高中物理第5章磁场与回旋加速器5.4探究安培力教案选修.docx

探究安培力一、教学目标 1理解磁感应强度的定义，知道的单位是特斯拉 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直线 5知道什么是安培力知道电流方向与磁场方向平行时，电流所受的安培力最小，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 6会用公式解答有关问题 7知道左手定则的内容，并会用它解答有关问题二、重点难点 重点：对磁感应强度的理解安培力大小的计算和方向判断难点：理解磁感应强度的概念磁场方向、电流方向和安培力方向三者的关系。三、教与学 教学过程： 磁场不仅具有方向性，而且各处的强弱也可能不同，靠近磁极或电流处的磁场较强，为了反映磁场的基本特性（具有力的性质），反映磁场不仅具有方向而且还有强弱，我们将引入一个叫做磁感应强度的物理量加以定量地描述 （一）磁感应强度 1磁场对电流的作用 【演示】利用控制变量法来演示通电的直导线在蹄形磁铁间的磁场（可以认为磁场是均匀的）中的受力跟哪些因素有关 （1）与电流的大小有关，精确实验表明 （2）与通电导线在磁场中的长度有关，精确实验表明 （3）与通电导线在磁场中放置的方向有关，导线与磁场间的夹角越接近90，F越大，当通电导线平行磁场放置时，；当通电导线垂直磁场放置时，F最大 归纳可得：在保持电流方向与磁场方向垂直时，通电导线所受的磁场对它的作用力安培力 2磁感应强度概念的引入 （1）在同一磁场中的某处，不管电流I、导线长度L怎样变但导线所受的安培力F跟IL的比值保持不变，对不同的磁场或磁场中的不同处，这一比值一般是不同的 （2）比值与放入的通电导线无关，反映了磁场本身的特性（力的性质），为了反映这一特性我们引入物理量磁感应强度B 3磁感应强度B 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（电流与磁场垂直）（引导学生将和作比较） （1）磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，跟磁场中是否存在通电导线无关 （2）B的大小表示磁场的强弱，B越大表示磁场越强 （3）单位：在国际单位制中是特斯拉，简称特，符号是T1T1N/Am （4）B是矢量 为了让B不仅能反映磁场的强弱，还能反映磁场具有方向性，我们把磁场中某一点的磁场方向定义为该点的磁感应强度的方向 这样磁感应强度B这一矢量就全面地反映了磁场的强弱和方向 （5）几个常见磁场B的大约值： 地面附近的磁场： 永磁铁磁极附近的磁场： 工作的电机和变压器铁芯中的磁场： 4磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线越密的地方表示磁感强度越大 5匀强磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场 （1）匀强磁场的实例：相距很近的两平行的异名磁极间的磁场；通电的长直螺线管内部（边缘部分除外）的磁场 （2）匀强磁场的磁感线分布是一组等间隔的平行线 （二）安培力 磁场对电流的作用力通常称为安培力 1安培力的大小由可得：安培力大小。 （1）适用条件：通电导线与磁场方向垂直 （2）B对于放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度 （3）在非匀强磁场中，公式仅适用于很短一段通电导线 在通电导线平行于磁场方向时，安培力 2安培力的方向 【演示】安培力的方向与电流方向、磁场方向均有关 （1）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 讨论：F既垂直于B，又垂直于I，是否可以得出B和I一定垂直？ （2）安培力方向的判定：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注意：安培力方向的判断跟电场力方向的判断不同【例1】关于磁感应强度，下列说法正确的是（）A由可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线中电流I的减小而增大B由可知：磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线所受的磁场力F的增大而增大C通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度不一定为零D放置在磁场中1m长的通电导线，通过1A的电流，受到的安培力为1N，则该处的磁感应强度就是1T 【解析】磁感应强度是反映磁场本身力的特性的物理量，与是否存在通电导线，电流的大小，导线的长度，导线的放置方向均无关通电导线在磁场中垂直磁场放置时所受的安培力最大，平行磁场放置时所受的安培力最小，等于零 正确选项为C【例2】如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是（） A直导线中的电流方向垂直纸面向里 Bb点的实际磁感应强度为T，方向斜向上，与B的夹角为45 Cc点的实际磁感应强度也为零 Dd点的实际磁感应强度跟b点的相同 【解析】磁感应强度是矢量，合成时遵循平行四边形定则： a点的实际磁感应强度为零，是直线电流在a处的磁感应强度跟匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为零，所以直线电流在a处的T，方向向左，由安培定则可得直导线中的电流方向垂直纸面向里，由于圆周上各点到直导线的距离相同，所以直线电流在圆周上各处的磁感应强度大小均为1T，但方向不同，在b处向上，在c处向右，在d处向下b、c、d三处的实际磁感应强度分别为T方向斜向右上方与B成45夹角；2T方向向右；T方向斜向右下方与B成45夹角 正确选项为AB【例3】如图所示，垂直折线abc中通入电流I，折线所在的平面与匀强磁场垂直匀强磁场的磁感应强度为B，求abc折线受到的安培力大小和方向 【解析】ab段所受的安培力大小为BIL，方向向右，bc段所受的安培力大小也为BIL，方向向上，所以这一折线所受的安培力大小为，方向沿ab和bc的角平分线向上 abc受到的安培力可等效于ac（图中的虚线，通有a到c的电流I）所受的安培力，这样直接可得方向按左手定则判断得垂直于ac向上【例4】质量为m，长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过NM的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成角斜向下，如图（a）所示，求棒MN所受的支持力和摩擦力（a） 【解析】求解此题时最容易误把角看成是导体棒与磁场之间的夹角，实际上尽管磁感线倾斜，但磁场方向与导体棒MN是垂直的正视题图，由