1、第二节 安培力 磁感应强度本节教材分析磁感应强度是学习安培力和洛伦兹力的基础.磁感应强度矢量定量地描述了磁场的性质,跟定量描述电场性质的电场强度矢量一样,也是电磁学中一个重要的基本概念.但是,磁感应强度矢量比电场强度矢量要复杂些,因为它的定义式中包含的物理量比电场强度的多;它的方向也不跟磁场力的方向一致.这种复杂性是由磁场本身的性质决定的.为此,我们可以说明: (1)实验表明,电流在磁场中某处受力大小与电流的方向有关,其中存在电流不受力的方向和受力最大的方向.研究磁场对电流作用力时要使电流方向与磁场方向垂直.(2)实验证明,同一电流放置到磁场中不同地方,一般说受力大小不同, 反映了不同地方的磁
2、场强弱不同.(3)实验证明, 在磁场中同一地方电流受的磁场力 F 与电流 I 成正比,与导线长度 L 成正比,F 与 IL 的比值为一常量.(4)实验证明,在磁场中不同地方 F 与 IL 的比值一般不同.(5) 可用来描述某处磁场的强弱, 我I们定义磁感应强度 B= .教学中应该突出强调磁场力与电场力不同的特点:磁场力的大小与电IL流的方向有关.B= 中 F 的含义是电流在该处所受的最大磁场力.安培力是学习磁电式仪表的工作原理和推导洛伦兹力公式的基础.安培力是实际应用中很重要的一种力, 广泛用于电动机、发电机、继电器等多种设备中.因此,学好本节内容很重要.课本从磁感应强度 B 的物理意义引出载
3、流导线与磁场垂直时所受安培力公式 F=BIL.应该强调 F=BIL 的适用条件是 :匀强磁场、直线电流方向与磁场方向垂直,当磁场是非匀强磁场时,通电导线要取得足够短.安培力的方向可以用左手定则来判断.应用左手定则的条件是:电流方向垂直磁场方向.应使学生明确:安培力方向总垂直磁场方向和电流方向是普遍规律. 教学目标一、知识目标1.理解磁感应强度 B 的定义，知道 B 的单位是特斯拉.2.会用磁感应强度的定义式进行有关计算.3.知道用磁感线的疏密程度可以形象地表示磁感应强度的大小.4.知道什么叫匀强磁场，知道匀强磁场的磁感线是分布均匀的平行线.5.知道什么是安培力.知道电流方向与磁场方向平行时，电
4、流受的安培力最小，等于零；电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大，等于 BIL.6.会用公式 F=BIL 解答有关问题 .7.知道左手定则的内容，并会用它解答有关问题.二、能力目标1.通过实验现象的分析,掌握新概念 ,培养学生观察、思考、归纳的逻辑思维能力.2.使学生学会类比法、用比值定义物理量的方法是常见的物理方法.三、德育目标培养学生辩证唯物主义观点和实践第一的观点. 教学重点1.磁感应强度概念的建立.2.安培力的计算.教学难点磁感应强度概念的建立.教学方法对比法、实验法、分析法.教学用具蹄形磁铁、电源、金属杆、导线、铁架台、投影仪、投影片.课时安排1 课时教学过程一、引入新课师通过
5、上节课的学习，我们明确了磁场的起源，规定了磁场方向，引入磁感线，形象地描述了磁场，掌握了运用安培定则确定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向等知识. 磁场和电场一样都是物质.我们在电场一章研究了电场最基本的特性及描述这一基本特性的物理量.这一节我们将按照研究电场特性类似的思路来研究磁场的特性.为此,请同学们先回答两个问题.问题 1电场最基本的特性是什么 ?在物理学中用哪个物理量描述这一特性?说出它的定义, 写出它的定义式.生电场最基本的特性是它对放入其中的电荷发生力的作用.物理学中用电场强度这个物理量描述这一特性.它的定义是放入电场中某点的电荷受到的电场力跟它的电荷量的比值,叫做这一点的电
6、场强度.它的定义式是 E= .qF问题 2比值 F/q 描述了电场的强弱,你是怎样理解的?生对电场中某点,F/q 是一个恒量 ,它等于单位电荷在该点受到的电场力;对电场中不同点,比值 F/q 一般不同 .因此, 知道了电场强度就可以知道任意电荷在电场中各点受到的电场力.比值 F/q 越大, 单位电荷在该点受到的电场力越大 ,这一点的电场强度越大,电场就越强.师磁场的基本特性是对放入其中的电流有力的作用,这个力叫安培力.研究磁场和研究电场相类似, 如果我们能知道放在磁场任何一处的任何电流的受力情况,这个磁场就研究清楚了, 研究方法先从实验入手 .二、新课教学1.安培力的大小 磁感应强度演示在磁场
