(共30张PPT)
第二章 磁 场
第二章 磁 场
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生动
突破疑难·讲练提升
第三节 磁场对通电导线的作用
1.知道什么是安培力，知道影响安培力大小和方向的因素．(重点) 2.理解磁感应强度的概念，知道其单位．(重点)
3．会判断安培力的方向，会用公式F＝BIL进行安培力的简单计算．(重点＋难点)
4．了解电动机的简单原理，知道电动机在生产、生活中的应用．
, [学生用书P29])
一、安培力
1．定义：通电导体在磁场中受到的力叫安培力．
2．影响安培力大小的因素：磁感应强度、导体的长度、导体中的电流、导体和磁场方向的夹角．
3．大小：电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力为零；电流方向与磁场方向垂直时，电流所受安培力最大；当电流方向与磁场方向斜交时，所受安培力在0和最大值之间．
4．公式：F＝BIL(导体垂直磁场放置)．
1．磁场为零的地方，通电导线受到的安培力一定为零，那么通电导线受安培力为零的地方，磁感应强度B的大小是否也一定为零？
提示：不一定．通电导线受安培力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，可能是电流方向与B的方向在一条直线上．
二、磁感应强度
1．定义：一段通电直导线垂直放在磁场里所受的安培力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫磁感应强度．
2．公式：B＝；国际单位：特斯拉；单位的符号：T．
3．意义：磁感应强度大小描述磁场的强弱，磁感应强度方向就是磁场的方向．
2．磁场对放入其中的磁体和磁极有力的作用，我们能否用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小？
提示：不能．因为N极和S极不能单独存在．小磁针静止时是所受的合力为零，因而不可能确定N极的受力大小，也就不能用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小．
三、安培力的方向
安培力的方向判断方法(左手定则)：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．
四、电动机
1．原理：电动机是利用通电导线在磁场中受到安培力作用而工作的．
2．组成：各种电动机都是由定子和转子组成的．
对磁感应强度的理解[学生用书P30]
1．磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度L，电流I的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关．
2．不能根据公式B＝就说B与F成正比，与IL成反比．
3．由公式B＝计算B时，通电直导线必须垂直于磁场放入．如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力F为零，但不能说该处磁感应强度B为零．
4．磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与受到作用力的方向垂直．
磁感应强度和电场强度有很多相似之处，但更应注意两者的区别：电场强度的方向和试探电荷所受电场力方向相同或相反，而磁感应强度的方向和通电导体所受磁场力的方向垂直．
关于磁感应强度，下列说法中正确的是( )
A．匀强磁场中的磁感应强度可以这样测定：测出一段通电导线放在磁场中受到的安培力F，及该导线的长度L、通过的电流I，则B＝
B．通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零
C．B＝只是定义式，它是磁场本身的属性，与放不放通电导线无关
D．通电导线所受安培力的方向就是磁感应强度的方向
[审题指导] 解此题注意两点：
(1)公式B＝是磁感应强度的定义式，而不是决定式．
(2)磁感应强度的方向就是该点小磁针N极受力方向．
[解析] 根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向上导线所受的安培力才最大，故A错误；当通电导线与磁场方向平行时，不受安培力作用，故B错误；在磁场源稳定的情况下，磁场内每一点的磁感应强度是唯一确定的，与放入该处的检验电流元无关，C正确；由左手定则可确定，安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，故D错误．
[答案] C
eq \a\vs4\al()
磁感应强度是矢量，它的方向是小磁针静止时N极所指的方向，而不是安培力的方向，磁感应强度是由磁场本身的性质来决定的，与是否在磁场中放入通电直导线以及电流强度、导线长度、安培力的大小无关．在磁场中某一点的磁感应强度的大小和方向是唯一的．
1．匀强磁场中有一段长为0.2 m的直导线，它与磁场方向垂直，当通过3 A的电流时，受到6×10－3 N的磁场力，则磁场的磁感应强度是________T；当导线长度缩短一半时，磁场的磁感应强度是________T；当通入的电流加倍时，磁场的磁感应强度是________T.
