【物理】3.3《探究安培力》课件(粤教版选修3-1)

第三章 磁场
第三节 探究安培力
现在我们的生活中到处都有家用电器的身影，如：洗衣机、 电风扇、电动车等。这些电器中都有电动机，通电后就会转动 工作，你知道它们的工作原理吗？
一、安培力
通电导线在磁场中受到的作用力称为 安培力，是为了纪念安培而命名的。
麦克斯韦称赞安培的工作是“科学 上最光辉的成就之一，还把安培誉 为“电学中的牛顿”。
1. 如图所示，将通电导线圆环平行于纸面缓慢地坚直向下放入
水平方向垂直纸面各里的匀强磁场中,则在通电圆环完全进入磁
场的过程中，所受的安培力大小变化是 ( B )
A. 逐渐变大
B. 先变大后变小
I
C. 逐渐变小
D. 先变小后变大
B
垂直于 B、I 决定的平面 方向
判断：左手定则
B 与 I 垂直： F = ILB
三、安培力的大小
1. 大小：当导线方向与磁场方向垂直时，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。
2. 公式：F = BIL
（1）当 I⊥B 且磁场为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大。
（2）当导线方向与磁场方向一致时(即 I∥B )，电流所受的安
培力最小，等于零。 （3）当导线方向与磁场方向 成 θ 角时，所受 安培力介于最大值和最小值之间：F安 = BILsin θ
I
B
B∥ θ B⊥
对公式 F = BIL 的理解
1. B 垂直于 I ，匀强磁场，直导线。 2. 不垂直变垂直(分解 B，或投影 L )。 3. 弯曲导线变成直导线L是有效长度，不一定是导线实际长度。
若是弯曲导线，可视为起点到终点的一条通电直导线。

A. 0.3N
C. 0.1N
B. 0.2N
D. 0
答案：BCD
探究安培力 小结
方向 安 培 力 左手定则
磁场的定量描述
大小F=BILsinθ
磁感应强度
课后作业
①对比安培力与电场力
②对比磁感应强度与电场强度
磁 通 量
【定义】在磁感应强度为B的 匀强磁场中，有一个与磁场方 向垂直面积为S的平面，则磁 感应强度B与面积S的乘积叫做 磁通量，简称磁通。 【定义式】Φ=BS 【单位】 韦（伯） Wb 【性质】标量，但有正负。 1Wb＝1T· m2
I
I
I
I
一、安培力的方向
I
I
I
左手定则
磁场对导线 作用力为零
左手定则
【习题1】
画出图中直导线受到的安培力方向
×
F
F F
F
【注意】不管电流方向与磁场方向是否垂直，安培力的 方向总是垂直于电流方向与磁场方向所确定的平面,即总 有F⊥I和F⊥B
【习题2】
单选题
下面的各图显示了磁场对通电直导线的作用，其中正确的是（）
②不同的磁场中，比值F/IL一般是不同的；
磁感应强度
定义：物理学规定，通电导线与磁场方向垂直
时，通电导线所受的安培力F与跟电流I和导线
长度L的乘积IL的比值。（用B表示）
F 定义式： B IL
（比值定义）
磁感应强度 单位：特斯拉，简称特，符号T， 1T=1N/Am
性质：由磁场本身决定；矢量，方向与磁场的 方向相同。 物理意义：描述磁场强弱和方向的物理量。
x x x
x
I
x 60°
x
x
x
x

