粤教版高二物理选修3-1 3.3 探究安培力 教学课件(共39张PPT)

(共39张PPT)
第三章
磁
场
第
三
节
探
究
安
培
力
复习巩固
历史上最早发现电流的磁效应的人物是谁呢？
思考与讨论
反过来思考：磁针对通电导线有无力的作用？
奥斯特：通电导线对磁针有力的作用
作用力与反作用力。磁场对通电导线也有力的作用——安培力。
新课引入
安培力：通电导线在磁场中受到的力
一、安培力的方向
演示：按照右图所示进行实验。
1、改变导线中电流的方向，观察受力方向是否改变。
2、上下交互磁场的位置以改变磁场的方向，观察受力方向是否变化。
问题探究
安培力的方向与哪些因素有关？
问题探究
实验记录与分析
1.实验装置简化图
实验次数
磁场方向
电流方向
安培力的方向
1
向下
垂直于纸面向外
　
2
垂直于纸面向里
　
3
向上
　
4
垂直于纸面向外
　
2.实验结果记录表
问题探究
N
电流的方向：垂直于纸面向外
记录1
实验1
问题探究
N
电流的方向：垂直于纸面向里
记录2
实验2
问题探究
电流的方向：垂直于纸面向里
记录3
实验3
问题探究
S
电流的方向：垂直于纸面向外
记录4
实验4
问题探究
实验次数
磁场方向
电流方向
安培力的方向
1
向下
垂直于纸面向外
2
垂直于纸面向里
　
3
向上
　
4
垂直于纸面向外
水平向右
水平向左
水平向右
水平向左
实验结果
问题探究
演示1：磁场方向：向下
电流方向：向外
受力方向：向右
演示2：磁场方向：向下
电流方向：向内
受力方向：向左
演示3：磁场方向：向上
电流方向：向内
受力方向：向右
演示4：磁场方向：向上
电流方向：向外
受力方向：向左
结果分析
左手定则：伸开左手，大拇指跟其余四指垂直，并且跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手
心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向就是直导线所受安培力的方向。
问题探究
F
I
B
F
I
B
B
I
30°
F
F
I
I
I
B
B
B
例1.判断安培力的方向
F=0
F=0
典例精析
例2.画出图中通电导线棒所受安培力的方向。
F
F
F
平面图－－侧视图
典例精析
思考：平行通电导线间是相互吸引还是相互排斥？
问题探究
1.同向电流相互吸引
2.反向电流相互排斥。
结论:
F
F
F
同向电流
F
反向电流
试利用左手定则分析他们之间的作用力
问题探究
1.电场的基本性质是什么？
对放入其中的电荷有电场力的作用
3.磁场的基本性质是什么？
对放入其中的磁体或通电导体有磁力的作用
电场强度:试探电荷所受电场力跟电荷量的比值
正试探电荷的受力方向
2.如何描述电场的强弱和方向？
4.如何描述磁场的强弱和方向？
是否类似电场的研究方法,分析磁体或电流在磁场中所受的力,找出表示磁场强弱和方向的物理量?
问题探究
电场
正试探电荷的受力方向
磁场
磁体或电流的受力方向
小磁针N极的受力方向
二、磁感应强度
物理学规定：
小磁针N极(北极)的受力方向或小磁针静止时N极的指向，规定为该点的磁场方向,
即磁感应强度的方向
新课教学
1.磁感应强度的方向
思考：通电导线受到的磁场力与哪些因素有关?
导线长度、电流大小、磁场的不同、放置的位置（导线与磁场方向平行、垂直及任意夹角受力情况不同）
2.磁感应强度的大小
实验方法:控制变量法
问题探究
（1）保持磁场和通电导线的长度不变，改变电流的大小。
（2）保持磁场和导线中的电流不变，改变通电导线的长度。
实验方案设计
结论：在通电导线的长度和磁场不变时，电流越大，导线所受的安培力就越大。
结论：在通电导线的电流和磁场不变时，导线越长，导线所受的安培力就越大。
现象：电流越大，导线的偏角越大。
问题探究
F
L
F
I
F
IL
F
=
B·IL
精确的实验研究表明：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度L
成正比，又与导线中的电流I
成正比，即与I和L的乘积
IL
成正比。
同一磁场中FIL，比值F/IL为恒量
不同磁场中，比值F/IL一般不同
逻辑推理
（1）磁感应强度定义：
（3）单位：
在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度
在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特,国际符号是T
1T=1N/A·m
（2）定义式：
新课教学
2.磁感应强度的大小
新课教学
2.磁感应强度反映什么性质？
物理意义：B是表示磁场强弱和方向的物理量，是描述磁场力的性质的物理量，是矢量。
1.磁感应强度由通电导线的长度、电流及导线受力决定吗？
B与L、I、F无关，与场源和该点在场中的位置有关
3.用B=F/IL计算时，要注意什么问题？
导线电流的方向与磁场方向的关系，要注意两者必须垂直。通电导线与磁场方向垂直时受到磁场力最大，平行时为零
问题思考
5.若在某一点同时存在几个磁场，则该点的磁感应强度B如何？
若某一空间同时存在几个磁场，空间的磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为B，则有：B=B1+B2+B3……（矢量和）
，用平行四边形法则运算
4.你认为电场力（磁场力）在方向上与电场强度（磁感应强度）有何关系？
电场强度方向规定为正电荷受力方向；磁感应强度方向规定为小磁针北极受力方向，
与电流受力方向垂直。
问题思考
思考：有人根据B=F/IL提出：磁场中某点的磁感应强度B跟磁场力F成正比，跟电流强度I和导线长度L的乘积IL成反比，这种提法有对吗？若不对错在哪里？
答：这种提法不对.因为实验证明，F和IL的乘积成正比，故比值（F/IL）在磁场中某处是一个恒量，它反映了磁场本身的特性，不随F及IL的变化而变化.