解析：由公式B＝代入数值可得B＝ T＝0.01 T，由于B由磁场本身的性质决定，与放入的通电导线的长度、电流的大小无关，所以当导线长度缩短一半时，磁感应强度B不变，还是0.01 T，当通入的电流加倍时，磁场的磁感应强度也还是0.01 T.
答案：0.01 0.01 0.01
对安培力的理解和应用[学生用书P30]
1．关于安培力大小的讨论
通过实验归纳得出，通电导线方向跟磁场方向垂直时，电流受到的安培力最大为F＝BIL，平行放置时安培力为0.一般情况下，通电导线受到的安培力介于零和最大值之间，所以F＝BIL只适用于电流方向与磁场方向垂直的情况．
2．安培力的方向——左手定则
(1)安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所确定的平面．在判断时首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向．
(2)注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行．
(1)判断通电导线在磁场中所受安培力时，注意一定要用左手，并注意各方向间的关系．
(2)若已知B、I方向，F安方向唯一确定．
命题视角1 对安培力F＝BIL的理解
在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，为研究安培力与电流大小的关系，实验时应保持不变的物理量是( )
A．只有电流
B．只有磁感应强度
C．只有导线在磁场中的长度
D．磁感应强度和导线在磁场中的长度
[解析] 由F＝BIl知要研究F与I的大小关系，应保持B和l不变．
[答案] D
命题视角2 对安培力方向的判断
(多选)如图中，表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场对电流作用力F的方向关系正确的是( )
[审题指导] (1)电流方向、磁场方向和安培力方向三者只要知道其中任意两个，第三个物理量的方向可用左手定则判断出来．
(2)F、B、I三者的方向关系F⊥I，F⊥B，所以F垂直于B和I所确定的平面．
[解析] 由左手定则，A图中磁场对电流作用力F的方向应竖直向上，所以A错误，而B、C、D都符合左手定则．
[答案] BCD
2.请在图中画出通电直导线A受到的安培力的方向．
解析：(1)中电流与磁场垂直，由左手定则可判断出A所受安培力方向如图甲所示．
甲 乙
(2)中条形磁铁在A处的磁场分布如图乙所示，由左手定则可判断A受到的安培力的方向如图乙所示．
(3)中由安培定则可判断出电流A处磁场方向如图丙所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丙所示．
丙 丁
(4)中由安培定则可判断出电流A处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A受到的安培力方向如图丁所示．
答案：如图所示
安培力作用下的平衡问题[学生用书P31]
如图所示，一段长为1 m、质量为2 kg的通电导体棒悬挂于天花板上．现加一垂直纸面向里的匀强磁场，当通入I＝2 A电流时悬线的张力恰好为零．求：(g取10 m/s2)
(1)所加匀强磁场的磁感应强度B的大小；
(2)如果电流方向不变，通入电流大小变为1 A时，悬线拉力又为多少？
[审题指导] 解答本题的关键是判断安培力的大小和方向，然后根据F＝BIL确定磁场的磁感应强度，根据力的平衡条件求悬线的拉力．
[解析] (1)导体棒受力如图所示．
由平衡条件得
F安＝mg
又因F安＝BIL
所以B＝＝ T＝10 T.
(2)因为磁感应强度是由磁场本身的性质决定的，所以电流变为1 A后，磁感应强度仍为10 T．导体棒受力如图所示，由平衡条件得
F＝mg－BIL＝2×10 N－10×1×1 N＝10 N.
[答案] (1)10 T (2)10 N
eq \a\vs4\al()
解决此问题的思路是受力分析，利用力的平衡条件求解．与原来求解平衡问题相比，物体多受了一个安培力，正确判断安培力的方向是关键．
[随堂检测] [学生用书P31]
1．(多选)有关磁感应强度B的方向，下列说法正确的是( )
A．B的方向就是小磁针N极所指的方向
B．B的方向与小磁针在任何情况下N极受力方向一致
C．B的方向就是通电导线的受力方向
D．B的方向就是该处磁场的方向
解析：选BD.磁场的方向就是磁感应强度的方向，规定为小磁针静止时N极所指方向也是任何情况下N极的受力方向，它与通电导线所受力的方向是不一致的，所以选B、D.
