2019_2020学年高中物理第三章磁场第三节探究安培力课件粤教版选修3.pdf

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1、第三节 探究安培力 第三章 磁 场 物理观念： 1.知道左手定则，会运用左手定则判断安培力的方向. 2.知道磁感应强度的定义、定义式、单位及矢量性. 3.掌握安培力的表达式. 4.知道磁通量的概念和公式. 科学思维： 1.会用FBIL分析和计算B与I垂直情况下的安培力. 2.体会控制变量法在研究F与I、L关系中的应用. 学科素养与目标要求 NEIRONGSUOYIN 内容索引 自主预习 达标检测 课时对点练 预习新知 夯实基础 检测评价 达标过关 注重双基 强化落实 重点探究 启迪思维 探究重点 自主预习 1.安培力： 对电流的作用力. 2.左手定则：如图1所示，伸开左手，使大拇指跟其余四指

2、垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中让磁 感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向 的方向，那么， 大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 的方向. 一、安培力的方向 磁场 图图1 电流 安培力 1.磁感应强度： (1)定义：当通电导线与磁场方向 时，通电导线所受的 跟电流I 和导线长度L的 的比值. (2)表达式：B . (3)单位： ，符号是T.1 T . (4)物理意义：反映磁场的 . 2.安培力公式： 当通电导线与磁场方向垂直时F . 二、安培力的大小 磁感应强度 垂直 乘积 特斯拉 强弱和方向 1 N/(Am) 安培力F BIL 3.匀强磁场 (1)定义：如果磁场的某一区域

3、里，磁感应强度的大小和方向 ，这个 区域的磁场叫做匀强磁场. (2)产生：距离很近的两个 磁极之间； 内中间部分. 处处相同 异名通电螺线管 1.定义：匀强磁场中 和 的平面面积S的乘积， 即 . 2.拓展：磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在 方向的投影面 积S与B的乘积表示磁通量. 3.单位：国际单位制中单位是 ，简称 ，符号是Wb，1 Wb . 4.引申：B ，表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直磁感应强度的_ 的磁通量，因此磁感应强度B又叫 . 三、磁通量 磁感应强度B 垂直于磁场B 韦伯1 Tm2 单位面积 磁通密度 与磁场方向垂直 BS 韦 1.判断下列说法的正误. (1)通电导线所

4、受安培力的方向与磁场的方向相同.( ) (2)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向垂直.( ) (3)通电导线所受安培力的方向与直线电流的方向垂直.( ) (4)通电的导线在磁场中一定受安培力.( ) (5)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大.( ) (6)穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度一定为零.( ) (7)穿过某一平面的磁感线条数越多，穿过该面的磁通量越大.( ) 即学即用 2.已知导体棒中通有电流I，导体棒长度为L，放在比例系数为B的匀强磁场中， 当导体棒按下面几种方式放置时，写出导体棒所受安培力的大小，说明安培 力的方向. 答案 BIL 垂直棒斜向左

5、下 BIL 垂直纸面向外 BIL 垂直棒斜向右下 0 重点探究 1.安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，即安培力的方向垂 直于电流I和磁场B所决定的平面. (1)当电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向、磁场方向、电流方向两两垂 直，应用左手定则时，磁感线垂直穿过掌心. (2)当电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂 直于磁场方向.应用左手定则时，磁感线斜着穿过掌心. 2.平行通电直导线间的相互作用 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥. 一、安培力的方向 例1 画出图2中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明). 图图2 解析 无论B、I

6、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. 答案 如图所示 学科素养 例1用左手定则来判断安培力的方向，这是从物理学视角对客 观事物的内在规律及相互关系进行分析，是对基于经验事实建构的理想模 型的应用过程，体现了“科学思维”的学科素养. 1.磁感应强度的方向 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点处的磁场方向，也是该点磁感线的切 线方向，或放在该点小磁针N极的受力方向. 注意：B的方向不是放在该点的电流元所受安培力的方向，由左手定则知，F 与B垂直. 2.磁感应强度的大小 (1)定义式：B ； 成立条件：通电导线与磁场方向垂直. 二、磁感应强度及其矢量叠加 (2)磁感应强度B