7、中通电导体受到安培力的作用. 如图所示，三块相同的蹄形磁铁并列放置，可以认为磁极间的磁场是均匀的，将一根直导线悬挂在磁铁的两极间，有电流通过时导线将摆动一个角度，通过这个角度我们可以比较安培力的大小.步骤 1先接通“2、3 ”，保持导线通电部分的长度不变,改变电流的大小.生通电导线长度一定时,电流越大, 导线所受安培力就越大.步骤 2保持电流不变,改变导线通电部分的长度.分别接通 “2、3”和“1、4 ”.生电流一定时,通电导线越长, 安培力越大.师精确的实验表明,当通电导线跟磁场的方向垂直时,通电导线在磁场中受到的安培力的大小,既与导线的长度 L 成正比, 又与导线中的电流 I 成正比, 即
8、与 I 和 L 的乘积 IL 成正比,用公式表示为 F=BIL 或者 B= I师进一步实验表明,在给定的磁场某处当通电导线跟磁场方向垂直时,都有比值 =恒ILF量.那么 ,这个恒量也就可以用来描述磁场的强弱了.在研究电场时,电场各点的比值 F/q 均为恒量,表明比值 F/q 是由电场决定的 .那么, 在磁场各处比值 F/IL 均为恒量,这个比值是由谁决定的呢?生比值 F/IL 是由磁场决定的.师比值 F/q 的物理意义是单位电荷在电场中某点受到的电场力. 那么, 的物理意义IL是什么呢?生某处垂直于磁场方向、长 1 m 的导线通过 1 A 电流时受到的力 .师对电场中不同点,比值 F/q 一般
9、不同, 比值的大小可以表示电场的强弱,对于磁场的不同地方,比值 F/IL 一般也不同 ,应该怎样理解呢?生比值 F/IL 可以表示磁场的强弱.比值大, 表明磁场强 ;比值小, 表明磁场弱.师(1)介绍磁感应强度的定义.在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的安培力 F 跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值叫做磁感应强度.(2)磁感应强度的定义式:B= ILF(3)磁感应强度的单位:在国际单位制中, F 的单位是 N,I 的单位是 A,L 的单位是 m,B 的单位是 T.1 T=1 mAN师请说出 1 T 的物理意义.生在磁场中某处垂直于磁场方向、长 1 m 的导线中通以 1 A 的
10、电流,如果磁场对它施以 1 N 的力 ,通电导线所在处的磁感应强度是 1 T.师(1)介绍几种磁场的磁感应强度.地面附近地磁场的磁感应强度大约是 0.3104 T0.7104 T;永磁铁的磁极附近的磁感应强度大约是 103 T1 T;在电机和变压器的铁芯中, 磁感应强度可达 0.8 T1.4 T.(2)介绍磁感应强度的方向.磁感应强度是矢量.磁感应强度方向是这样规定的:磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向, 即通过该点的磁感线的切线方向.(3)电场强度的方向跟正电荷在该点的受力方向相同；磁感应强度的方向是通电导线在磁场中受力的方向吗?生不是.两者是垂直的.师介绍磁感线形象地描述磁场中
11、各点磁感应强度的方向和大小.在研究电场时,引入电场线形象地描述电场中各点场强的大小和方向.同样,我们可以从磁感线了解磁感应强度的大小和方向.在同一电场中,如何用电场线表示电场的强弱?生可以用电场线的疏密程度表示电场的强弱.电场线密,场强强;电场线疏,场强弱.师在同一磁场中,如何用磁感线表示磁感应强度的大小?生在同一磁场的磁感线分布图上,磁感线越密的地方,表示那里的磁感应强度大.师(1)介绍匀强磁场 .如果磁场的某一区域里,磁感应强度的大小和方向处处相同,这个区域的磁场叫做匀强磁场.(2)介绍匀强磁场的产生方法.距离很近的两个异名磁极之间的磁场;通电螺线管内部的磁场.(3)匀强磁场的磁感线特点.
