示。
甲　　　　　　　乙
例2　【提示】(1)安培定则。(2)左手定则。
【解答】观察到的结果是通入同向电流时两根导线互相靠拢,通入反向电流时,两根导线相互排斥。可以先用安培定则判断其中的一根导线周围的磁场方向,再用左手定则来判断另一根导线在此磁场中的安培力方向,如图所示。
同向电流相互吸引
反向电流相互排斥
任务2
问题引领
1.磁性越强,导线摆角越大。
2.电流越大,导线摆角越大。
3.此时安培力为零。
4.若通电导线与磁场方向成一个夹角θ,我们可以根据矢量运算法则,把磁感应强度B分解为与电流垂直的分量B⊥和与电流平行的分量B∥,如图甲所示。其中B∥对电流没有力的作用,导线受到的安培力只是由B⊥产生的,所以有F=IlB⊥=IlBsin θ。安培力方向与磁感应强度方向、电流方向仍然都垂直,如图乙所示。
甲　　　　乙
知识生成　⑧IlB　⑨0　⑩IlBsin θ　垂直
应用探究
例3　【答案】A　【提示】(1)0。(2)IlB。
【解析】题A图中,导电棒不与磁场垂直,需将导电棒投影到垂直磁场的方向上,故F=IlBcos θ,A项正确;题B图中,导电棒与磁场方向垂直,故F=IlB,B项错误;题C图中,导电棒与磁场方向垂直,故F=IlB,C项错误;题D图中,导电棒与磁场方向垂直,故F=IlB,D项错误。
例4　【提示】可以将lsin θ理解为导线在垂直磁场方向的有效长度,也可以将Bsin θ理解为磁感应强度在垂直导线方向的大小。
【解答】题图1中F1=IlBcos α。此时不能死记公式,而写成sin α。可理解公式的本质是有效长度或有效磁场,要正确分解。
题图2中,不论导线怎么放,总会在纸平面内,因此B⊥I,故F2=IlB。
题图3是两根导线组成的折线abc,整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和,其有效长度为ac(电流从a到c),故F3=IlB。
题图4是从a→b的半圆形电流,分析圆弧上对称的每一小段电流,受力合并抵消后,其有效长度为ab,故F4=2IRB。
在题图5中,用导线将abc接通形成闭合线圈,各导线受力的矢量和为零,故合力为零。所以,闭合的通电线圈受到的安培力为零,F5=0。
随堂检测·精评价
1.根据左手定则可直接判断甲、乙、丙、丁、己五图中通电直导线受到的安培力的方向,对于戊要先判断U形磁铁在通电直导线处的磁场方向,然后再根据左手定则判断安培力的方向。
甲　　　　　　　乙　　　　　　　　丙
丁　　　　　　　戊　　　　　　　　己
2.D　【解析】当带负电荷的乌云接近建筑物时,由于静电感应,避雷针中出现与云层相反的电荷,开始放电后形成瞬时电流,负电荷从上而下通过避雷针,电流的方向与负电荷移动方向相反,说明电流方向是自下而上的,A项错误;电流方向自下而上,赤道上空磁场的方向从南向北,根据左手定则,避雷针所受的安培力的方向向西,D项正确,B、C两项错误。
3.BD　【解析】题图1中,因导体棒与磁场平行,所以安培力为零,A项错误;题图2中,导体棒与磁场垂直,则安培力的大小F1=BIL,B项正确;题图3中,导体棒与磁场垂直,则安培力的大小F2=BIL,C项错误;题图4中,导体棒与磁场成60°角,则安培力的大小F3=BILsin 60°=BIL,D项正确。
4.C　【解析】直导线弯折后的有效长度L'=2×sin 60°= m,由公式F=BIl得该V形通电导线受到的安培力大小F=BIL'=0.2×2× N= N。

展开更多......

收起↑