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1、第八章磁场,第1课时磁场磁场对电流的作用,基础回顾,考点定位,基础回顾 自主研习,教材导读,知识梳理,一、磁场、磁感线、磁感应强度 1.磁场 (1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 的作用. (2)方向:小磁针静止时 所指的方向,即是N极所受磁场力的方向. 2.磁感线 在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的 一致.磁感线可以形象地描述磁场. 3.磁感应强度 (1)物理意义:描述磁场的 和 . (2)定义:穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应 强度. (3)方向:小磁针 时N极的指向. 4.匀强磁场:磁场区域内各点的磁感应强度 都相同的磁场.,
2、磁场力,N极,磁场方向,强弱,方向,静止,大小和方向,二、几种电流周围的磁场分布,越弱,越弱,匀强,三、安培力的大小和方向 1.大小 (1)F= (其中为B与I之间的夹角) (2)磁感应强度B的方向与电流I的方向垂直时,F= . (3)磁感应强度B的方向与电流I的方向平行时,F=0. 2.方向 (1)用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向 ,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 . (2)安培力的方向特点:FB,FI,即F垂直于B和I决定的平面.(注意:B和I可以有任意夹角),IlBsin ,IlB,电流的方向,安
3、培力的方向,基础自测,1.(2015沈阳市协作校期中联考)地球是一个大磁体:在地面上放置一个小磁针,小磁针的南极指向地磁场的南极;地磁场的北极在地理南极附近;赤道附近地磁场的方向和地面平行;北半球地磁场方向相对地面是斜向上的;地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的.以上关于地磁场的描述正确的是( ) A.B. C. D.,D,解析:地球本身是一个巨大的磁体,地磁北极在地理南极附近,地磁南极在地理北极附近;北半球的磁场斜向下,南半球磁场斜向上,赤道处的磁场与地面平行.,2.(多选)下列说法中正确的是( ) A.通过某面的磁感线条数为零,则此面处磁感应强度一定为零 B.空间某点磁感应强度的方向
4、就是该点的磁场方向 C.两个相距很近的平行异名磁极间的磁场为匀强磁场 D.磁感应强度为零,则该处某面积上通过的磁感线条数一定为零,解析:磁感应强度反映磁场的强弱和方向,它的方向就是该处磁场的方向,故选项B正确;近距离两平行放置的异名磁极间的磁场是匀强磁场,故选项C正确;磁感应强度为零,该处某面积上就无磁感线穿过,故选项D正确;若某面无磁感线穿过,可能平面平行于磁场方向放置,导致磁感线穿过该面的条数为零,故选项A不正确.,BCD,解析:可以把正三角形金属框看做两根导线并联,且两根导线中的总电流等于I,由安培力公式可知,金属框受到的磁场力为IlB.,B,4.如图所示,两根相互平行的长直导线分别通有
5、方向相反的电流I1和I2,且I1I2,M为导线某一横截面所在平面内的一点,且M点到两导线的距离相等,图中有四个不同的方向a,b,c和d,则M点的磁感应强度的方向可能为图中的( ) A.a方向 B.b方向 C.c方向 D.d方向,解析:根据安培定则可知,I1,I2在M点产生的磁场方向分别如图B1,B2所示,由于I1I2,且M到两导线的距离相等,则B1B2,由平行四边形定则可得合磁场的磁感应强度方向可能为题图中的c方向.故选项C正确.,C,考点一安培定则的应用磁场的叠加,考点定位 分类突破,【题组突破】 1.(安培定则的应用)(2016温州十校联考)下列各图中,已标出电流I、磁感应强度B的方向,C
6、图为水平放置的通电线圈的纵截面,其中符合安培定则的是( ),C,解析:通电直导线中的安培定则(安培定则一):用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流的方向,那么四指的指向就是磁感线的环绕方向,由此可知选项A,B错误.通电线圈和通电螺线管中的安培定则(安培定则二):用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极,据此可知选项C正确,选项D错误.,C,【讲解要点】 地磁场水平分量向北; 合磁场的方向北偏东角.,3.(环形电流磁场方向)如图所示,带负电的金属环绕轴OO以角速度匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是( ) A.N极竖直向上 B.N极竖直
7、向下 C.N极沿轴线向左 D.N极沿轴线向右,C,解析:带负电的金属环旋转,可形成环形电流,而产生磁场,负电荷匀速旋转,会产生与旋转方向相反的环形电流,由安培定则,可知在磁针所处的位置磁场方向沿OO轴向左,由于磁针N极指向为磁场方向,所以选项C正确.,(1)通电线圈或通电直导线产生的磁感应强度的方向由安培定则判断. (2)磁感应强度是矢量,多个通电导体产生的磁场叠加时,合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和.磁感应强度的叠加遵循矢量运算法则平行四边形定则.,特别提醒,考点二安培力作用下导体运动趋势的判定,【典例】如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近,磁铁的
8、轴线穿过线圈的圆心,且垂直于线圈平面,当线圈中通入如图所示方向的电流后,线圈的运动情况是() A.线圈向左运动 B.线圈向右运动 C.从上往下看顺时针转动 D.从上往下看逆时针转动,【审题指导】,法二等效法.将环形电流等效为磁铁.根据安培定则,通电线圈相当于左侧为S极、右侧为N极的磁铁,如图(乙)所示.根据异名磁极相互吸引,条形磁铁与等效磁铁之间是吸引力,即通电线圈受条形磁铁的作用力向左,故线圈向左运动,选项A正确.,答案:A,特别提醒,通电导线在安培力作用下运动问题的分析思路,首先要明确通电导线所在处的磁场方向,然后用左手定则确定通电导线所受安培力的方向.切记安培力垂直于通电导线和磁场方向决
9、定的平面,注意各种判断法的灵活运用.,【备选例题】直导线ab与线圈所在的平面垂直且隔有一小段距离,其中直导线固定,线圈可自由运动,当通过如图所示的电流方向时(同时通电),从左向右看,线圈将() A.不动 B.顺时针转动,同时向右平移 C.顺时针转动,同时向左平移 D.逆时针转动,同时向右平移,答案:C,解析:根据安培定则知,直线电流在左侧点的磁场方向竖直向下,与等高点电流方向平行,所以左侧的等高点不受安培力,同理,右侧的等高点也不受安培力.取线圈上下位置一微元研究,上边微元电流方向向上,直线电流在此处位置产生的磁场方向为左上方,根据左手定则,上边微元受到的安培力垂直纸面向外;下边微元电流方向也
