高中物理人教大綱版第二冊(cè)：152 安培力、磁感應(yīng)強(qiáng)度1

1、第二節(jié) 安培力 磁感應(yīng)強(qiáng)度本節(jié)教材分析磁感應(yīng)強(qiáng)度是學(xué)習(xí)安培力和洛倫茲力的基礎(chǔ).磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量定量地描述了磁場(chǎng)的性質(zhì),跟定量描述電場(chǎng)性質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量一樣,也是電磁學(xué)中一個(gè)重要的基本概念.但是,磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量比電場(chǎng)強(qiáng)度矢量要復(fù)雜些,因?yàn)樗亩x式中包含的物理量比電場(chǎng)強(qiáng)度的多;它的方向也不跟磁場(chǎng)力的方向一致.這種復(fù)雜性是由磁場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的.為此,我們可以說明: (1)實(shí)驗(yàn)表明,電流在磁場(chǎng)中某處受力大小與電流的方向有關(guān),其中存在電流不受力的方向和受力最大的方向.研究磁場(chǎng)對(duì)電流作用力時(shí)要使電流方向與磁場(chǎng)方向垂直.(2)實(shí)驗(yàn)證明,同一電流放置到磁場(chǎng)中不同地方,一般說受力大小不同,反映了不同地方的磁場(chǎng)

2、強(qiáng)弱不同.(3)實(shí)驗(yàn)證明,在磁場(chǎng)中同一地方電流受的磁場(chǎng)力F與電流I成正比,與導(dǎo)線長(zhǎng)度L成正比,F與IL的比值為一常量.(4)實(shí)驗(yàn)證明,在磁場(chǎng)中不同地方F與IL的比值一般不同.(5)可用來描述某處磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,我們定義磁感應(yīng)強(qiáng)度B=.教學(xué)中應(yīng)該突出強(qiáng)調(diào)磁場(chǎng)力與電場(chǎng)力不同的特點(diǎn):磁場(chǎng)力的大小與電流的方向有關(guān).B=中F的含義是電流在該處所受的最大磁場(chǎng)力.安培力是學(xué)習(xí)磁電式儀表的工作原理和推導(dǎo)洛倫茲力公式的基礎(chǔ).安培力是實(shí)際應(yīng)用中很重要的一種力,廣泛用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、繼電器等多種設(shè)備中.因此,學(xué)好本節(jié)內(nèi)容很重要.課本從磁感應(yīng)強(qiáng)度B的物理意義引出載流導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí)所受安培力公式F=BIL.應(yīng)該強(qiáng)調(diào)F=

3、BIL的適用條件是:勻強(qiáng)磁場(chǎng)、直線電流方向與磁場(chǎng)方向垂直,當(dāng)磁場(chǎng)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),通電導(dǎo)線要取得足夠短.安培力的方向可以用左手定則來判斷.應(yīng)用左手定則的條件是:電流方向垂直磁場(chǎng)方向.應(yīng)使學(xué)生明確:安培力方向總垂直磁場(chǎng)方向和電流方向是普遍規(guī)律. 教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)B的定義，知道B的單位是特斯拉.2.會(huì)用磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.3.知道用磁感線的疏密程度可以形象地表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小.4.知道什么叫勻強(qiáng)磁場(chǎng)，知道勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是分布均勻的平行線.5.知道什么是安培力.知道電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，電流受的安培力最小，等于零；電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大，等于BIL.F=B

4、IL解答有關(guān)問題.7.知道左手定則的內(nèi)容，并會(huì)用它解答有關(guān)問題.二、能力目標(biāo)1.通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析,掌握新概念,培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、歸納的邏輯思維能力.2.使學(xué)生學(xué)會(huì)類比法、用比值定義物理量的方法是常見的物理方法.三、德育目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義觀點(diǎn)和實(shí)踐第一的觀點(diǎn). 教學(xué)重點(diǎn)1.磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建立.2.安培力的計(jì)算.教學(xué)難點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的建立.教學(xué)方法對(duì)比法、實(shí)驗(yàn)法、分析法.教學(xué)用具蹄形磁鐵、電源、金屬桿、導(dǎo)線、鐵架臺(tái)、投影儀、投影片.課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程一、引入新課師通過上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們明確了磁場(chǎng)的起源，規(guī)定了磁場(chǎng)方向，引入磁感線，形象地描述了磁場(chǎng)，掌握了運(yùn)用安培定則確定直線電流、

