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探究安培力
編輯:
逍遙路
關(guān)鍵詞:
高二
來源:
高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
3.3 探究安培力 學(xué)案(粵教版選修3-1)
一、安培力的方向
1.磁場對電流的作用力稱為________.
2.通電直導(dǎo)線所受安培力的方向和磁場方向、電流方向之間的關(guān)系,可以用__________定則來判斷:伸開__________手使大拇指跟其余四指______,并且都跟手掌在一個平面內(nèi),把手放入磁場中讓__________垂直穿入手心,并使伸開的四指指向________的方向,那么大拇指所指的方向就是______________________________的方向.
二、安培力的大小
1.物理學(xué)規(guī)定,當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向______時,通電導(dǎo)線所受安培力F跟________和______的乘積的比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度;用B表示,則B=________.
2.磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位是____________,符號是____.其方向?yàn)開_____,是____量.
3.如果磁場的某一區(qū)域里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向處處相同,這個區(qū)域的磁場叫做______.
4.在勻強(qiáng)磁場中,在通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直的情況下,電流所受安培力F=________.
三、磁通量
1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積S的______叫做穿過這個面的磁通量,用Φ表示,則有Φ=________,其中S為垂直______方向的面積.
2.磁通量的單位是________,符號是______.
一、安培力的方向
[問題情境]
通過上一節(jié)課的學(xué)習(xí)我們知道磁場對電流有力的作用,為了表彰和紀(jì)念安培在這方面作出的杰出貢獻(xiàn),人們把磁場對電流的作用力稱為安培力.
1.通電直導(dǎo)線與磁場平行時,導(dǎo)線受安培力嗎?
2.通過課本實(shí)驗(yàn)與探究得到通電直導(dǎo)線與磁場方向垂直時,安培力沿什么方向?安培力的方向與哪些因素有關(guān)?
[要點(diǎn)提煉]
______手定則??安培力的方向判斷
伸開_____ _手,使大拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌處在同一個平面內(nèi);把手放入磁場中讓______垂直穿入掌心,并使四指指向電流的方向,這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向.
[問題延伸]
安培定則又稱______手螺旋定則,是判斷電流產(chǎn)生的磁場方向的;左手定則是判斷電流在磁場中所受安培力方向的.
二、安培力的大小
[問題情境]
1.當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場垂直時、平行時、斜交時,所受安培力相同嗎?何時最大?何時最小?
2.本節(jié)中我們只研究什么情況下的安培力的大?
3.回顧描述電場強(qiáng)弱的物理量是什么?它是怎樣定義的?能否用類似的方法來定義一個描述磁場強(qiáng)弱的物理量?
4.類比于“勻強(qiáng)電場”來描述一下“勻強(qiáng)磁場”.
5.勻強(qiáng)磁場中的安培力的表達(dá)式是怎樣的?
[要點(diǎn)提煉]
1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式:B=________,單位________,此公式的成立條件是______ __.
2.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向:________.
3.磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁感線的關(guān)系:磁感線上______方向都與該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致,磁感線的________表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.
4.勻強(qiáng)磁場:磁感應(yīng)強(qiáng)度的________和________處處相同的磁場.
5.安培力大小的公式表述:(1)當(dāng)B與I垂直時,F(xiàn)=______.(2)當(dāng)B與I成θ角時,F(xiàn)=BILsin θ,θ是B與I的夾角.
[問題延伸]
圖1
1.彎曲導(dǎo)線的有效長度L,等于連接兩端點(diǎn)直線的長度(如圖1所示);相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端.
2.公式F=BILsin θ中的Lsin θ也可以理解為垂直于磁場方向的“有效長度”.
三、磁通量
[問題情境]
1.什么是磁通量?
2.為什么要引入磁通量?
3.什么是磁通密度?
[要點(diǎn)提煉]
1.磁通量的定義式:________________,適用條件:磁場是勻強(qiáng)磁場,且磁場方向與平面______.
2.公式理解:在勻強(qiáng)磁場B中,若磁感線與平面不垂直,磁通量可表示為Φ=BS⊥=BScos θ,式中Scos θ為面積S在垂直于磁感線方向的投影面積,θ是線圈平面與投影面間的夾角.