7、由磁场自身因素决定，与是否引入电流无关，与引入的电流是 否受力无关，不能由公式B 理解为B与F成正比，与IL成反比. 3.磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场为各个 磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则. 例2 关于磁感应强度，下列说法正确的是 A.由B 可知，B与F成正比，与IL成反比 B.通电导线放在磁场中某点，该点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，该 点的磁感应强度就变为零 C.通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受磁场力的地 方一定不存在磁场(即B0) D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定 解析 磁

8、感应强度B 只是一个定义式，而不是决定式；磁感应强度B是由磁 场本身的性质决定的，与放不放通电导线无关.故选D. 例3 (多选)(2018全国卷)如图3，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、 L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它 们相对于L2对称.整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0， 方向垂直于纸面向外.已知a、b两点的磁感应强度大小分别为 B0和 B0，方向也 垂直于纸面向外.则 A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为 B0 B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为 B0 C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度

9、大小为 B0 D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为 B0 图图3 解析 原磁场、电流的磁场方向如图所示，由题意知 学科素养 例3这道高考题先用安培定则判断电流周围的磁场方向，而后 根据矢量的合成法则计算磁感应强度的大小，考查了从物理学视角对客观 事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，体现了“科学思维” 的学科素养. 针对训练 在磁感应强度大小为B0、方向向上的匀强磁场中，水平放置一根长 通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里.如图4所示，a、b、c、d是以直导线 为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中 A.b、d两点的磁感应强度相同 B.a、b两点的磁感应强度相等 C.c点的磁感

10、应强度的值最小 D.b点的磁感应强度的值最大 图图4 解析 如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场 的磁感应强度，可见b、d两点的磁感应强度大小相等， 但方向不同，A项错误； a点的磁感应强度最大，c点的磁感应强度最小，B、D项 错误，C项正确. 1.当电流方向与磁场方向垂直时FBIL. 2.当电流方向与磁场方向平行时F0. 3.当电流方向与磁场方向成角，如图5，应将B分解为B和B.此时FILB ILBsin . 三、安培力大小的计算 图图5 4.注意：公式FILBsin 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6所示)；相应的电流沿L

11、由 始端流向末端. 图图6 例4 如图7所示，一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀 强磁场中，其中ABBCCDDEl，且C120、BD150.现给 这根导线通入由A至E的恒定电流I，则导线受到磁场作用的合力大小为 图图7 解析 据题图和几何关系求得A、E两点间的距离为：L等(2 )l.据安培力公 式得FBIL等(2 )BIl，故A、B、D错误，C正确. (1)如图，面积为S的平面在垂直于磁场方向上的投影面 积为S.若有n条磁感线通过S，则通过面积S的磁感 线有多少条？ 四、磁通量 导学探究 答案 n条 (2)若磁场增强，即B增大，通过面积S的磁感线条数是否增多？ 答案 B增大时

12、，通过面积S的磁感线条数增多 1.磁通量的计算： (1)公式：BS. 适用条件：匀强磁场；磁感线与平面垂直. (2)若磁感线与平面不垂直，则BScos .其中Scos 为面积S在 垂直于磁感线方向上的投影面积，如图8所示. 2.磁通量的正负：磁通量是标量，但有正负，若磁感线从某一 面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时为负值. 知识深化 图图8 3.磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示.若有磁感线沿相反方向穿过同一平 面，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和). 例5 如图9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，则穿过线框平面的磁通量为多

13、少？若使框架绕OO轴转过60角，则穿过 线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过90角，则穿过线框平面的磁通 量为多少？若从初始位置转过180角，则穿过线框平面的磁通量变化了多少？ 图图9 解析 在题图所示位置时，磁感线与线框平面垂直，BS. 当线框绕OO轴转过60时，如图所示. BSBScos 60 BS. 线框转过90时，线框由与磁感线垂直变为与磁感线平行，0. 线框转过180时，磁感线仍然垂直穿过线框，只不过穿过方向改变了. 因而1BS，2BS， 212BS. 即磁通量变化了2BS. 达标检测 1.(安培力的方向)下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的 电流I、磁场的磁感应

