高中物理教科版选修3-1：第三章 磁场 学案2

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1、学案2　磁场对通电导线的作用——安培力[学习目标定位]1.知道安培力的定义，会用F＝ILB计算B与I垂直情况下的安培力.2.会用左手定则判断安培力的方向.3.知道电动机的工作原理.4.体会控制变量法在科学研究中的作用．一、安培力1．磁场对通电导线的作用力称为安培力．(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，磁场对通电导线的安培力的大小与导线长度和电流大小都成正比，比例系数用B表示(B与导线所在位置的磁场强弱有关)，公式F＝ILB.2．左手定则：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四

2、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，四指指向沿电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向(如图1所示)．图1二、电动机—安培力的重要应用1．安培力的一个最重要应用是为电动机的发明提供了理论支持．2．直流电动机由磁场(磁体)、转动线圈、滑环、电刷及电源组成．当通电后，线圈受到安培力作用就在磁场中旋转起来．一、安培力[问题设计]如图2所示的实验电路图中，当开关断开时弹簧测力计的读数为F0.图2(1)接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I1.观察并记录弹簧测力计此时的读数F1.想一想，F1

3、－F0的物理意义是什么？(2)继续调节滑动变阻器使电流表读数为I2，I3，…，In，且逐渐增大，记录下弹簧测力计相应的读数F2，F3，…，Fn，并计算F2－F0，F3－F0，…，Fn－F0，你发现了什么？(3)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，重复过程(2)你从中又会发现什么？答案　(1)F1－F0是通电导线受到的磁场的作用力．(2)发现随着电流的增大，F2－F0，F3－F0，…，Fn－F0也逐渐增大．(3)加了一块磁铁相当于在磁场中的导线长度增加了．在电

4、流In相同的情况下Fn－F0也增加．综合来看：通电导线与磁场垂直时，磁场对电流的作用力大小与导线的长度及电流都成正比．[要点提炼]1．安培力的大小(1)当通电导线与磁场方向垂直时，安培力大小F＝BIL，其中B为比例系数(即下一节要学到的磁感应强度)，与导线所在位置的磁场强弱有关．(2)当通电导线与磁场方向平行时，安培力F＝0.2．安培力的方向(1)安培力方向、磁场方向、电流方向三者之间满足左手定则．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

5、掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心．[延伸思考]　将通电直导线放入磁场，磁场就会对通电直导线有安培力的作用．如果有两条相互平行、距离很近的通电直导线，如图3所示，观察、分析所发生的现象，并在图4中标出导线所受安培力的方向．　　　　图3　　　　　　　　　　图4答案　若两直导线通入异向电流则相互排斥，通入同向电流则相互吸引．在(a)图中，由安培定则判断，I1电流产生的磁场在I2位置的方向向上，再由左手定则判断I2受到的安培力方向水平向右，同理可判断I2产生的磁场对I1的安培力水平向左，故两导线相互排斥，受力如图所示．同理可

6、判断(b)中I1、I2相互吸引，受力如图所示．二、电动机——安培力的重要应用[问题设计]如图5是一个直流电动机的工作模型，它由磁场(磁体)、转动线圈、滑环、电刷及电源组成．图5(1)甲图中线圈所在位置各边受力方向如何？乙图中呢？(2)滑环的作用是什么？答案　(1)由左手定则可判断，甲图中与滑环A连接的一边受安培力向下，与滑环B连接的一边受安培力向上，这两个力的作用使线圈在磁场中顺时针转动(从滑环向里看)．同理可判断，乙图中与滑环A连接的一边受安培力向上，与滑环B连接的一边受安培力向下，两个力的效果仍然是使线圈在磁场中

7、顺时针转动．(2)滑环起到了一个换向器的作用，这样就可保证线圈受到的安培力使线圈向一个方向旋转．[要点提炼]1．电动机由磁场(磁体)、转动线圈、滑环、电刷及电源组成．2．当给电动机通电后，线圈受到安培力作用，线圈在磁场中旋转起来．3．电动机有直流电动机和交流电动机．一、对安培力方向的判定例1　画出图6中通电导体棒ab所受的安培力的方向(图中箭头方向为磁感线的方向)．图6解析　题目所给的图是立体图，如果直接把ab棒受到的安培力画在立体图上则较为抽象．为了直观，一般画成平面图，图中的各个图从外向内看的正视平面图如图所示(

8、此时导体ab是一个横截面图，○×表示电流向里，○·表示电流向外)，题图甲中，I与B决定的平面是与纸面垂直的竖直面，安培力方向与这个平面垂直，由左手定则知，安培力的方向为水平向右；题图乙中，I与B决定的平面是与水平方向成θ角的垂直纸面的平面，安培力方向与这个平面垂直，指向右下方；题图丙中，I和B决定的平面是垂直斜面的平面，安培力方向与斜面平行，指