1、5.4 探究安培力,第5章 磁场与回旋加速器,目标定位 1.知道什么是安培力,了解安培力的应用. 2.了解电流天平的原理并学会使用它探究安培力的大小. 3.掌握左手定则,会用它判断安培力的方向;会计算安培力的大小.,内容索引,知识探究 新知探究 点点落实,达标检测 当堂检测 巩固反馈,知识探究,利用如图1所示的实验装置进行实验.,一、安培力的方向,答案,答案 导线受力的方向改变,(1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向,导线受力的方向是否改变?,图1,(2)改变导线中电流的方向,导线受力的方向是否改变? 仔细分析实验结果,说明安培力的方向与磁场方向、电流方向有怎样的关系?,答案 导线受力的方向改
2、变 安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则,要点总结 1.左手定则:伸开左手,使大拇指跟其余四个手指 ,且都跟手掌在 ,让磁感线穿入手心,使四指指向 方向,则大拇指所指的方向就是 ,如图2所示.,图2,垂直,同一个平面内,安培力的方向,电流,2.判断电流的磁场方向用 定则(右手螺旋定则),确定通电导体在磁场中的受力方向用 定则. 3.安培力方向的特点 安培力的方向既垂直于电流方向,也垂直于磁场方向,即安培力的方向垂直于电流I和磁场B所决定的平面. (1)当电流方向与磁场方向垂直时,安培力方向、磁场方向、电流方向两两垂直,应用左手定则时,磁感线垂直穿过掌心. (2)当电流方向与磁场方
3、向不垂直时,安培力的方向仍垂直于电流方向,也垂直于磁场方向.应用左手定则时,磁感线斜着穿过掌心.,安培,左手,延伸思考 电流周围可以产生磁场,磁场又会对放在其中的电流产生力的作用,如果有两条相互平行的、距离很近的通电直导线,它们之间会不会有力的作用?若有力的作用,那么同向电流之间的作用力如何?反向电流之间的作用力如何?,答案,答案 有力的作用,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥.,例1 画出图3中各磁场对通电导线的安培力的方向(与纸面垂直的力只需用文字说明).,图3,答案,解析,答案 如图所示,解析 无论B、I是否垂直,安培力总是垂直于B与I决定的平面,且满足左手定则.,1.阅读教材,了解电流
4、天平的结构、原理和使用方法,制定实验方案,进行实验,注意体会控制变量法的运用,分析实验所测数据,回答下列问题: (1)保持导线通电部分的长度不变,改变电流大小,导线受力情况如何变化?,二、安培力的大小,答案,答案 电流越大,导线受力越大.,(2)保持电流不变,改变导线通电部分的长度,导线受力情况如何变化?,答案 通电导线越长,导线受力越大.,(3)通电导线受力与哪些因素有关?,答案,答案 通电导线在磁场中受到的力的大小,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的乘积成正比,用公式表示为FkBIL,式中k为比例系数,国际单位制中,k1,FBIL.,2.当导线与磁场方向的夹角为
5、时,如图4所示,如何计算导线所受作用力的大小?,答案,答案 将B分解为平行导线方向和垂直导线方向的分量,分别研究B的两个分量对导线的作用,可得出FBILsin .,图4,要点总结 1.安培力大小的计算公式F ,为磁感应强度方向与导线方向的夹角. (1)当90,即B与I垂直时,F ; (2)当0,即B与I平行时,F .,BILsin ,BIL,0,2.FBIL中的L是指导线在磁场中的“有效”长度,当导线与磁场垂直时,弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点直线的长度(如图5所示);相应的电流沿L由始端流向末端.,图5,3.磁感应强度的另一种定义方法:在磁场中 方向放置一小段通电导线,导线所受安培力F
6、跟电流I和导线长度L的乘积 的比值叫 做导线所在处的磁感应强度,即B_.,垂直于磁场,IL,例2 如图所示,在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线,电流为I,磁感应强度为B,求各导线所受到的安培力大小.,答案,解析,解析 A图导线中的电流方向与磁感线的方向平行,所以安培力为0; B图是两根导线组成的折线,整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和,其有效长度为 ,故FB ;同理, C图是半圆形电流,其有效长度为2R,FC2BIR; D图中,将导线接通形成闭合线圈,则ab和bc两段导线受力的合力与ac导线受力方向刚好相反,故合力为零,所以闭合的通电线圈所受安培力为零,FD0.,1.判断安培力的
7、方向,要先明确磁场的方向和电流的方向,用左手定则判断,不要“习惯性”地用错右手.实际上左手定则揭示了磁感应强度、电流、安培力这三个物理量方向之间的 关系. 2.当磁场方向与电流方向垂直时安培力FIBL,如果磁场方向和电流方向不垂直,公式应变为FILB,B是B在垂直于电流方向的分量. 3.如果通电导线是弯曲的,则要用其等效长度代入公式计算.,针对训练 如图6所示,一根导线位于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,其中ABBCCDDEl,且C120、BD150.现给这根导线通入由A至E的恒定电流I,则导线受到磁场作用力的合力大小为,图6,答案,解析,例3 如图7所示的等臂天平可用来测量
8、磁场的磁感应强度.天平的右臂下面挂一个矩形线圈,宽为L,共N匝,线圈的下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面.当线圈中通有电流I(方向如图所示)时,在天平两边加上质量分别为m1、m2的砝码时,天平平衡;当电流反向(大小不变)时,右边再加上质量为m的砝码后,天平又重新平衡.由此可知,三、安培力的实际应用,图7,答案,解析,达标检测,1.(安培力的方向)下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和所受安培力F的方向,其中正确的是,答案,1,2,3,4,解析,1,2,3,4,解析 A图中电流与磁场方向平行,没有安培力,故A错误; B图中安培力的方向是垂直导线向下的
9、,故B错误; C图中安培力的方向是垂直导线向上的,故C正确; D图中电流方向与磁场方向平行,不受安培力作用,故D错误.,2.(安培力的大小)长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中,电流方向与磁场方向分别如图所示,已知磁感应强度为B,对于下列各图中,导线所受安培力的大小计算正确的是,答案,1,2,3,4,解析,1,2,3,4,解析 A图中,导线不和磁场垂直,将导线投影到垂直磁场方向上,故FBILcos ,A正确; B图中,导线和磁场方向垂直,故FBIL,B错误; C图中,导线和磁场方向垂直,故FBIL,C错误; D图中,导线和磁场方向垂直,故FBIL,D错误.,3.(安培力的大小)如图8
10、所示,某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一正方形刚性线圈,边长为L,匝数为n,线圈平面与磁场方向垂直,线圈一半在磁场内.某时刻,线圈中通过大小为I的电流,则此线圈所受安培力的大小为,答案,1,2,3,4,图8,4.(通电导体的受力问题)一根长L0.2 m的金属棒放在倾角37的光滑斜面上,并通过I5 A的电流,方向如图9所示,整个装置放在磁感应强度B0.6 T、竖直向上的匀强磁场中,金属棒恰能静止在斜面上,求该棒的重力大小.(sin 370.6),答案,解析,1,2,3,4,图9,答案 0.8 N,解析 对棒受力分析如图所示,安培力的方向由左手定则判断为水平向右,,1,2,3,4,FBIL0.650.2 N0.6 N. 由平衡条件得重力为:,