14、强度B和所受安培力F的方向，其中图示正确的是 1234 解析 A图中电流与磁场方向平行，没有安培力，故A错误； B图中安培力的方向是垂直导线向下的，故B错误； C图中安培力的方向是垂直导线向上的，故C正确； D图中电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，故D错误. 5 2.(磁感应强度的概念)由磁感应强度的定义式B 可知 A.若某处的磁感应强度为零，则通电导线放在该处所受磁场力一定为零 B.通电导线在磁场中某处受磁场力非常小时，则该处的磁感应强度一定很小 C.同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力是一定的 D.磁场中某点的磁感应强度与该点是否放通电导线有关 1234 解析 磁感应强度的定义式

15、B 是在通电导线与磁场方向垂直时得出的，如 果B0，则磁场力F0，但如果F0，则B不一定等于零，磁场力的大小与通 电导线的放置方向有关，则A正确，B、C均错误； 磁场一定时，磁感应强度是定值，与放不放通电导线无关，D错误. 5 3.(安培力的大小)如图10所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线， 电流为I，磁感应强度为B，则各导线所受到的安培力分别为： 1234 图图10 FA ， FB ， FC ， FD . BILcos 0 5 4.(磁通量的计算)如图11所示，两个单匝线圈a、b的半径分 别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过 a、b两线圈的磁通量之比为 A.1

16、1B.12 C.14D.41 1234 解析 两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样，则穿过 两线圈的磁通量相同，故选项A正确. 图图11 5 5.(磁感应强度矢量的叠加)(2017全国卷)如图12，在磁感 应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸 面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂 直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点 处的磁感应强度为零，如果让P中的电流反向、其他条件不 变，则a点处磁感应强度的大小为 1234 图图12 5 解析 如图甲所示，P、Q中的电流在a点产生的磁感应强度大小相等，设为B1， 因a点处的磁感应强度为

17、零，可知B0的方向水平向左， 如果让P中的电流反向、其他条件不变，如图乙所示，由几何关系可知， 12345 课时对点练 一、选择题 考点一 磁感应强度的概念 1.关于磁感应强度，下列说法中正确的是 A.若长为L、电流为I的导体在某处受到的磁场力为F，则该处的磁感应强度必 为 B.由B 知，B与F成正比，与IL成反比 C.由B 知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场 D.由FILB知，当B为定值时，与磁场方向垂直的一小段通电导体受到的磁场 力F与IL成正比 1234567891112131415 1610 解析 公式B 或FILB成立的前提条件是电流与磁场方向垂直，故选项A错误；

18、 磁感应强度B是由磁场本身的性质决定的，与放不放通电导线无关，故选项B、 C错误； 当B为定值时，与磁场方向垂直的一小段通电导体受到的磁场力F与IL成正比， 选项D正确. 1234567891112131415 1610 2.磁感应强度的单位是特斯拉(T)，与它等价的是 解析 当通电导线与磁场方向垂直时，B ，磁感应强度B的单位由F、I、L的单 位决定，在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，符号是T,1 T1 . 1234567891112131415 1610 考点二 安培力的方向 磁感应强度及其矢量叠加 3.在如图所示的匀强磁场中，已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力 F三者的

19、方向，其中错误的是 解析 根据左手定则可知A、B、D正确； C图中电流和磁场方向平行，不受安培力，故C错误. 1234567891112131415 1610 4.如图1所示，把一根通电的硬直导线ab用绝缘轻绳悬挂在通电螺线管正上方， 直导线中的电流方向由a向b.闭合开关S，导线a端所受安培力的方向是 A.向上 B.向下 C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里 图图1 解析 根据安培定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁场N极在右侧.根据左 手定则可知，a端受力应垂直纸面向里，选项D正确. 1234567891112131415 1610 5.(2018大连市高二上期末)正在研制设计中的国产003型