答：这种提法不对.因为实 验证明，F和IL的乘积成正 比，故比值（F/IL）在磁场 中某处是一个恒量，它反映 了磁场本身的特性，不随F 及IL的变化而变化.
新课教学
三、匀强磁场 1、磁场强弱、方向处处相同 的磁场 2、匀强磁场的磁感线：是一 组相互平行、方向相同、疏密 均匀的直线
相互平行 方向相同
典例精析
例3．如图1所示，垂直折线abc中通入I的电流。ab=bc=L，折线所在 平面与匀强磁感强度B垂直.abc受安培力等时效计，于算La安是c（培指通力导有的线a大→在小c垂的电流I ）所受安培力，即F1=______，方向同样由直等磁效场电方流向ac判上定的为有在纸面内 垂直于ac斜向上，同理可以推知： 如图2所示，半效圆长形度通电导线受安
若某一空间同时存在几个磁场，空 间的磁场应由这几个磁场叠加而成， 某点的磁感应强度为B，则有： B=B1+B2+B3……（矢量和） ，用 平行四边形法则运算
问题思考
思考：有人根据B=F/IL提出： 磁场中某点的磁感应强度B跟磁 场力F成正比，跟电流强度I和 导线长度L的乘积IL成反比，这 种提法有对吗？若不对错在哪 里？
0.6×0.4×cos 60°Wb＝0.12 Wb.
课堂练习
1、下列说法中错误的是（ AD ）
导线与磁场 是否垂直？
A．磁场中某处的磁感应强度大小，就是通以电流I、长为L的一小段
导线放在该处时所受磁场力F与I、L的乘积的比值
导线与磁场平 行时不受力
B．一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处可能没有磁场
表示磁通量。
2、在匀强磁场中，公式为 Φ=BS⊥
（S⊥表示某一面积在垂直于磁场方向上 求该面积在垂直
的投影面积）．

答案：ABC
知识点三 磁通量 提炼知识 1．定义：匀强磁场中磁感应强度 B 和与磁场方向垂 直的平面面积 S 的乘积，即 Φ＝BS． 2．拓展：磁场 B 与研究的平面不垂直时，这个面在 垂直于磁场 B 方向的投影面积 S′与 B 的乘积表示磁通量． 3．单位：国际单位制中单位是韦伯，简称韦，符号 是 Wb，1 Wb＝1 T·m2．
2．电流方向、磁场方向和安培力方向三者的因果关 系．
(1)电流方向和磁场方向间没有必然联系，这两个方 向的关系是不的方向是 唯一的．
4．引申：B＝ΦS ，表示磁感应强度等于穿过单位面积 的磁通量，因此磁感应强度 B 又叫磁通密度．
判断正误 (1)磁通量有正负之分，所以是矢量．(×) (2)某个区域磁感应强度大，穿过某一回路的磁通量 一定大．(×) (3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯．(√)
小试身手 3．如图所示，S1 与 S2 分别是半径为 r1 和 r2 的同心 导体圆环，磁感应强度为 B 的匀强磁场的方向与环面垂 直，范围以 S1 为边界，则穿过环 S1 的磁通量为________， 穿过环 S2 的磁通量为________．
B( )
C( )
D( )
答案：A.× B．× C．√ D．×
小试身手 1．一根容易形变的弹性导线，两端固定．导线中通 有电流，方向如图中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直 线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸 面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的 是( )
解析：根据左手定则可判断出 A 图中导线所受安培 力为零，B 图中导线所受安培力垂直纸面向里，C、D 图 中导线所受安培力向右，由导线受力以后的弯曲方向与 受力方向的关系可知，D 图正确．
关计算.
定义式进行有关计算

折成边长相等，夹角为 60 °的 V形，并置于与
其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度 为B，当在该导线中通以电流大小为I的电流时,
该V形通电导线受到的安培力大小为(
A．0 C．BIl B．0.5BIl D．2BIl
)
图3－3－10
解析：选C.V形导线两部分的受力情况如图所
示，其中F＝BIl，V形导线所受的安培力为这
要点3
安培力的大小
学案导引 1．公式F＝BIL在任何条件下都适用吗？ 2．公式F＝BIL中，L是导线的实际长度吗？
1．公式 F＝ BIL中 L指的是“有效长度”．当 B 与 I 垂直时， F 最大， F ＝ BIL ；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3－3－7；相应的电流沿L 由始端流向末端．
图3－3－7
3.若磁场和电流成θ角时,如图3－3－8所示． 可以将磁感应强度B正交分解成B⊥＝Bsinθ和
B∥＝Bcosθ，而B∥对电流是没有作用的．
F＝ILB⊥＝ILBsinθ，即F＝ILBsinθ.
图3－3－8
特别提醒：(1)由公式F＝ILBsinθ中θ是B和I方
向的夹角,不能盲目应用题目中所给的夹角 , 要 根据具体情况进行分析． (2) 公式 F ＝ IBLsinθ 中的 Lsinθ 也可以理解为垂 直于磁场方向的“有效长度”． (3)用公式计算安培力适用于电流处于匀强磁 场中．流的直导
线放入一匀强磁场中,电流与磁场的方向如图3
－3－9所示，已知磁感应强度为1 T．试求出
下列各图中导线所受安培力的大小和方向．
图3－3－9
【审题指导】
解答本题应把握两点：
(1)由左手定则判定安培力的方向．

