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)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��？
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？能否用類似的方法定義一個描述磁場強(qiáng)弱的物理量？
4．類比于“勻強(qiáng)電場”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�。�
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：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
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．
本文來自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaoer/51179.html
相關(guān)閱讀：安培力的應(yīng)用