3.在國際單位制中磁通量的單位為________,符號是Wb.1Wb=1_ _____.
4.磁通密度即磁感應(yīng)強(qiáng)度B=________,1T=1______=1______.
5.磁通量的另一種定義方式:若穿過某一平面的磁感線有Φ條,我們就稱穿過這個平面的磁通量為Φ.即穿過某一平面的磁感線的條數(shù)稱為該面的磁通量.用磁感線條數(shù)定義時,面積和磁場不必垂直.
[問題延伸]
1.磁通量是標(biāo)量,但有正、負(fù),如何理解磁通量的正負(fù)?
2.若有兩個方向相反的磁場穿過某一面積,則此時的磁通量應(yīng)如何計(jì)算?
例1 在勻強(qiáng)磁場中的P處放一個長度為L=20 cm,通電電流I=0.5 A的直導(dǎo)線,測得它受到的最大磁場力F=1.0 N,其方向豎直向上,現(xiàn)將該通電導(dǎo)線從磁場中撤走,則P處磁感應(yīng)強(qiáng)度為( )
A.0
B.10 T,方向沿豎直方向向上
C.0.1 T,方向沿豎直方向向上
D.10 T,方向肯定不沿豎直方向向上
聽課記錄:
變式訓(xùn)練1 下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向的說法中,正確的是( )
A.某處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是一小段通電導(dǎo)體放在該處時所受磁場力的方向
B.某處小磁針N極所受磁場力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向
C.垂直于磁場放置的通電導(dǎo)線的受力方向就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向
D.磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 就是該點(diǎn)的磁場方向
例2 將長度為20 cm、通有0.1 A電流的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場中,電流與磁場的方向如圖( 1)~(4)所示.已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 T,試求出下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小和方向.
變式訓(xùn)練2 如圖2所示,其中A、B圖已知電流方向及其 所受磁場力的方向,試判斷并在圖中標(biāo)出磁場方向.C、D圖已知磁場方向及其對電流作用力的方向,試判斷電流方向并在圖中標(biāo)出.
圖2
圖3
例3 如圖3所示,線圈平面與水平方向夾角θ=60°,磁感線豎直向下,線圈平面面積S=0.4 m2,勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.6 T,則穿過線圈的磁通量Φ為多少?
圖4
變式訓(xùn)練3 如圖4所示,線框面積為S,線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直,則穿過線框平面的磁通量為________.若使線框繞OO′軸轉(zhuǎn)過60°,則穿過線框平面的磁通量為______;若從初始位置轉(zhuǎn)過90°,則穿過線框平面的磁通量為________;若從初始位置轉(zhuǎn)過180°,則穿過線框平面的磁通量變化為______.
【即學(xué)即練】
1.把一小段通電直導(dǎo)線垂直磁場方向放入一勻強(qiáng)磁場中,下列圖中能正確反映各量間關(guān)系的是( )
2.有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,下列說法正確的是( )
A.B的方向就是小磁針N極所指方向
B.B的方向與小磁針在任何情況下N極受力方向一致
C.B的方向就是通電導(dǎo)線的受力方向
D.B的方向就是該處磁場的方向
3.關(guān)于磁通量,下列說法中正確的是( )
A.磁通量不僅有大小而且有方向,所以是矢量
B.磁通量越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度越大
C.穿過某一面積的磁通量為零,該處磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零
D.磁通量就是磁感應(yīng)強(qiáng)度
4.請畫出在圖5所示的甲、乙、丙三種情況下,導(dǎo)線受到的 安培力的方向
圖5
參考答案
課前自主學(xué)習(xí)
一、
1.安培力
2.左手 左 垂直 磁感線 電流 通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力
二、
1.垂直 電流I 導(dǎo)線長度L FIL
2.特斯拉 T 該處的磁場方向 矢
3.勻強(qiáng)磁場
4.BIL
三、
1.乘積 BS 磁場 2. 韋伯 Wb
核心知識探究
一、
[問題情境]
1.不受
2.安培力的方向與磁場方向和電流方向有關(guān),安培力的方向由左手定則判定.