实验与探究——安培力的方向1
+
-
I
F
实验与探究——安培力的方向2
-F
I
+
实验与探究——安培力的方向3
S
-
NI
F
+
实验与探究——安培力的方向4
S
+
F
N
-
实验与探究——安培力的方向
次数 磁场方向 电流方向 安培力方向 示意图
1
垂直于纸
BF
向下 面向外 水平向右
2
垂直于
FB
纸面 水平向左
3
向里 水平向右
B
F
向上
4
垂直于纸
FB
面向外 水平向左
实验与探究——安培力的方向
结论： 安培力方向既与磁场方向垂直，也与电
流方向垂直。
左手定则——安培力方向的判断
F
I
I
F
IF
I
F
实验与探究——安培力的大小
➢猜想：安 培力的大小 与哪些因素 有关？
1、电流的大小； 2、通电导线的长度； 3、磁场的强弱； 4、磁场方向与电流 方向关系；
实验2：当电流一定时， 安培力与通电导线的长 度关系？
Байду номын сангаас
实验与探究——定量研究
实验与探究——定量研究
实验与探究——定量研究
【实验结论】
F∝IL
课堂练习——左手定则的应用
F× × × ×
××××
I
××××
××××
NS
I
受力垂直 纸面向外
I
相互吸引
实验与探究——定性研究
实验1：当通电导线长 度一定时，安培力与 电流的关系？

知识拓展1
I
I
F F
第八页，编辑于星期五：十一点 二分。
题中力，磁场，电流三者方向相垂直
F
1
I
I
2
I
3
F
F=0
I
4
第九页，编辑于星期五：十一点 二分。
知识拓展2
1.电流方向、 2.假设电流方 磁场方向和 向与磁场方 安培力方向 向平行，那 两两垂直。 么通电导线
不受安培力 作用。
第十页，编辑于星期五：十一点 二分。
第二十页，编辑于星期五：十一点 二分。
练习1(判断安培力方向)
（1）
B
（2）
第二十一页，编辑于星期五：十一点 二分。
课堂练习(判断电流方向)
F
（3）
第二十二页，编辑于星期五：十一点 二分。
3、磁通量
定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场 中，有一个面积为S且与磁场方向垂直 的平面，磁感应强度B与面积S的乘积
为什么同向电流相吸，异向电流相斥
电流1
磁场
电流2
第十一页，编辑于星期五：十一点 二分。
2.安培力的大小 探究实验
改变电流大小，观察导体摆动幅度
改变导线长度，观察导体摆动幅度
实验次数 1
I/A
I
L
3L
F安
F
2
3
3I
3I
3L
2L3F2F第十二页，编辑于星期五：十一点 二分。
2.安培力的大小
结论：通电导线在同一磁场中受到
第四页，编辑于星期五：十一点 二分。
§3.3 探究安培力
磁场对电流的作用力称为安培力
探究实验
1、探究安培力的方向
2、探究安培力的大小

区域的磁场叫做匀强磁场。
B B
当电流与磁场平行时 , F=0 当电流与磁场成一定夹角时 , 0<F<BIL
例题1：请判断下列说法是否正确
1.根据B=F/IL,磁感应强度随着通电导线的电流增大而减小 2.若B=0，则安培力也为零 3.若通电导线受到的安培力为零，则B也为零 4.B的方向与小磁针受力方向相同 5.B的方向与通电导线所受安培力方向相同
磁场掌心进 四指电流 拇指力
练习：请判断出下图安培力的方向
I
B
二、安培力的大小
【猜想】影响安培力大小的因素
①磁场的强弱 ②电流的大小 ③电流的长度
二、安培力的大小
I
I
F
F
I
F
I
电子天平
二、安培力的大小
实验结论：在磁场一定的情况下
F ∝IL
F
F2
(2) (1)
F1
0
IL
IL
思考：图象中的斜率反映怎样的物理意义？
3.3 探究安培力
安培力——磁场对电流的作用力
一、安培力的方向
【猜想】安培力的方向与哪些因素有关？
实 验 验 证
一、安培力的方向
左手定则——伸开左手，使拇指 与四指在同一个平面内并跟四指 垂直，让磁感线垂直穿入手心， 使四指指向电流的方向，这时拇 指所指的就是通电导体所受安培 力的方向。
口诀：
例题2：地磁场可视为沿南北方向的匀强磁场，磁感应强度的
大小为 5.0 105T .假设在赤道上沿东西方向水平放置一根
长为10m的直导线，其中通有从西向东的电流2.0A. 求:地磁场对这根导线的安培力有多大？方向如何？
北
B
西
I

