《高中物理《磁场对电流的作用》教案 鲁科版选修3-1（通用）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理《磁场对电流的作用》教案 鲁科版选修3-1（通用）（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、磁场对电流的作用 【基础知识归纳】一、磁场1磁场是磁极、电流周围存在的一种物质，对放在磁场中的磁极、电流具有力的作用2磁场的方向：规定在磁场中任一点小磁针N极受力的方向（或者小磁针静止时N极的指向）就是那一点的磁场方向3磁感线：在磁场中人为地画出一系列曲线，曲线的切线方向表示该位置的磁场方向，曲线的疏密能定性地表示磁场的弱强，这一系列曲线称为磁感线要掌握条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流、通电螺线管形成磁场及地磁场中的磁感线分布特点地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个：（1）地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图1111所示图1111（2）地磁场B的水平
2、分量（Bx） 总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量By，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下（3）在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北对于磁感线的认识，要注意以下几点：磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线，实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，只是研究磁感线的一种方法，使得看不见、摸不着的磁场变得具体形象，给研究者带来方便但是，决不能认为磁感线是由铁屑排列而成的，另外被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况而磁铁周围的磁感线应分布在长、宽、高组成的三维空间内磁感线的疏密表示磁场的强弱
3、，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱磁场对小磁针N极的作用力的方向叫做磁场的方向由于磁感线上任何一点的方向，都跟该点的磁场方向一致，所以磁感线方向，磁场方向和小磁针静止时N极所指的方向，三者是一致的磁感线不能相交，也不能相切没有画磁感线的地方，并不表示那里就没有磁场存在，通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线例如：条形磁铁或通电螺线管的磁感线在外部都是从N极出来进入S极；在内部则由S极回到N极，形成闭合曲线4电流的磁场 安培定则（1）直线电流的磁场，（2）环形电流的磁场，（3）通电螺线管的磁场，磁感线的方向都是由安培定则判断二、磁感应强度
4、和磁通量1磁场最基本的性质是对放入其中的电荷有磁场力的作用电流垂直于磁场时受磁场力最大，电流与磁场方向平行时，磁场力等于零在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场力F与电流I和导线长度L的乘积的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度定义式为：B，磁感应强度的方向就是该位置的磁场方向2匀强磁场：若某个区域里磁感应强度大小处处相等，方向都相同，那么这个区域的磁场叫做匀强磁场两个较大的异名磁极之间（除边缘之外）、长直通电螺线管内部（除两端之外）都是匀强磁场匀强磁场中的磁感线是平行等距的直线3穿过某一面积的磁感线的条数叫做穿过这个面积的磁通量BS磁感应强度又叫磁通密度B三、安培力1磁场对电流的作用
5、力也叫安培力，其大小由B导出，即FBI式中F、B、I要两两垂直2安培力的方向可由左手定则判定，注意安培力垂直于电流方向和磁场方向决定的平面3由于该处的题目中给出的常是立体图，又涉及到F、I、B之间的方向关系，因此求解该处题目时应具有较好的空间想象力，要善于把立体图形改画成易于分析受力的平面图形四、电流表的工作原理电流表的构造主要包括：蹄形磁铁、圆柱形铁芯、线圈、螺旋弹簧和指针蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，如图1112所示，这样不管通电导线处于什么角度，它的平面均与磁感线平行，从而保证受到的磁力矩不随转动角度的变化而变化始终有：MnBIS（n为线圈的匝数）当线圈转到某一角度时，磁力矩
6、与弹簧产生的阻力矩M相等时，线圈就停止转动，此时指针（指针随线圈一起转动）就停在某处，指向一确定的读数：I，由于M与转动的角度成正比，所以电流越大，偏转角就越大，与电流I成正比图1112【方法解析】1磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的，与放入的电流I的大小、导线的长短即L的大小无关，与电流受到的力也无关，即便不放入载流导体，它的磁感应强度也照样存在因此不能说B与F成正比，或B与IL成反比磁感应强度B是矢量，遵守矢量分解合成的平行四边形定则注意磁感应强度的方向就是该处的磁场方向，并不是该处电流的受力方向2因FBI是由B导出，所以在应用时要注意：（1）B与L垂直；（2）L是有效长度；
