1.磁場對(duì)電流的作用力

1、4磁場對(duì)電流的作用力一教學(xué)目標(biāo)1. 在物理學(xué)知識(shí)方向的要求：（1） 掌握磁場對(duì)電流作用力的計(jì)算方法。（2） 掌握判斷安培力方向的左手定則。2. 通過觀察演示實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出安培力的方向總是既和磁場方向垂直又和電流方向垂直。培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力。3. 滲透物理學(xué)方法的教育： 通過磁場方向與電流方向垂直的情況，結(jié)合實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生抓住主要因素，推導(dǎo)出當(dāng)磁場與電流方向斜交時(shí)，安培力的大小和方向。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1. 重點(diǎn)是使學(xué)生掌握電流在勻強(qiáng)磁場中所受安培力大小的決定因素、計(jì)算公式以及安培力方向的判定。2. 難點(diǎn)是磁場方向、電流方向、安培力方向之間的關(guān)系。磁場方向不一定總與電流方向垂直，但安培力一定

2、垂直于磁感線與電流決定的平面。三、教具鐵架臺(tái)、線圈、導(dǎo)線、磁鐵，電池。四、主要教學(xué)過程（一） 復(fù)習(xí)舊課，引入新課提問：磁感應(yīng)強(qiáng)度由什么決定？磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小如何量度？答：磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場本身決定，其大小可用來描述磁場的強(qiáng)弱。磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式是：B=F（IL）（通電導(dǎo)線垂直磁場中），所以磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可用垂直放置于該點(diǎn)的電流元所受磁場力的大小與該電流元的長度L、電流強(qiáng)度I的乘積IL的比值來量度。提問：一根長為0.1m，電流強(qiáng)度 為2.0A的通電導(dǎo)線放置于水平方向的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中。求該導(dǎo)線水平放置時(shí)（如圖所示），所受磁場力各為多少？答：水平放置時(shí)，磁場為零。豎直放置

3、時(shí)，磁場力最大，大小可由B=（F/IL）變形得到：F=BIL=0.2N.（二）新課教學(xué)電流所受到的磁場力通常叫做安培力。這節(jié)課我們主要研究安培力的大小和方向。1. 通電直導(dǎo)線垂直放入勻強(qiáng)磁場中我們知道一個(gè)電流強(qiáng)度為I的電流元垂直放入磁場中某一點(diǎn)，若電流元所受安培力為F，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=F/(IL)。顯然，電流元在磁場中會(huì)受到F=BIL的安培力。如果磁場為勻強(qiáng)磁場，即磁場中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向全相同，則上述公式也適用于長通電導(dǎo)線。（1） 電流強(qiáng)度為I，長為L的通電導(dǎo)線，垂直放入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，則該導(dǎo)線所受安培力的大小F=BIL應(yīng)注意的是：F=BIL公式成立的適用條

4、件是通電導(dǎo)線要垂直放置于勻強(qiáng)磁場中。（2） 通電導(dǎo)線垂直放在勻強(qiáng)磁場中，所受安培力方向的判定方法-左手定則。演示實(shí)驗(yàn)如圖所示：分別改變磁場方向和電流方向，觀察安培力F方向的變化情況。分析與概括;通過實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線所受安培力方向既與磁場方向有關(guān)，又與電流方向有關(guān)。而且安培力的方向總是既垂直于磁場方向又垂直于電流方向。安培力的方向的判定方法左手定則： 伸開左手，大拇指跟四指垂直，且在同一個(gè)平面內(nèi)。 讓磁感線垂直穿過手心。 使四指指向電流方向，則拇指指向安培力的方向。例1. 已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場方向垂直黑板向里，且磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，導(dǎo)線中通入電流強(qiáng)度I=0.2A的電流，其方向如圖所示。若導(dǎo)線長L=

5、0.2m，求：該導(dǎo)線所受安培力的大小及方向。解：因?qū)Ь€是垂直放入勻強(qiáng)磁場中，所以安培力大小F=BIL=0.2N。安培力的方向滿足左手定則：在黑板平面內(nèi)且垂直于導(dǎo)線斜向上，如圖3所示。2.通電導(dǎo)線斜放入勻強(qiáng)磁場中（1）當(dāng)電流方向與磁場方向不垂直時(shí)，求導(dǎo)線所受安培力的大?。ㄈ鐖D4所示）。第一種方法：我們已經(jīng)知道當(dāng)電流方向垂直磁場方向時(shí)，F(xiàn)=BIL；當(dāng)電流方向平行于磁場方向時(shí)，F(xiàn)=0。所以我們可把磁感應(yīng)強(qiáng)度B進(jìn)行分解，分解為垂直電流方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分量B平行，而求出B垂直對(duì)導(dǎo)線的作用力即可（如圖5所示）。由學(xué)生自己推導(dǎo)：因?yàn)锽垂直=Bsin,B平行=Bcos而F垂直=ILB垂直F平行=0所以F=F垂

6、直=ILBsin=BILsin其中角是電流強(qiáng)度與磁場方向的夾角。綜上所述，當(dāng)電流方向與磁場方向不垂直而成角時(shí)，導(dǎo)線所受安培力的大小F=BILsin.該公式普遍適用于任何方向放置在勻強(qiáng)磁場中的通電導(dǎo)線的受力情況。討論： 當(dāng)電流方向與磁場方向的夾角=0時(shí)，F(xiàn)=0 當(dāng)=90時(shí)，F(xiàn)=BIL 當(dāng)090時(shí)，0FBIL（2）斜放于勻強(qiáng)磁場中的通電導(dǎo)線所受安培力的方向。再次演示前面的實(shí)驗(yàn)。將導(dǎo)線在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使磁場方向不再和電流方向垂直。如圖7所示。觀察發(fā)現(xiàn)：雖然電流方向轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，但安培力方向并未改變，仍然垂直于B與I所決定的豎直平面。概括總結(jié)：任意方向放于勻強(qiáng)磁場中的通電導(dǎo)線所受安培力的方向總

7、是垂直于磁場方向與電流方向所決定的平面，但電流方向與磁場方向不一定垂直。例2電流強(qiáng)度為I的通電導(dǎo)線放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)線所受安培力為F，則下列說法正確的是（ ）A勻強(qiáng)磁場中通電導(dǎo)線所受安培力F，磁感應(yīng)強(qiáng)度B及電流I，三者在方向上一定互相為F，則下列說法正確的是（ ）B若I、B方向確定，則F方向唯一確定。C若F與B方向確定，則I方向唯一確定。D若F與B方向確定，則I方向唯一確定，但I(xiàn)一定在與F垂直的平面內(nèi)。E若F與I方向確定，則B方向唯一確定。F若F與I方向確定，則B方向不唯一確定，但B一定在與F垂直的平面 內(nèi)。答案：B、D、F正確。（三）課堂小結(jié)通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道放入勻強(qiáng)磁場中的通電導(dǎo)線所受安培力的大小由磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B、電流強(qiáng)度大小I以及磁場方向與電流方向的夾角三方面因素決定。而導(dǎo)線所受安培力的方向一定同時(shí)垂直于磁場方向和電流方向，即安培力垂直于磁場方向與電流方向所決定的平面，但磁場方向與電流方向不一定互相垂直。