小试身手
2．(多选)电流表(指针受力发生偏转)就是利用安培力的பைடு நூலகம்
原理，现要使指针偏转角度增大，可以( )
A．增大电流
B．减小电流
C．增强电流表内部的磁场 D．减小电流表内部的磁场
解析：电流表的指针偏转是通电线圈在磁场中受到安培
力的作用，使其产生力矩，从而偏转．当偏转增大时，则安
培力要增大．只有当增大电流，或增强内部的磁场时，才能
2．工作原理． 直流电动机是利用线圈在磁场中受力转动的原理制 成的．它把电能转化为机械能．给矩形线圈通电后，线 圈便在磁力矩作用下绕轴转动． 3．直流电动机的起动力矩大，容易调整，广泛应用 在电车、电力机车、矿井提升机等起重设备中．
【典例 1】 如图所示，电动机模型的 矩形线圈长边的长为 5 cm，共 20 匝，通入 1 A 电流，磁场的磁感应强度是 0.5 T(当作匀 强磁场考虑)，线圈长边一侧受到的最大安培力是多少？ 如果通入 2 A 的电流呢？
2．电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布 的：所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈 处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零 度．该磁场并非匀强磁场，但在以铁芯为中心的圆上， 各点的磁感应强度 B 的大小是相等的．
3．电流表的工作原理． 如下图所示，矩形线框两条边所受安培力大小相等， 方向相反，大小为 F＝BIL，但两力不在一条直线上，两 个力形成一对力偶，设两力间距为 d，则安培力矩 M＝ Fd＝BILd＝BIS(其中 S 为线圈面积)．由于线圈由 N 匝串 联而成，所以线框所受力矩应为 M1＝NBIS，电流表内的 弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩，已知弹簧产生的弹性 力矩 M2 与指针的偏转角度 θ 成正比，即 M2＝kθ(其中 k 由弹簧决定)，当 M1＝M2 时，线圈就停在某一偏角 θ 上， 固定在转轴上的指针也转过同样的偏角 θ，并指示刻度盘 上的某一刻度，从刻度的指示数就可以测得电流大小．

D．磁铁 N 极向外转，悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力
【解析】 由条形磁铁的磁场分布，并由左手定则，可知导线左半部分受 到安培力方向垂直纸面向外，右半部分安培力方向垂直纸面向里，由牛顿第三 定律得磁铁左半部分受到安培力方向垂直纸面向里，右半部分安培力方向垂直 纸面向外，因此条形磁铁 N 极向里转．当转过 90°时导线受力竖直向上，则磁铁 受力竖直向下，导致悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力，故 C 正确．
图 3-3-1
[再判断] 1．安培力的方向一定与电流方向、磁场方向均垂直．(√ ) 2．只有电流方向与磁场方向垂直时，通电导线才受安培力的作用．( × )
[后思考] 试分析两通电直导线间安培力的方向． 【提示】 根据左手定则可判断，当电流方向相同时，吸引；当电流方向 相反时，排斥．
[合作探讨]
线的方向
的磁场力的方向
的方向
3.安培力作用下导体运动方向的五种判断方法 把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受
电流 安培力的方向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定
元法 导线运动方向 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多
等效法 个环形电流(反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作 用规律判断
【答案】 C
左手定则应用的两个要点 (1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方 向，所以应用左手定则时，必须使拇指指向与四指指向和磁场方 向均垂直． (2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁场方向不 一定垂直穿入手掌，可能与四指方向成某一夹角，但四指一定要 指向电流方向．
安培力的大小及磁感应强度
特殊位 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培 置法 力的方向，从而确定其运动方向