[要點(diǎn)提煉]
左 左 磁感線
[問題延伸]
右
二、
[問題情境]
1.不同,垂直時最大,平行時最小
2.只研究通電導(dǎo)線與磁場垂直時的安培力
3.電場強(qiáng)度E;采用比值定義法,E=Fq;能 磁感應(yīng)強(qiáng)度B,B=FIL
4.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同,這個區(qū)域的磁場叫勻強(qiáng)磁場.
5.F=BIL
[要點(diǎn) 提煉]
1.FIL 特斯拉 導(dǎo)線與磁場方向垂直
2.該處磁場的方向(小磁針N極指向)
3.每一點(diǎn)的切線 疏密程度
4.大小 方向 5.(1)BIL
三、
[問題情境]
1.(見課本)在勻強(qiáng)磁場中有一個與磁場方向垂直的平面,我們把磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直磁場的平面的面種S的乘積叫穿過這個面的磁通量.
2.在以后研究電磁感應(yīng)等其他電磁現(xiàn)象時,常常需要討論穿過某一面積的磁場及它的變化.
3.磁通密度是垂 直于磁場方向單位面積上的磁通量.
[要點(diǎn)提煉]
1.Φ=BS 垂直 3.韋伯 T?m2 4.ΦS Wbm2 NA?m
[問題延伸]
1.磁通量也有“正、負(fù)”,磁通量的正、負(fù)號并不表示磁通量的方向 ,它的符號僅表示磁感線的貫穿方向.一般來說,如果設(shè)磁感線從線圈的某面穿過,線圈的磁通量為“+”,那么磁感線的反面穿過線圈的磁通量就為“-”,反之亦然.
2.穿過這一面積的磁通量應(yīng)為正、負(fù)相互抵消后合磁場的磁通量.
解題方法探究
例1 D [由公式B=FIL,把數(shù)值代入可以得到B=10 T,公式中B是與L垂直的,方向肯定不沿豎直方向向上,故選D.]
變式訓(xùn)練1 BD
例2 (1)0 (2)0.02 N;安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右;(3)0.02 N;安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上;
(4)1.732×10-2 N,方向垂直紙面向里.
解析 由左手定則和安培力的計(jì)算公式得:(1)因?qū)Ь與磁感線平行,所以導(dǎo)線所受安培力為零.(2)由左手定則知:安培力方向垂直導(dǎo)線水平向右,大小F2=BIL=1×0.1×0.2 N=0.02 N.(3)安培力的方向在紙面內(nèi)垂直導(dǎo)線斜向上,大小F3=BIL=0.02 N.(4)安培力的方向垂直紙面向里,大小F4=BILsin 60°=1.732×10-2 N
變式訓(xùn)練2 A圖磁場方向垂直紙面向外;B圖磁場方向在紙面內(nèi)垂直F向下;C、D圖電流方向均垂直于紙面向里.
例3 0.12 Wb
解析 方法一:把S投影到與B垂直的方向,則Φ=B?Scos θ=0.6×0.4×cos 60° Wb=0.12 Wb.
方法二:把B分解為平行于線圈平面的分量B∥和垂直于線圈平面的分量B⊥,B∥不穿過線圈,且B⊥=Bcos θ,則Φ=B⊥S=Bcos θ?S=0.6×0.4×cos 60° Wb=0.12 Wb.
變式訓(xùn)練3 BS 12BS 0 2BS
即學(xué)即練
1.BC 2.BD
3.C [磁通量盡管有正負(fù)之分,但卻是標(biāo)量,A錯誤;磁通量等于平面垂直于磁場時磁感應(yīng)強(qiáng)度與面積的乘積,則同一線圈在同一磁場的同一位置,因放置方向不同,磁通量不同,當(dāng)面與磁場方向平行時,磁通量為零,故C正確,B、D錯誤.]
4.見解析
解析 運(yùn)用左手定則判定安培力的方向時 ,注意圖形的轉(zhuǎn)化,將抽象的立體圖形轉(zhuǎn)化為便于受力分析的圖形.
運(yùn)用左手定則時,無論B、I是否垂直,一定要讓磁感線穿入手心,四指指向電流的方向,則拇指所指即為安培力的方向.
畫出甲、乙、丙三種情況的側(cè)面圖,利用左手定則判定在甲、乙、丙三種情況下,導(dǎo)線所受安培力的方向如圖所示.
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