高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 3 探究安培力导学案 沪科版选修.doc

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1、学案3　探究安培力[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.一、安培力的方向[问题设计]按照如图1所示进行实验.图1(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？(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　(1)导线受力的方向改变；(2)导线受力的方向改变；安培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手定则.[要点提炼]1.安培

2、力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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.如图2所示：图2说明：(1)F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面.(2)磁场方向和电流方向不一定垂直.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.2.判断电流的磁场方向用安培定则(右手螺旋定则)，确定通电导体在磁场中的受力方向用左手定则.[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

3、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　有力的作用，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.二、安培力的大小[问题设计]1.阅读教材，了解电流天平的结构、原理和使用方法，制订实验方案，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？(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？(3)通电导线受力与哪些因素有关？答案　(1)电流越大，导

4、线受力越大.(2)通电导线越长，导线受力越大.(3)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F＝kBIL，式中k为比例系数，国际单位制中，k＝1，F＝BIL.2.当导线与磁场方向的夹角为θ时，如图3所示，如何计算导线所受作用力的大小？图3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F＝BILsinθ.[要点提炼]1.安培力大小的计算公式F＝BILsinθ，θ为磁感应强度方向与导线方向的夹角.(1)当θ＝90°，即B与I垂直时，

5、F＝BIL；(2)当θ＝0°即B与I平行时，F＝0.2.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4所示)；相应的电流沿L由始端流向末端.图43.磁感应强度的另一种定义方法：在磁场中垂直于磁场方向放置一小段通电导线，导线所受安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做导线所在处的磁感应强度，即B＝.一、安培力的大小和方向例1　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如图5所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的方向如何？大小是多少？图5解析　A图中，由左手定则可判断出导线

6、所受安培力的方向为垂直纸面向外，因导线不和磁场垂直，故将导线投影到垂直磁场方向上，导线所受安培力的大小为F＝BILcosθ；B图中，由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直导线斜向左上方，因导线和磁场方向垂直，导线所受安培力大小为F＝BIL;C图中，由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为垂直导线斜向左上方，因导线和磁场方向垂直，故导线所受安培力大小为F＝BIL；D图中，由左手定则可判断出导线所受安培力的方向为水平向右，导线所受安培力大小为F＝BIL.答案　垂直纸面向外，BILcosθ；垂直导线斜向左上方，BIL；垂直导线斜向左上方，BIL；水

7、平向右，BIL.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.解析　A图中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L，故FB＝BIL；同理，C图是半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为2R，FC＝2BIR；D图中，将导线接通形成闭合线圈，则ab和bc两段导线受力与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，FD＝0.答案　FA＝0，FB

8、＝BIL，FC＝2BIR，FD＝0.规律总结　(1)判断安培力的方向，要先明确磁场的方向和电流的方向，用左手定则判断，不要