12、匀强磁场的磁感线是间距相等的平行线.师介绍安培力的大小.在匀强磁场中,在通电直导线与磁场方向垂直的情况下, 电流所受的安培力 F 等于磁感应强度 B、电流 I 和导线长度 L 三者的乘积.写成公式为F=BIL请同学们思考:该公式的适用条件是什么?生通电导线与磁场方向垂直,磁场为匀强磁场.师该公式对非匀强磁场也适用,在这种情况下通电导线要取得足够短.2.安培力的方向师安培力的方向与什么因素有关呢?演示在刚才的实验中,改变电流的方向, 观察发生了什么现象?生导线向相反的方向运动,表明安培力的方向跟电流的方向有关.师调换磁铁两极的位置来改变磁场方向,观察发生了什么现象?生导线向相反的方向运动,表明安
13、培力的方向跟磁场的方向有关.师实验表明,安培力的方向既跟磁场方向垂直, 又跟电流方向垂直,即安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.安培力的方向可以用左手定则来判断.投影左手定则.伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直, 并且都跟手掌在一个平面内,把手放入磁场中, 让磁感线垂直穿入手心,并使伸开的四指指向电流的方向.那么,大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.三、小结通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：1.磁感应强度的概念、定义式、单位、方向.2.匀强磁场的定义、产生方法及磁感线特点.3.安培力的定义、定义式、方向.四、作业(1)练习四、(4) (5) (6) (
14、7)(2)阅读本节教材五、板书设计六、本节优化训练设计1.一根长为 0.2 m 的电流为 2 A 的通电导线，放在磁感应强度为 0.5 T 的匀强磁场中，受到的安培力大小可能是A.0.4 N B.0.2 NC.0.1 N D.02.两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中 AB 固定，CD 可自由活动，当通以如图所示的电流后，CD 导线将A.顺时针方向转动，同时靠近 ABB.逆时针方向转动，同时离开 ABC.顺时针方向转动，同时离开 ABD.逆时针方向转动，同时靠近 AB3.质量为 m 的通电细杆 ab 置于倾角为 的导轨上，导轨宽度为 d，杆 ab 与导轨间的动摩擦因数为 k,有电流时， a
15、b 恰好在导轨上静止，如左下图所示.它的四个侧视图中标出四种可能的匀强磁场方向，其中杆 ab 与导轨之间的摩擦力可能为零的图是_.4.下列说法正确的是A.电荷处在电场强度为零的地方，受到的电场力一定为零B.一小段通电导线放在磁感应强度为零的地方，受到的磁场力一定为零C.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度为零D.电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场为零5.要使置于匀强磁场中通电导线所受的安培力增大，可采用以下方法A.增强磁场的磁感应强度B.在垂直于磁感线的平面内旋转导线C.增大电流强度D.在平行磁力线的平面内旋转导线参考答案：1.解析：安培力的大小与 I 和 B 的夹角有关
16、，当 =90时，F=BIL=0.2 N; =0时，F=0，故 F 大小的范围是 0F2 N，故正确选项应为 B、C、D.答案：BCD2.解析：在 CD 上取两点 P、 Q 关于 AB 对称，分析 P、Q 两点所受安培力方向，即可作出判定.答案：D3.解析：在 A 图中杆除受重力 mg 与支持力 N 外，安培力 F 方向水平向右，若Fcos =mgsin ,则摩擦力 f 可以为 0.在 B 图中，杆重力 mg 竖直向下，安培力 F 方向竖直向上，若 F=mg,则 N=0，f 也必定为零.在 C 图中，安培力 F 与重力 G 同向，则f=(F+G)sin 0在 D 图中，安培力 F 水平向左f=Gsin +Fcos 0答案：AB4.解析：由 F=qE,若 E=0，则 F=0，所以 A 正确.由 F=BIL，B=0 可得 F=0，所以 B 正确.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则可能是磁感应强度为零或导线中电流方向和磁感应强度方向平行，所以 C 错.电荷在某处不受电场力作用，则该处电场强度一定为零，D 正确.答案：ABD5.解析：据安培力大小计算式及下面图示分析得解其他条件不变，只在垂直于磁力线的平面内旋转导线，安培力大小不变，如图甲分析.其他条件不变，只在平行磁力线的平面内旋转导线，安培力大小发生变化，如图乙分析.答案：ACD
