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1、第八章 磁场 第 1 课时 磁场 通电导线在磁场中受到的力 考纲展示 复习目标 1. 磁场、磁感应强度、磁感线 .( ) 2 . 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 .( ) 3 . 安培力、安培力的方向 .( ) 4 . 匀 强 磁 场 中 的 安 培力 .( ) 5 . 磁通量 .( ) 1. 了解各种常见磁场的磁感线分布情况理解磁感应强度、磁感线、磁通量、地磁场等概念 2. 掌握安培定则、左手定则 , 能确定安培力的大小和方向 3. 会分析通电导线在安培力作用下的运动 4 . 掌握含有安培力作用的力学问题的解题方法 基础预习通关 要点探究冲关 随堂自测过关 一、磁场、磁感应强度 1. 磁
2、场 (1) 基本特性 磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用 . (2) 方向 小磁针的 N 极所受磁场力的方向 . 基础预习通关 自主梳理思考探究 2. 磁感应强度 (1) 物理意义 描述磁场的 强弱 和方向 . (2) 定义式 B=通电导线垂直于磁场 ). (3) 方向 小磁针 静止 时 N 极的指向 . 3. 磁通量 (1) 概念 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 , 与磁场方向垂直的平面的面积 S 和 B 的乘积 . (2) 公式 = (3) 单位 1 1 T 二、磁感线及几种常见的磁场 1. 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磁感应强度的
3、方向一致 . 2. 几种常见磁铁的磁场 (1) 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 ( 如图所示 ) (2) 几种电流周围的磁场分布 类 型 直线电流 的磁场 环形电流 的磁场 通电螺线管 的磁场 特点 无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱 环形电流的两侧是等效小磁针的N 极和 S 极 , 且离圆环中心越远 ,磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似 , 管内为匀强磁场 , 管外为非匀强磁场 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 (3) 匀强磁场 在磁场的某些区域内 , 磁感线为等间距的平行线 , 如图所示 . (4) 地磁场 地磁场的 N 极在地理南极附近 , 地磁场的 S 极在地理北极附近 . 地磁场 B 的
4、水平分量 (B x ) 总是从地理南极指向北极 , 而竖直分量(B y ) 则南北相反 , 在南半球竖直向上 , 在北半球竖直向下 . 赤道处的地磁场沿水平方向 , 指向北 . 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 , 并使四指指向电流的方 向 , 这时拇指所指的方向就是通电导线
5、 在磁场中所受安培力的方向 . (2) 安培力的方向特点 F B, F I, 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 ) 四、磁电式电流表的工作原理 1. 磁场特点 (1) 方向 沿径向均匀辐射地分布 . (2) 大小 在距轴线等距离处的磁感应强度大小相等 . 2. 安培力的特点 (1) 方向 安培力的方向与线圈平面垂直 . (2) 大小 安培力的大小与通过的电流成正比 . 3. 表盘刻度特点 由于导线在安培力作用下带动线圈转动 , 螺旋弹簧变形 , 反抗线圈的转动 , 电流越大 , 安培力越大 ,形变就越大 , 所以指针偏角与通过线圈的电流 表盘刻度均
6、匀 . 思考探究 1: 同一个图中可以根据磁感线的疏密判定磁场的强弱 , 没有画出磁感线的地方是否表示没有磁场存在 ? 答案 : 磁感线是为了形象描述磁场而人为引入的假想曲线 ,实际并不存在 . 没有画出磁感线的地方并不表示没有磁场存在 . 思考探究 2: 在磁场中某点的电流元不受安培力作用时 , 该点的磁感应强度是否一定为零 ? 答案 : 不一定 大小与 I 、 L 、 B 及 有关 , 当电流元的方向与磁场方向垂直时产生的安培力最大 . 当电流元的方向与磁场方向平行时 , 虽磁感应强度不为零 , 但电流元所受安培力却为零 . 要点一 对磁感应强度的理解 问题探究 1 . 电荷在电场中一定受
7、电场力 , 电流在磁场中一定受安培力吗 ? 解答 : 不一定 . 当电流与磁感应强度平行时不受安培力 , 不平行则受安培 力 . 要点探究 冲关 自我解答 合作探究 2 . 静电力与电场强度在同一直线上 , 安培力与磁感应强度在同一直线上吗 ? 解答 : 安培力一定与磁感应强度方向垂直 , 两者一定不在同一直线上 . 3 . 两个电流在某处产生的磁场的磁感应强度 B 1 、 B 2不在同 一直线上 , 如何求该点的磁感应强度 B? 解答 : 应用平行四边形定则进行矢量合成求得该点的磁感应强度 B. 4 . 磁感应强度 B 与电场强度 E 有何不同 ? 解答 : 磁感应强度 B 电场强度 E 物
