高中物理第3章2磁场对通电导线的作用——安培力教案教科版选修31

高中物理第3章2磁场对通电导线的作用——安培力教案教科版

选修31

2 磁场对通电导线的作用——安培力

[学习目标] 1.知道安培力的定义及安培力大小的决定因素． 2.会用F＝ILB计算B与I垂直情况下的安培力．(重点) 3.掌握左手定则，并会用它判定安培力的方向．(重点) 4.知道电动机的工作原理．

一、安培力

1．探究磁场对通电导线的作用

(1)实验原理：将通电导线置于磁场中，它将受到力的作用．取一蹄形磁铁，认为它的两极间的磁场均匀，将一通电线框置于蹄形磁铁的两极间：①电流的大小可以由滑动变阻器调节．②通电导线在磁场中的长度可由并用的磁铁数目改变．③安培力的大小可通过弹簧测力计的读数求出．

(2)实验装置：如图所示．

(3)实验器材：铁架台，蹄形磁体(2个)，线框，弹簧测力计，电流表，电源、滑动变阻器，开关，导线若干．

(4)实验过程

①按如图所示装置安装、连接实验器材，并使线框下端与磁场方向垂直．

②在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数F0.

③接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I1，记录弹簧测力计的读数F1.

④继续调节滑动变阻器使电流表读数为I2，I3，…，I n，观察并记录弹簧测力计相应的读数F2，F3，…，F n.

⑤分别计算出F1－F0，F2－F0，F3－F0，…，F n－F0，并填入表格中．

I i/A

F i－F0/N

⑥列出I i与F i－F0(i＝1，2，3，…，n)的对应关系．

⑦紧挨着蹄形磁体再并排放上一个相同的蹄形磁体(相同的极性在同一侧)，仍保持线框的竖直边在磁场区外，重复③～⑥过程．

(5)实验结论

①当通电导线与磁场方向平行时，导线不受力．

②当通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线有力的作用，力的大小与导线中的电流、导线长度和磁场强弱有关．精确实验表明：通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线作用力的大小与导线长度和电流大小都成正比，比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关．2．安培力的大小和方向

(1)定义：磁场对通电导线的作用力．

(2)公式：F＝IL B．

式中比例系数B称为磁感应强度，单位为特(T)，下节将进一步介绍．

(3)安培力方向的判定——左手定则

内容：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向，如图所示．

二、电动机——安培力的重要应用

1．直流电动机的工作原理

(1)直流电动机的构造

如图所示是一个直流电动机的工作模型，由磁场(磁体)、转动线圈、滑环(两个半圆环A 和B)、电刷及电源组成．

(2)工作原理

当电流由半圆环A流入时，则从B流出；当电流由B流入时，则从A流出．因此，滑环在其中起了一个换向器的作用．当线圈通电后，由于受到安培力的作用，线圈在磁场中旋转

起来．

2．电动机的分类

(1)直流电动机．

(2)交流电动机．

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同．( )

(2)通电的导线在磁场中一定受安培力．( )

(3)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．( )

(4)用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心．

( )

(5)当导体在磁场中放置时，导体所受作用力为F＝IBL.( )

[答案](1)×(2)×(3)×(4)√(5)×

2．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是 ( )

A．安培力的方向一定跟磁场的方向相同

B．安培力的方向一定跟磁场的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直

C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁场方向垂直

D．安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直

D[由左手定则知安培力的方向既垂直于磁场又垂直于电流，即安培力垂直于磁场和电流决定的平面，B与I不一定垂直．]

3．如图所示，标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是( )

C[由左手定则判断可知，C项正确．]

安培力的大小和方向

一、安培力的大小

1．公式F＝ILB中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大；当

B与I平行时，F＝0.

2．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L由始端流向末端．

二、安培力的方向

1．安培力方向的特点

F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面．

2．当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过掌心．

3．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．

【例1】如图所示，导线abc为垂直折线，其中电流为I，ab＝bc＝L，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的强弱为B，求导线abc所受安培力的大小和方向．

思路点拨：

[解析] 法一：ab段所受的安培力大小F ab＝ILB，方向向右，bc段所受的安培力大小F bc ＝ILB，方向向上，所以该导线所受安培力为这两个力的合力，如图所示，F＝2ILB，方向沿∠abc的角平分线向上．

法二：把导线abc等效成直导线ac，则等效长度ac＝2L，故安培力F＝BI·2L＝2ILB，方向垂直于ac，即沿∠abc的角平分线向上．

[答案]2ILB方向沿∠abc的角平分线向上