20、航母采用电磁弹射装置. 电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动，电磁炮就是利用电 磁弹射工作的.电磁炮的原理如图2所示，则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是 A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向左 D.水平向右 解析 由左手定则可知，炮弹导体滑块受到的安培力的方向是水平向左，故选C. 图图2 1234567891112131415 1610 6.(多选)(2017全国卷)如图3，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两 等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反.下列说法正确 的是 A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 B.L3所受磁场

21、作用力的方向与L1、L2所在平面垂直 C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11 D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 1 图图3 1234567891112131415 1610 解析 因三根导线中电流相等、两两等距，则由对称性可知两两之间的作用力 大小均相等.因平行电流间同向吸引、反向排斥，各导线受力如图所示，由图 中几何关系可知，L1所受磁场作用力F1的方向与L2、L3所在平面平行，L3所受 磁场作用力F3的方向与L1、L2所在平面垂直，A错误，B正确. 设单位长度的导线两两之间作用力的大小为F，则由几何关 系可得L1、L2单位长度所受的磁场作用力大小为

22、2Fcos 60 F，L3单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos 30 F， 故C正确，D错误. 1234567891112131415 1610 7.(2018武汉外国语学校期末)如图4所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的 M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流，a、O、b 在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到 O点的距离均相等.关于以上几点处的磁感应强度，下列说法正确的是 A.O点处的磁感应强度为零 B.a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反 C.c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同 D.a、c两点处的磁感应强度

23、的方向不同 图图4 1234567891112131415 1610 解析 根据安培定则判断：两直线电流在O点处产生的磁场方向均垂直于MN 向下，O点处的磁感应强度不为零，故A选项错误； a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故B选项错误； 根据对称性，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故C选项正确； a、c两点处的磁感应强度方向相同，故D选项错误. 1234567891112131415 1610 图图5 8.(2018张家口市高二上期末)如图5所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以 方向相反、大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内.下列说法正确 的是 A.a点

24、的磁感应强度一定为零 B.b点的磁感应强度一定为零 C.ef导线受到的安培力方向向右 D.cd导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外 1234567891112131415 1610 解析 根据安培定则可知，通电导线cd在a点产生的磁场方向垂直纸面向里， 通电导线ef在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，但a点离cd较近，故a点的合 磁场方向垂直纸面向里，故a点的磁感应强度一定不为零，故A、D错误； 根据安培定则可知，通电导线ef和cd在b点产生的磁场方向相同，均为垂直纸 面向外，所以b点的合磁场方向垂直纸面向外，故b点的磁感应强度一定不为 零，故B错误； 根据左手定则可判断，电流方向相反的两根导线

25、所受的安培力互相排斥，所 以ef导线受到的安培力方向向右，故C正确. 1234567891112131415 1610 图图6 9.(2018河南八市联考高二上测评)如图6所示，三根相互平行的固定长直导线L1、 L2和L3，垂直纸面置于正三角形三个顶点处，O为正三角形的中心，当电流沿图示 方向时，中心O处的磁感应强度为B0，若把L3移走，则O处的磁场磁感应强度为 解析 三根相互平行的固定长直导线电流大小相等，它 们在中心O处产生的磁感应强度大小均相同，依题意可知 L1、L2在O处产生的合磁感应强度方向水平向右，与L3在 O处产生的磁感应强度相同，若把L3移走，中心O处的磁 场磁感应强度为 ，A

26、正确. 1234567891112131415 1610 图图7 10.(多选)三根在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线 中通过的电流均为I，方向如图7所示.a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角 的平分线上，且到相应顶点的距离相等.将a、b和c处的磁感应强度大小分别记 为B1、B2和B3，下列说法正确的是 A.B1B2B3 B.B1B2B3 C.a和b处磁场方向垂直于纸面向外， c处磁场方向垂直于纸面向里 D.a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里 1234567891112131415 1610 解析 a、b、c三处的磁感应强度是三根导线所产生的磁