2．一根容易形变的弹性导线，两端固定．导线中通有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态．当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是( )
解析：选D.电流与磁场平行放置时不受磁场力，选项A错误；电流与磁场垂直放置时，由左手定则知选项D正确，B、C错误．
3.先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直．如图所示，图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系．下列说法中正确的是( )
A．A、B两点磁感应强度相等
B．A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度
C．A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度
D．无法比较磁感应强度的大小
解析：选B.导线受到的磁场力F＝BIL＝BL·I.对于题图给出的F－I图线，直线的斜率k＝BL，由图可知ka>kb，又因A、B两处导线的长度L相同，故A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度，选项B正确．
4．某检验电流元长1 cm，并通以1 A的电流，把它垂直于磁场方向放于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度的大小为( )
A．10 T B．5 T
C．2 T D．2.5 T
解析：选A.根据F＝BIL，B＝＝ T＝10 T.
5．一根长L＝0.2 m的直导线，通有I＝5 A的电流，放入磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中．问：
(1)当导线方向与磁场方向平行时，导线会不会受到安培力？
(2)当导线方向与磁场方向垂直时，导线受到的安培力是不是最大？
(3)导线受到的最大的安培力是多大？
解析：(1)当导线方向与磁场方向平行时，导线不受安培力作用．
(2)当导线方向与磁场方向垂直时，导线受到的安培力最大．
(3)F＝BIL＝1×5×0.2 N＝1 N.
答案：(1)不会 (2)是 (3)1 N
[课时作业] [学生用书P87(单独成册)]
一、单项选择题
1．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( )
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
解析：选B.由安培力的特点知B正确．
2．磁感应强度单位是特斯拉，1特斯拉相当于( )
A．1 kg/(A·s2) B． 1 kg·m/(A·s2)
C．1 kg·m2/s2 D．1 kg·m2/(A·s2)
解析：选A.由公式B＝知：1 T＝1 N/(A·m)，由F＝ma知：1 N＝1 kg·m/s2.所以A正确．
3．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
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
D．由定义式B＝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：选A.磁感应强度的引入目的就是用来描述磁场的强弱，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，定义式成立的条件是B＝中的B、F、L相互垂直，所以选项B、C、D皆是错误的．
4．如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是( )
A．加水平向右的磁场
B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场
D．加垂直纸面向外的磁场
解析：选C.要使绳子的拉力变为零，加上磁场后，应使导线所受安培力等于导线的重力，导线所受安培力向上，由左手定则可判断，所加磁场方向应垂直纸面向里．
5．摩擦产生静电，会给人们的生活带来许多麻烦，甚至对人的生命构成危害，一些高大的建筑物都装有避雷针就是为了阻止雷电的危害．假设在赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力的方向为( )
A．正南 B．正东
C．正西 D．正北
解析：选B.带正电的乌云通过避雷针放电形成的电流方向向下，地磁场的方向由地理的南极指向地理的北极，由左手定则可知地磁场对避雷针的作用力方向为正东．
6.如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L，质量为m的通电直导线，电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上，则外加磁场的磁感应强度的大小和方向可以是( )
A．B＝mgtan θ/(IL)，方向垂直斜面向下
B．B＝mgtan θ/(IL)，方向垂直斜面向上
C．B＝mg/(IL)，方向水平向左
D．B＝mgcos θ/(IL)，方向水平向右
解析：
选C.如果磁场方向垂直斜面向下，则安培力方向沿斜面向上，受力分析如图．当安培力等于重力沿斜面向下的分力时，导线平衡mgsin θ＝BIL，B＝mgsin θ/(IL)；当磁场垂直斜面向上时，安培力沿斜面向下，导线不可能静止；如果磁场水平向左，则安培力竖直向上，当F安＝mg＝BIL时，即B＝mg/(IL)时，导体静止；如果磁场水平向右，则安培力竖直向下，不可能静止．所以，只有C正确．
7.如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央上方固定一根长直导线，导线与条形磁铁垂直．当导线中通以垂直纸面向里的电流时，用FN表示磁铁对桌面的压力，Ff表示桌面对磁铁的摩擦力，则导线通电后与通电前受力相比较( )
A．FN减小，Ff＝0 B．FN减小，Ff≠0
C．FN增大，Ff＝0 D．FN增大，Ff≠0
解析：
选C.如图所示，画出一条通电电流为I的导线所在处的磁感线，电流I处的磁场方向水平向左，由左手定则知，电流I受安培力方向竖直向上．根据牛顿第三定律可知，电流对磁铁的反作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大，而桌面对磁铁无摩擦力作用．故选C.
