第3章 2 磁场对通电导线的作用——安培力-2021-2022学年高中物理选修3-1【名师导航】同步Word教参(教科版)

2　磁场对通电导线的作用——安培力 [学习目标]　1.[科学探究]通过实验探究知道安培力大小的决定因素．　2.[科学思维]会用F＝ILB计算B与I垂直情况下的安培力．　3.[物理观念]掌握左手定则，并会用它判定安培力的方向．　4.[物理观念]知道电动机的工作原理． 一、安培力 1．探究磁场对通电导线的作用 (1)实验原理：将通电导线置于磁场中，它将受到力的作用．取一蹄形磁铁，认为它的两极间的磁场均匀，将一通电线框置于蹄形磁铁的两极间：①电流的大小可以由滑动变阻器调节．②通电导线在磁场中的长度可由并用的磁铁数目改变．③安培力的大小可通过弹簧测力计的读数求出． (2)实验装置：如图所示． (3)实验器材：铁架台，蹄形磁体(2个)，线框，弹簧测力计，电流表，电源、滑动变阻器，开关，导线若干． (4)实验过程 ①按如图所示装置安装、连接实验器材，并使线框下端与磁场方向垂直． ②在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数F0. ③接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I1，记录弹簧测力计的读数F1. ④继续调节滑动变阻器使电流表读数为I2，I3，…，In，观察并记录弹簧测力计相应的读数F2，F3，…，Fn. ⑤分别计算出F1－F0，F2－F0，F3－F0，…，Fn－F0，并填入表格中． Ii/A Fi－F0/N ⑥列出Ii与Fi－F0(i＝1,2,3，…，n)的对应关系． ⑦紧挨着蹄形磁体再并排放上一个相同的蹄形磁体(相同的极性在同一侧)，仍保持线框的竖直边在磁场区外，重复③～⑥过程． (5)实验结论 ①当通电导线与磁场方向平行时，导线不受力． ②当通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线有力的作用，力的大小与导线中的电流、导线长度和磁场强弱有关．精确实验表明：通电导线与磁场方向垂直时，磁场对通电导线作用力的大小与导线长度和电流大小都成正比，比例系数与导线所在位置的磁场强弱有关． 2．安培力的大小和方向 (1)定义：磁场对通电导线的作用力． (2)公式：当通电导线与磁场方向垂直时F＝ILB. 式中比例系数B称为磁感应强度，单位为特(T)，下节将进一步介绍． (3)安培力方向的判定——左手定则 内容：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向，如图所示． 二、电动机——安培力的重要应用 1．直流电动机的工作原理 (1)直流电动机的构造 如图所示是一个直流电动机的工作模型，由磁场(磁 体)、转动线圈、滑环(两个半圆环A和B)、电刷及电源组成． (2)工作原理 当电流由半圆环A流入时，则从B流出；当电流由B流入时，则从A流出．因此，滑环在其中起了一个换向器的作用．当线圈通电后，由于受到安培力的作用，线圈在磁场中旋转起来． 2．电动机的分类 (1)直流电动机． (2)交流电动机． 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同． (×) (2)通电的导线在磁场中一定受安培力． (×) (3)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大． (×) (4)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． (√) (5)当导体在磁场中放置时，导体所受作用力为F＝IBL. (×) 2．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用，关于安培力的方向，下列说法中正确的是(　　) A．安培力的方向一定跟磁场的方向相同 B．安培力的方向一定跟磁场的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直 C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁场方向垂直 D．安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直 D　[由左手定则知安培力的方向既垂直于磁场又垂直于电流，即安培力垂直于磁场和电流决定的平面，B与I不一定垂直．] 3．如图所示，标出了磁场B的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是(　　) C　[由左手定则判断可知，C项正确．] 　安培力的大小和方向 一、安培力的大小 1．公式F＝ILB中L指的是“有效长度”．当B与I垂直时，F最大；当B与I平行时，F＝0. 2．弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端． 二、安培力的方向 1．安培力方向的特点 F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面． 2．当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过掌心． 3．注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系：安培力的方向总