8、理 意义 描述磁场的力的性质的物理量 描述电场的力的性质的物理量 定义式 B=通电导线与 B 垂直 E=决定 由磁场决定 , 与检验电流元无关 由电场决定 , 与检验电荷无关 方向 矢量 磁感线切线方向或小磁针北极受力方向 矢量 电场线的切线方向或放入该点的正电荷的受力方向 单位 1 T = 1 N / ( A m) 1 V / m = 1 N / C 【例 1 】 如图 , 两根相互平行的长直导线过纸面上的 M 、 N 两点 ,且与纸面垂直 , 导线中通有大小相等、方向相反的电流 O 、 、 N 的连线上 ,O 为 中点 ,c 、 d 位于 中垂线上 , 且 a 、b 、 c 、 d 到 O
9、 点的距离均相等 . 关于以上几点处的磁场 , 下列说法中正确的是 ( ) 处的磁感应强度为零 b 两点处的磁感应强度大小相等 , 方向相反 d 两点处的磁感应强度大小相等 , 方向相同 c 两点处磁感应强度的方向不同 思路引导 : 思考 1: 如何定性地求两根通电导线分别产生的磁感应强度 ? 解答 : 根据安培定则作出磁感线 , 磁感线的切线方向为磁感应强度方向 , 根据磁感线疏密和对称性判定磁感应强度大小 . 思考 2: 如何求出 O 、 a 、 b 、 c 、 d 五点的合磁感应强度 ? 怎样定性地判定合磁感应强度的大小 ? 解答 : 根据平行四边形定则对磁感应强度进行矢 量合成 . 根
10、据对称性来定性地判定合磁感应强度的大小 . 解析 : 由安培定则可以判断通电导线产生的磁场的磁感线如图所示 , 由磁场的叠加原理可知选项 答案 : C 针对训练 1 - 1 :(20 13 海淀区模拟 ) 有两根长直导线 a 、 b 互相平行放置 , 如图所示为垂直于 导线的截面图 . 在图中所示的平面内 ,O 点为两根导线连线的中点 ,M 、 N 为两导线附近的两点 , 它们在两导线连线的中垂线上 , 且与 O 点的距离相等 . 若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流 I, 则关于线段 各点的磁感应强度 , 下列说法中正确的是 ( ) 和 N 点的磁感应强度大小相等 , 方向相同 和 N
11、 点的磁感应强度大小相等 , 方向相反 C. 在线段 各点的磁感应强度都不可能为零 D. 在线段 只有一点的磁感应强度为零 解析 : 由安培定则判断出通电导线 a 和 b 产生的磁场 , 作出磁感线 , 作切线找出 M 、 N 的磁感应强度方向 ; 由于 I a =I b , 根据对称性判定两导线 a 和b 产生的磁感应强度大小相等 ; 通过平行四边形定则可确定 , 选项 A 错误 B 正确 ; 根据安培定则可判定 a 和 b 在 O 点产生的磁感应强度大小相等、方 向相反 , 合磁感应强度为零 , 故选项 C 错误 D 正确 . 答案 : 要点二 对磁通量的理解 1. 对 =B S 的理解
12、=适用于磁感应强度 B 与面积 S 垂直的情况 ,当 S 与垂直于 B 的平面间的夹角为 时 , 则有 =BS , 如图 ( 甲 ). 2. 面积 S 的含义 S 不一定是某个线圈的真正面积 , 而是线圈在磁场范围内的面积 . 如图 ( 乙 ) 所示 ,S 应为线圈面积的一半 . 3. 多匝线圈的磁通量 磁通量的大小与线圈匝数无关 , 因为不论线圈匝数多少 , 穿过线圈的磁感线条数相同 , 而磁感线条数可表示磁通量的大小 . 4. 合磁通量求法 若某个平面内有 不同方向和强弱的磁场共同存在 , 当计算穿过这个面的磁通量时 , 先规定某个方向的磁通量为正 , 反方向的磁通量为负 , 平面内各个方
13、向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 . 【例 2 】 如图所示 , 框架面积为 S, 框架平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直 , 则穿过线框平面的磁通量为 , 若使框架绕轴 过 60 角 , 则穿过线框平面的磁通量为 ; 若从初始位置转过 90 角 , 则穿过线框平面的磁通量为 ; 若从初始位置转过 180 角 . 则穿过线框平面的磁通量的变化量为 . 思路探究 : (1) 在公式 = ,S 是线圈的面积吗 ? 答 : 不是 , 应该是与磁感应强度 B 垂直的投影面 . (2) 磁感线从正面穿过和反面穿过线圈时 , 磁通量一样吗 ? 答 : 一定不同 , 一“正”一“负” .
14、解析 : 若规定初始位置磁通量为“正” , 则框架转过 180 时磁通量为“负” . 在题图示位置时 , 磁感线与线框平面垂直 , =当框架 绕 轴转过 60 时可以将原图改画成从 侧面看的侧视图 , 如图所示 , = = 0 =21转过 90 时 , 线框由磁感线垂直穿过变为与磁感线平行 , =0, 线框转过 18 0 时 , 磁感线仍然垂直穿过线框 , 只不过穿过方向改变了 , 因而 1 = 2 = - =| 2 - 1 |=| - 2 2 答案 : 210 2温馨 总结 磁通量是标量 , 但是有正负 , 其正负代表磁感线是正穿还是反穿过平面 . 针对训练 2 - 1 :(2 0 13 徐州高二质检 )如图所示 , 在条形磁铁外套有 A 、 穿过 A 环的磁通量 A 与穿过 B 环的磁通量 ) A. A B B. A B , 故正确答案为选项 A. 答案 : A 要点三 对安培力的判断 1. 通电导体在安培力作用下运动方向的判断 首先必须弄清楚导体所在位置的磁