27、感应强度的叠加.根 据安培定则可判断出左、右两根导线在a处的磁场方向相反，因为距离相等， 所以磁感应强度大小相等，所以左、右两根导线在a处产生的磁感应强度的矢 量和为零，a处的磁感应强度等于下面导线在该处产生的磁感应强度，所以a 处的磁感应强度方向垂直于纸面向外.同理可知b处的磁感应强度等于右面的 导线在该处产生的磁感应强度，所以b处的磁感应强度方向也垂直于纸面向外， 三根导线在c处产生的磁场方向均是垂直于纸面向里，所以合磁感应强度方向 垂直纸面向里，所以B1B2B3，A、C选项正确，B、D选项错误. 1234567891112131415 1610 考点三 安培力的大小 11.如图8所示，水

28、平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直 径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁 场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到的安培 力大小关系为 A.FaFbFc B.FaFbFc C.FbFaFc D.FaFbFc 图图8 1234567891112131415 1610 解析 设a、b两棒的长度分别为La和Lb，c的直径为d. 由于导体棒都与匀强磁场垂直，则a、b、c三棒所受的安培力大小分别为： FaBILa；FbBILbBId； c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等， 则有：FcBId； 因为Lad，

29、则有：FaFbFc.故D正确. 1234567891112131415 1610 12.(2015江苏单科)如图9所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度.下列各选项 所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方.线 圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态.若磁场发生微小变化，天平最容 易失去平衡的是 图图9 1234567891112131415 1610 解析 四个线圈在磁场中的等效长度不同，A线圈等效长度最大，根据F NBIl，A所受磁场力最大，当磁场发生微小变化时，A线圈对应的天平最容易 失去平衡. 1234567891112131415 1610 13.(2018

30、盐城市阜宁县高二上期中)如图10所示，abcd为四边形闭合线框，a、b、 c三点坐标分别为(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀 强磁场中，通入电流I，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的 大小，下列叙述中正确的是 A.ab边与bc边受到的安培力大小相等 B.cd边受到的安培力最大 C.cd边与ad边受到的安培力大小相等 D.ad边不受安培力作用 图图10 1234567891112131415 1610 解析 因为ab边垂直于磁场，所以其受到的安培力FabBLabI，而bc边平行于 磁场，所以其受到的安培力为零，故A错误； ad边与cd边虽然

31、长度相等，且长度最长，但ad边与磁场不垂直，cd边与磁场 垂直，即等效长度不同，所以受到的安培力大小不相等，cd边受到的安培力 最大，故B正确，C错误； ad边受到安培力作用，故D错误. 1234567891112131415 1610 14.如图11所示，某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B.一 正方形刚性线圈，边长为L，匝数为n，线圈平面与磁场方向垂直，线圈一半在 磁场内.某时刻，线圈中通过大小为I的电流，则此线圈所受安培力的大小为 图图11 1234567891112131415 1610 考点四 磁通量的理解与计算 15.(多选)如图12所示是等腰直角三棱柱，其平面AB

32、CD为正方形，边长为L，它 们按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B0，则下列说法中 正确的是 A.穿过ABCD平面的磁通量大小为B0L2 B.穿过BCFE平面的磁通量大小为 B0L2 C.穿过ADFE平面的磁通量大小为零 D.穿过ABCD平面的磁通量大于穿过BCFE平面的磁通量 图图12 1234567891112131415 1610 平面ADFE在与B0垂直的方向上的投影面积为零，所以穿过的磁通量为零， C正确. 1234567891112131415 1610 二、非选择题 16.(2018菏泽市高二上期末)如图13所示，放在蹄形磁铁两极之间的导体棒ab处 于水平，当通有自b到a的电流时，导体棒受到方向向右、大小F1 N的磁场力 的作用，已知导体棒在蹄形磁铁内部的长度L5 cm，通过导体棒的电流大小I 10 A.求： (1)导体棒中的电流在其右侧位置所形成的磁场的磁场方向； 图图13 答案 竖直向上 解析 由安培定则可知，导体棒中的电流在其右侧所形成的磁场方向竖直向上. 1234567891112131415 1610 (2)蹄形磁铁中导体棒所在位置的磁感应强度B的大小. 答案 2 T 1234567891112131415 1610 解得：B2 T.