1.1 安培力（课件） -高二物理同步精品课堂（粤教版2019选择性必修第二册）

1.1 安培力 新粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册 第一章 在必修第三册中我们知道，磁场能够对通电导线产生作用力。为了纪念安培在该方面作出的杰出贡献，人们把磁场对通电导线的作用力称 为安培力(Ampère force)。 新课引入 安培1775 ─ 1836 用如图所示的装置进行实验，合上开关，当导体棒中有电流流过时，你会看到什么现象？ 现象：导体棒由静止开始滚动，表明它受到了安培力。 这个力的方向该如何判断？它的大小除了与磁感应强度有关外，还与哪些因素有关？ 安培力是一个矢量，既有大小又有方向。 利用如图所示装置进行实验，探究影响安培力方向的因素。 【思考问题】（1）根据磁感应强 度的定义式 ，猜想安培力 的方向可能与哪些因素有关？ 安培力的方向 安培力的方向与哪些因素有关呢？ 可能与磁感应强度B的方向和电流I的方向有关。 利用如图所示装置进行实验，探究影响安培力方向的因素。 （2）本实验用什么研究方法？ （3）如何用一个截面图来表示电流的方向？ 控制变量法 表示电流方向垂直纸面向里： 表示电流方向垂直纸面向外： ⊙ （4）电流方向与磁场方向垂直时，安培力的方向与电流方向及磁场方向有怎样的关系？它们之间存在怎样的规律？ 用如下表格记录实验结果： I I I I F F F F 安培力的方向 左手定则：伸开左手，使大拇指与四指垂直，且都与手掌在同一个平面内。让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流的方向，这时大拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 万箭穿心 仙人指路 一指乾坤 （1）安培力的方向既与电流的方向垂直，也与磁场方向垂直，即安培力的方向垂直于电流方向与磁场方向所决定的平面，但电流方向不一定与磁场方向垂直； （2）已知电流方向和磁场方向可以确定安培力的方向； （3）当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向与磁场方向所决定的平面，仍可以用左手定则判断安培力的方向。 安培力的方向 F F 在必修第三册中我们知道，两根通电直导线之间（如图所示）存在相互作用力。请根据安培定则和左手定则，分析在什么情况下这两根平行直导线会相互吸引，什么情况下这两根平行直导线会相互排斥。 F F F F 反向电流相互排斥 同向电流相互吸引 【课堂练习】垂直放在磁场中的通电导线如图放置，并已标明电流强度、磁感应强度、安培力三个量中的其中两个物理量的方向，试标出第三个物理量的方向 B F I F ╳ B B B F I F 【课堂练习】请在图中画出通电导体棒ab所受的安培力的方向。 磁场垂直水平面 磁场与水平面成 角 磁场垂直斜面 通电导线所受安培力的大小： 情境1：当通电导线与磁场方向平行时，如图（a）。 情境2：当通电直导线与磁场方向垂直时，如图（b）。 通电导线所受安培力的大小： 安培力的大小 （a） （b） 情境3：当通电导线中的电流方向与磁场方向既不垂直也不平行时，如图（c），我们应该如何计算安培力呢？ 一般情况下安培力的表达式： （c） 对表达式 的理解： （1）长度为 的导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式 仅适用于电流元； （2）公式中 为通电导线的有效长度。 （3）当通电导线受到几个安培力时，导线所受的安培力为这几个安培力的矢量和。 【例题】在如图所示实验中，两根固定的金属导轨间距离为L，处于蹄形磁铁两极中间的磁场可近似看成是匀强磁场，磁感应强度为B且垂直导轨平面，金属棒长度为l (L<l )，测得电路中电流大小为I。金属棒由于受到安培力作用而沿轨道向前滚动，忽略金属棒与导轨之间的摩擦。 （1）求此时金属棒受到的安培力。 （2）为了使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，同学们提出以下不同的建议： 同学甲：适当增加两导轨间的距离。 同学乙：换一根横截面积相同但更长 的金属棒。 同学丙：适当增大金属棒中的电流。 谁的建议可行？为什么？ 【例题】 根据同学丙的建议，适当增大金属棒中的电流I,则安培力F增大，速度v增大，该建议可行。 解：（1)由于金属棒与磁场方向垂直，故此时金属棒受到安培力的大小为F=BIL根据左手定则，如图1-1-6所示，可以判断出此时金属棒受到的安培力方向为水平向右。 根据同学乙的建议，换一根横截面积相同但更长的金属棒，虽然金属棒长度l增长，但金属棒在磁场中通有电流的有效长度即导轨间的距离L不变，安培力F不变，而金属棒质量m增大，速度v将变小，因此该建议不可行。 （2)由于金属棒受到的摩擦力忽略不计，设从开始滚动到离开导轨水平运动的距离为s,根据动能定理，有.根据同学甲的建议，适当增加两导轨间的距离（即增大L),则安培力F增大，因此最终离开导轨的速度v