10、向上,直线电流在此处位置产生的磁场方向为右上方,根据左手定则,下边微元所受安培力垂直纸面向里,所以圆形线圈将以等高线的直径为轴顺时针转动(从左向右看),在转动的过程中右侧的电流受到的安培力方向向左,所以线圈会同时向左运动.,【跟进题组】,1.(导体运动的判定)如图所示,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.当导线通入电流I时,如果只考虑安培力的作用,则从上往下看,导线的运动情况是( ) A.顺时针方向转动,同时下降 B.顺时针方向转动,同时上升 C.逆时针方向转动,同时下降 D.逆时针方向转动,同时上升,C,解析:第一步:电流元法 把直线电流等效为OA,OB两段电流元,蹄形磁
11、铁磁感线分布以及两段电流元所受安培力方向相反,如图(甲)所示.可见从上往下看时,导线将逆时针方向转动. 第二步:特殊位置法 取导线逆时针转过90的特殊位置来分析,如图(乙)所示.根据左手定则可判断安培力方向向下,故导线在逆时针转动的同时向下运动.,2.(转换研究对象法)(多选)一条形磁铁放在水平桌面上,它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒,图中只画出此棒的截面图,并标出此棒中的电流是流向纸内的,在通电的一瞬间可能产生的情况是( ) A.磁铁对桌面的压力减小 B.磁铁对桌面的压力增大 C.磁铁受到向右的摩擦力 D.磁铁受到向左的摩擦力,AD,解析:如图所示.对导电棒,通电后,由左手定则,导
12、电棒受到斜向左下方的安培力,由牛顿第三定律可得,磁铁受到导电棒的作用力应斜向右上方,所以在通电的一瞬时,磁铁对桌面的压力减小,磁铁受到向左的摩擦力.,考点三安培力作用下导体的平衡与加速,【典例】如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.40 m,金属导轨所在的平面与水平面夹角=37,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.50 T,方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.50 的直流电源.现把一个质量m=0.04 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5 ,金属导
13、轨电阻不计,g取10 m/s2.已知sin 37=0.60,cos 37=0.80,求: (1)通过导体棒的电流; (2)导体棒受到的安培力的大小; (3)导体棒受到的摩擦力大小.,【审题图示】,答案:(1)1.5 A(2)0.3 N(3)0.06 N,方法提炼 解决涉及安培力的综合类问题的分析方法 (1)把立体图画成易于分析的截面图,如侧视图、主视图、俯视图. (2)根据左手定则确定安培力的方向,画出受力图. (3)根据力的平衡条件、牛顿运动定律或功能关系列出方程求解.,【备选例题】(多选)光滑平行导轨水平放置,导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,右端与半径为L=20 cm的
14、两段光滑圆弧导轨相接,一根质量m=60 g、电阻R=1 、长为L的导体棒ab,用长也为L的绝缘细线悬挂,如图所示,系统空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T,当闭合开关S后,导体棒沿圆弧摆动,摆到最大高度时,细线与竖直方向成=53角,摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态,导轨电阻不计,sin 53=0.8,g=10 m/s2,则() A.磁场方向一定竖直向下 B.电源电动势E=3.0 V C.导体棒在摆动过程中所受安培力F=3 N D.导体棒在摆动过程中电源提供的电能为 0.048 J,解析:导体棒向右沿圆弧摆动,说明受到向右的安培力,由左手定则知该磁场方向一定竖直
15、向下,选项A正确;导体棒摆动过程中只有安培力和重力做功,由动能定理知ILBLsin -mgL(1-cos )=0,代入数值得导体棒中的电流为I=3 A,由E=IR得电源电动势E=3.0 V,选项B正确;由F=ILB得导体棒在摆动过程中所受安培力F=0.3 N,选项C错误;由能量守恒定律知电源提供的电能W等于电路中产生的焦耳热Q和导体棒重力势能的增加量E的和,即W=Q+E,而E=mgL(1-cos )=0.048 J,选项D错误.,答案: AB,【变式题组】,1.(安培力作用下的加速问题)(2015河南安阳一中质检)如图所示,光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分,O点为圆弧的圆心.两金属轨道之间
16、的宽度为0.5 m,匀强磁场方向如图所示,大小为0.5 T.质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆置于金属轨道上的M点.当在金属细杆内通以2 A的恒定电流时,金属细杆可以沿杆向右由静止开始运动.已知MN=OP=1 m,则( ) A.金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2 B.金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m/s C.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10 m/s2 D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N,D,解析:依题意,开关闭合后,电流方向为从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向为竖直向下. 开关断开时,两弹簧各自相对于其原长的伸长量为 l1=0.5 cm.由胡克定律和力的平衡条件得2kl1=mg 式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g是重力加速度的大小. 开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为F=ILB 式中,I是回路电流,L是金属棒的长度.两弹簧各自再伸长了l2=0.3 cm, 由胡克定律和力的平衡条件得2k(l1+l2)=mg+F 由欧姆定律有E=IR式中,E