二、多项选择题
8．将一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，下图能正确反映各量间关系的是( )
解析：选BC.由垂直放置， F＝BIL，可知：F∝I，选项C正确，选项A错误．B由磁场本身决定，与F、I无关，选项B正确．
9．超导是当今高科技的热点，当一块磁体靠近超导体时，超导体会产生强大的电流，对磁体有排斥作用．这种排斥力可使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车就采用了这种技术．磁体悬浮的原理是( )
A．超导体电流的磁场方向与磁体相同
B．超导体电流的磁场方向与磁体相反
C．超导体使磁体处于失重状态
D．超导体产生磁力与磁体重力平衡
解析：选BD.超导体中的电流因产生磁场与磁体相互作用，当产生的磁场力与磁体重力平衡时，即悬浮，所以二者磁场方向应相反，故B、D项正确．
10．已知质量为m的通电细杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图甲所示．图乙是它的四个侧视图的四种可能的匀强磁场方向，其中能使杆ab与导轨之间摩擦力为零的图是( )
甲
乙
解析：选AB.由左手定则知A、B、C、D四个图中导线所受安培力方向分别为：水平向右、竖直向上、竖直向下、水平向左，所以A、B两图中摩擦力可能为零．
三、非选择题
11.如图所示，ab、cd为两根相距2 m的平行金属导轨，水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根质量为3.6 kg 的金属棒，当通以5 A的电流时，金属棒沿导轨做匀速运动；当金属棒中电流增加到8 A时，金属棒能获得2 m/s2的加速度，求匀强磁场的磁感应强度的大小．
解析：金属棒匀速运动时，由平衡条件得出安培力和摩擦力等大反向，即BI1L＝Ff；金属棒匀加速运动时，由牛顿第二定律得出BI2L－Ff＝ma，代入数据，两式联立解得B＝1.2 T.
答案：1.2 T
12.如图所示，水平放置的两平行金属轨道与输出电压为6 V的直流电源相连，两轨道相距0.2 m，一质量为0.04 kg的均匀金属棒ab垂直放在金属轨道上．在下列情况中，金属棒始终处于静止状态．图中滑动变阻器接入电路的电阻为3 Ω，其余电阻不计，g取10 m/s2.
(1)在金属棒所在空间加一个垂直于ab方向的匀强磁场，使金属棒对轨道的压力恰好为零，试求匀强磁场的磁感应强度的大小和方向；
(2)如果磁感应强度的大小变为原来的，方向绕ab顺时针转过37°角，其他条件不变，求轨道对金属棒的支持力和摩擦力的大小．(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)
解析：(1)若使金属棒对轨道的压力恰好为零，则金属棒受到安培力方向向上．I＝＝2 A
F＝BIL＝mg
B＝＝1 T
根据左手定则判断磁感应强度的方向水平向左．
(2)当磁感应强度方向绕ab轴顺时针转过37°后金属棒受力情况如图所示，则此时的安培力大小为F1＝
FN＋F1cos 37°＝mg
解得FN＝0.32 N
Ff＝F1sin 37°＝0.06 N.
答案：(1)1 T 方向水平向左 (2)0.32 N 0.06 N
PAGE
10
(共29张PPT)
随堂演练巩固提升
以练促学·补短扬长