7、（3）B并非一定为匀强磁场，但它应该是L所在处的磁感应强度例如图1113所示，垂直折线abc中通入电流I，abbcL，折线所在平面与匀强磁感应强度B垂直abc受安培力等效于ac（通有ac的电流I）所受安培力，即FBI L，方向同样由等效电流ac判定为在纸面内垂直于ac斜向上同理可以推知：（1）如图1114（1）所示，半圆形通电导线受安培力FBI2R，（2）如图1114（2）所示闭合的通电导线框受安培力F0 图1113 图11143定性判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向问题，常用下列几种方法：（1）电流元分析法把整段电流等分为很多段直线电流元，先用左手定则判断出小段电流元受到的安培力方向
8、，再判断整段电流所受安培力合力的方向，从而确定导体的运动方向（2）特殊位置分析法把通电导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向，从而确定运动方向 图1115 图1116例如，如图1115所示，把一通电导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况用电流元分析法：把直线电流看为OA和OB两部分，画出几条典型的磁感线，由左手定则可判断出OA段受安培力垂直纸面向外，OB段受安培力垂直纸面向里，如图1116所示，可见从上向下看导线将逆时针转动；再用特殊位置分析法：设导线转过90到与纸面垂直的位置，见图1116，判断导线受安培力方向向下由
9、以上两个方面可知导线在逆时针转动的同时向下运动（3）等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁也可等效为环形电流，通电螺线管可等效成多个环形电流或条形磁铁（4）利用平行电流相互作用分析法：同向平行电流相互吸引，异向平行电流相互排斥例如，图1117所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动?用等效分析法：把环形电流等效为一个小磁针如图1118所示，由磁极间相互作用可知线圈将向磁铁运动 图1117 图1118【典型例题精讲】例1如图1119所示，导线ab固定，导线cd与ab垂直且与ab相隔一段距离cd可以
10、自由移动，试分析cd的运动情况图1119【解析】 首先分析固定导线ab的磁感线的分布情况，如图所示（用安培定则），然后再用左手定则分析cd导线在磁场中的受力方向可以发现ab两侧的部分所受安培力F分别如图中标的所示，所以cd导线将顺时针方向转动仔细留意一下就会发现，当cd一转动，两者的电流就有同向的成分，而同向电流相互吸引，可见cd导线在转动的同时还要向ab导线平移【说明】 通过对本题的分析有两点值得注意：（1）cd导线边转动，边受到吸引力，且随着转动角度的增大，所受吸引力增大转动和吸引是同时发生的，一转动就有吸引力，并不是转动以后才受到吸引力（2）不论是电流与电流的作用还是电流与磁体的作用，如
11、果发生这种转动（在磁场力作用下，不是外力作用下），其转动的必然结果是相互吸引这是由能量守恒所决定的利用这一特点，可快速判断此类问题【设计意图】 通过本例说明电流和电流间的相互作用力及分析在这种作用力下导线运动情况的方法例2在倾角为的光滑斜面上，放一根通电导线AB，电流的方向为AB，AB长为L，质量为m，放置时与水平面平行，如图11110所示，将磁感应强度大小为B的磁场竖直向上加在导线所在处，此时导线静止，那么导线中的电流为多大?如果导线与斜面有摩擦，动摩擦因数为，为使导线保持静止，电流I多大?（tan）图11110 图11111【解析】 在分析这类问题时，由于B、I和安培力F的方向不在同一平面
12、内，一般情况下题目中所给的原图均为立体图，在立体图中进行受力分析容易出错，因此画受力图时应首先将立体图平面化本题中棒AB所受重力mg、支持力FN和安培力F均在同一竖直面内，受力分析如图11111所示由于AB静止不动，所以FNsinFBILFNcosmg由得导线中电流Itan如果存在摩擦的话，问题就复杂得多当电流Itan时，AB有向下滑的趋势，静摩擦力沿斜面向上，临界状态时静摩擦力达到最大值当电流Itan时，AB有向上滑的趋势，静摩擦力沿斜面向下，临界状态时第一种临界情况，由平衡条件得：沿斜面方向 mgsinF1cos垂直于斜面方向mgcosF1sin又；F1I1LB由得，I1第二种情况，同理可
13、列方程mgsinF2cosmgcosF2sin；F2I2LB由得，I2所求条件为：I【思考】 （1）题目中所给的条件tan有什么作用?若tan会出现什么情况?（2）若磁场B的方向变为垂直斜面向上，本题答案又如何?【思考提示】 （1）tan说明mgsinmgcos，若导体中不通电，则它将加速下滑，所以，为使导体静止，导体中的电流有一最小值，即I若tan，则mgsinmgcos，则即使I0，导体也能静止，即电流的取值范围为 0I（2）若磁场B的方向变为垂直斜面向上，则安培力沿斜面向上，对导体棒将要沿斜面下滑的情况，由平衡条件得mgsinmgcosBI1L解得 I1对导体棒将要上滑的情况，由平衡条件
14、得mgsinmgcosBI2L解得 I2所以，在磁场B与斜面垂直时，为使导体静止，电流的取值范围为I【设计意图】 本题为通电导体的平衡问题，是磁场和力学的综合问题，通过本例说明分析这类综合题的方法及求解临界问题的方法 【达标训练】【基础练习】1在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针N极向东偏转，由此可知A一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的N极靠近小磁针B一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的S极靠近小磁针C可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过D可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过【解析】 由现象可知，一定有磁场影响小磁针，但不一定是由磁铁产生的磁场，故AB错，由安培定则知C对【答案】 C2磁感应强度的单位为T，1 T相当于1 Wbm2