问题思考
1、磁场强弱、方向处处相同的磁场
2、匀强磁场的磁感线：是一组相互平行、方向相同、疏密均匀的直线
亥姆霍兹线圈
三、匀强磁场
相互平行方向相同
间隔均匀
新课教学
四、安培力的大小
N
S
I
F＝ILB
当B∥I时
F＝0
当B和I夹角为θ时，F的方向？F的大小?
当B⊥I时
N
S
I
N
S
I
θ
问题探究
把磁感应强度B分解为两个分量：
平行于导线的分量B2不对导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定
F=I
L·Bsinθ
通电直导线与磁场方向不垂直的情况怎样处理？
N
S
I
垂直
B1=B
sinθ
平行
B2=B
cosθ
I
B
θ
B2
B1
θ
问题探究
安培力大小公式：
F=ILBsinθ
θ表示磁场方向与电流方向间的夹角
注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场
问题1:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可怎样概括？
说明：
结论：F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直。
问题2：F、B、I一定两两垂直吗？
问题探究
例3．如图1所示，垂直折线abc中通入I的电流。ab=bc=L，折线所在平面与匀强磁感强度B垂直.abc受安培力等效于ac（通有a→c的电流I）所受安培力，即F1=______，方向同样由等效电流ac判定为在纸面内垂直于ac斜向上，同理可以推知：
如图2所示，半圆形通电导线受安培力F2=
______如图3所示，闭合的通电导线框受安培力F3=______
图1
图3
图2
BIL
2BIL
0
计算安培力的大小时，L是指导线在垂直磁场方向上的有效长度
典例精析
如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中放入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，盐水就会旋转起来．
(1)
猜想一下，盐水转动的方向．
(2)
探究盐水旋转的原因．
思考
问题探究
答案：
(1)通过左手定则判定，盐水从上向下看逆时针旋转．
(2)盐水中形成了由圆形电极指向柱形电极的如图所示的电流，由于磁场方向向上，故盐水逆时针旋转．
问题探究
五、磁通量：
1、定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用字母Φ表示磁通量。
2、在匀强磁场中，公式为
Φ=BS⊥
（S⊥表示某一面积在垂直于磁场方向上的投影面积）．
求该面积在垂直磁场方向上的投影面积
新课教学
3、单位：在SI制中是韦伯，简称韦，符号Wb
1Wb=1T·m2
4、磁通量是有正负的，若在某个面积有方向相反的磁场通过，求磁通量，应考虑相反方向抵消以后所剩余的磁通量，即应求该面积各磁通量的代数和．
5、磁通密度：
B=φ/S
表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量。
1T=1Wb/m2=1N/A·m
新课教学
例4．如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4
m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6
T，则穿过线圈的磁通量Φ为多少？
解析：把S投影到与B垂直的方向，则Φ＝B·Scos
θ＝0.6×0.4×cos
60°Wb＝0.12
Wb.
思维流程：
S向与B垂直的方向做投影
求投影面积
求磁通量
典例精析
1、下列说法中错误的是（
）
A．磁场中某处的磁感应强度大小，就是通以电流I、长为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I、L的乘积的比值
B．一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处可能没有磁场
C．一小段通电导线放在磁场中A处时受磁场力比放在B处大，但A处磁感应强度不一定比B处的磁感应强度大
D．因为B
=F/IL，所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线IL乘积成反比
AD
导线与磁场是否垂直？
导线与磁场平行时不受力
不知道导线放置情况，无法比较
磁感应强度决定于磁场本身
课堂练习
0
0.02N
水平向右
0.02N
垂直导线，斜向左上方
2.将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向
I
B
I
B
30°
I
B
课堂练习
0.1T
3、一根导线长0.2m，通过3A的电流，垂直放入磁场中某处受到的磁场力是6×10-2N，则该处的磁感应强度B的大小是______；如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的磁感应强度的大小是_____。
0.1T
B=T=0.1T
磁感应强度决定于磁场本身,与电流元无关
课堂练习
4.如图所示是等腰直角三棱柱，其中底面abcd为正方形，边长为L，它们按图示位置放置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，下面说法中正确的是(　　)
A.通过abcd平面的磁通量大小为BL2
B.通过cdFE平面的磁通量大小为
C.通过abFE平面的磁通量大小为
D.通过整个三棱柱的磁通量为零
答案：BD
课堂练习