5、環(huán)形電流及通電螺線管的磁場(chǎng)方向等知識(shí).磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣都是物質(zhì).我們?cè)陔妶?chǎng)一章研究了電場(chǎng)最基本的特性及描述這一基本特性的物理量.這一節(jié)我們將按照研究電場(chǎng)特性類似的思路來研究磁場(chǎng)的特性.為此,請(qǐng)同學(xué)們先回答兩個(gè)問題.問題1電場(chǎng)最基本的特性是什么?在物理學(xué)中用哪個(gè)物理量描述這一特性?說出它的定義,寫出它的定義式.E=.問題2比值F/q描述了電場(chǎng)的強(qiáng)弱,你是怎樣理解的?生對(duì)電場(chǎng)中某點(diǎn),F/q是一個(gè)恒量,它等于單位電荷在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力;對(duì)電場(chǎng)中不同點(diǎn),比值F/qF/q越大,單位電荷在該點(diǎn)受到的電場(chǎng)力越大,這一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度越大,電場(chǎng)就越強(qiáng).師磁場(chǎng)的基本特性是對(duì)放入其中的電流有力的作用,這個(gè)力叫安培力.研

6、究磁場(chǎng)和研究電場(chǎng)相類似,如果我們能知道放在磁場(chǎng)任何一處的任何電流的受力情況,這個(gè)磁場(chǎng)就研究清楚了,研究方法先從實(shí)驗(yàn)入手.二、新課教學(xué)1.安培力的大小 磁感應(yīng)強(qiáng)度演示在磁場(chǎng)中通電導(dǎo)體受到安培力的作用. 如圖所示，三塊相同的蹄形磁鐵并列放置，可以認(rèn)為磁極間的磁場(chǎng)是均勻的，將一根直導(dǎo)線懸掛在磁鐵的兩極間，有電流通過時(shí)導(dǎo)線將擺動(dòng)一個(gè)角度，通過這個(gè)角度我們可以比較安培力的大小.步驟1先接通“2、3”，保持導(dǎo)線通電部分的長(zhǎng)度不變,改變電流的大小.生通電導(dǎo)線長(zhǎng)度一定時(shí),電流越大,導(dǎo)線所受安培力就越大.“2、3”和“1、4”.生電流一定時(shí),通電導(dǎo)線越長(zhǎng),安培力越大.師精確的實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)的方向垂直

7、時(shí),通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力的大小,既與導(dǎo)線的長(zhǎng)度L成正比,又與導(dǎo)線中的電流I成正比,即與I和L的乘積IL成正比,用公式表示為F=BIL或者B=師進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明,在給定的磁場(chǎng)某處當(dāng)通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)方向垂直時(shí),都有比值=恒量.那么,這個(gè)恒量也就可以用來描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱了.在研究電場(chǎng)時(shí),電場(chǎng)各點(diǎn)的比值F/q均為恒量,表明比值F/q是由電場(chǎng)決定的.那么,在磁場(chǎng)各處比值F/IL均為恒量,這個(gè)比值是由誰決定的呢?生比值F/IL是由磁場(chǎng)決定的.師比值F/q的物理意義是單位電荷在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力.那么,的物理意義是什么呢?生某處垂直于磁場(chǎng)方向、長(zhǎng)1 m的導(dǎo)線通過1 A電流時(shí)受到的力.師對(duì)電場(chǎng)中不同點(diǎn),

8、比值F/q一般不同,比值的大小可以表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱,對(duì)于磁場(chǎng)的不同地方,比值F/IL一般也不同,應(yīng)該怎樣理解呢?生比值F/IL可以表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱.比值大,表明磁場(chǎng)強(qiáng);比值小,表明磁場(chǎng)弱.師(1)介紹磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義.在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線,所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度.(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式:B=(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位:在國際單位制中,F的單位是N,I的單位是A,L的單位是m,B的單位是T.1 T=1師請(qǐng)說出1 T的物理意義.生在磁場(chǎng)中某處垂直于磁場(chǎng)方向、長(zhǎng)1 m的導(dǎo)線中通以1 A的電流,如果磁場(chǎng)對(duì)它施以1 N的力,通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是1

9、T.師(1)介紹幾種磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度.×104 ×104 T;永磁鐵的磁極附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約是103 T1 T;在電機(jī)和變壓器的鐵芯中,磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)0.8 T1.4 T.(2)介紹磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向.磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量.磁感應(yīng)強(qiáng)度方向是這樣規(guī)定的:磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,即通過該點(diǎn)的磁感線的切線方向.(3)電場(chǎng)強(qiáng)度的方向跟正電荷在該點(diǎn)的受力方向相同；磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的方向嗎?生不是.兩者是垂直的.師介紹磁感線形象地描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和大小.在研究電場(chǎng)時(shí),引入電場(chǎng)線形象地描述電場(chǎng)中各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的大小和方向.同樣,我們可以從

10、磁感線了解磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向.在同一電場(chǎng)中,如何用電場(chǎng)線表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱?生可以用電場(chǎng)線的疏密程度表示電場(chǎng)的強(qiáng)弱.電場(chǎng)線密,場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng);電場(chǎng)線疏,場(chǎng)強(qiáng)弱.師在同一磁場(chǎng)中,如何用磁感線表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小?生在同一磁場(chǎng)的磁感線分布圖上,磁感線越密的地方,表示那里的磁感應(yīng)強(qiáng)度大.師(1)介紹勻強(qiáng)磁場(chǎng).如果磁場(chǎng)的某一區(qū)域里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同,這個(gè)區(qū)域的磁場(chǎng)叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng).(2)介紹勻強(qiáng)磁場(chǎng)的產(chǎn)生方法.距離很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場(chǎng);通電螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng).(3)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線特點(diǎn).勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是間距相等的平行線.師介紹安培力的大小.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下,電

11、流所受的安培力F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度LF=BIL請(qǐng)同學(xué)們思考:該公式的適用條件是什么?生通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直,磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng).師該公式對(duì)非勻強(qiáng)磁場(chǎng)也適用,在這種情況下通電導(dǎo)線要取得足夠短.師安培力的方向與什么因素有關(guān)呢?演示在剛才的實(shí)驗(yàn)中,改變電流的方向,觀察發(fā)生了什么現(xiàn)象?生導(dǎo)線向相反的方向運(yùn)動(dòng),表明安培力的方向跟電流的方向有關(guān).師調(diào)換磁鐵兩極的位置來改變磁場(chǎng)方向,觀察發(fā)生了什么現(xiàn)象?生導(dǎo)線向相反的方向運(yùn)動(dòng),表明安培力的方向跟磁場(chǎng)的方向有關(guān).師實(shí)驗(yàn)表明,安培力的方向既跟磁場(chǎng)方向垂直,又跟電流方向垂直,即安培力的方向總是垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所在的平面.安培力的方向可以用左手定

12、則來判斷.投影左手定則.伸開左手,使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直,并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi),把手放入磁場(chǎng)中,讓磁感線垂直穿入手心,并使伸開的四指指向電流的方向.那么,大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向.三、小結(jié)通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題：1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念、定義式、單位、方向.2.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的定義、產(chǎn)生方法及磁感線特點(diǎn).3.安培力的定義、定義式、方向.四、作業(yè)(1)練習(xí)四、(4) (5) (6) (7)(2)閱讀本節(jié)教材五、板書設(shè)計(jì)六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)0.2 m的電流為2 A的通電導(dǎo)線，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的安培力大小可能是 NB.0.2 N

13、C.0.1 N2.兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中AB固定，CD可自由活動(dòng)，當(dāng)通以如圖所示的電流后，CD導(dǎo)線將A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ABB.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開ABC.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開ABD.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ABm的通電細(xì)桿ab置于傾角為的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為k,有電流時(shí)，ab恰好在導(dǎo)軌上靜止，如左下圖所示.它的四個(gè)側(cè)視圖中標(biāo)出四種可能的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向，其中桿ab與導(dǎo)軌之間的摩擦力可能為零的圖是_. A.電荷處在電場(chǎng)強(qiáng)度為零的地方，受到的電場(chǎng)力一定為零B.一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方，受到的磁場(chǎng)力一定為零C.一小段通電導(dǎo)線

14、在某處不受磁場(chǎng)力的作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零D.電荷在某處不受電場(chǎng)力的作用，則該處電場(chǎng)為零5.要使置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線所受的安培力增大，可采用以下方法參考答案：1.解析：安培力的大小與I和B的夾角有關(guān)，當(dāng)=90°時(shí)，F(xiàn)=BIL=0.2 N;=0°時(shí)，F(xiàn)=0，故F大小的范圍是0F2 N，故正確選項(xiàng)應(yīng)為B、C、D.答案：BCD2.解析：在CD上取兩點(diǎn)P、Q關(guān)于AB對(duì)稱，分析P、Q兩點(diǎn)所受安培力方向，即可作出判定.答案：D3.解析：在A圖中桿除受重力mg與支持力N外，安培力F方向水平向右，若Fcos=mgsin,則摩擦力f可以為0.在B圖中，桿重力mg豎直向下，安培力F方向豎直向上，若F=mg,則N=0，f也必定為零.在C圖中，安培力F與重力G同向，則f=(F+G)sin0在D圖中，安培力F水平向左f=Gsin+Fcos0答案：AB4.解析：由F=qE,若E=0，則F