磁场及磁场对电流的作用

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1、 考点点击1.磁场场、磁感应应强度、磁感线线2.磁通量3.通电电直导线导线 和通电线电线 圈周围围磁场场的方向4.安培力、安培力的方向5.匀强磁场场中的安培力6.洛伦兹伦兹 力、洛伦兹伦兹 力的方向考点点击7.洛伦兹伦兹 力公式8.带电带电 粒子在匀强磁场场中的运动动考情播报报1.考查查磁场场的基本概念,如磁感线线、磁感应应强度、磁通量等,一般以选择题选择题 的形式出现现2.结结合左手定则则分析解决通电导电导 体在磁场场中的平衡、运动类问题动类问题 以非选择题选择题 的形式考查查居多3.带电带电 粒子在匀强磁场场中的匀速圆圆周运动动,确定其圆圆心、半径、运动轨动轨 迹、运动时间动时间 等问题问

2、题 ,尤其是“边边界问题问题 ”以及由周期性引起的“多解问题问题 ”是考查查的重点常以计计算题题的形式出现现4.带电带电 粒子在复合场场中的运动问题动问题 ,几乎是每年高考考查查的重点,常以计计算题题的形式出现现. 1在对本章复习时,应抓住磁感应强度、磁感线、磁通量、安培力和洛伦兹力的基本概念和规律2能够熟练的应用安培力的表达式计算有关问题此类问题应该重点放在通电导线受力作用下物体的平衡问题和运动问题3熟悉带电粒子只在磁场力作用下的圆周运动及其半径公式和周期公式注意圆心和半径的确定正确的作图是解决该类问题的关键4带电粒子在复合场中的运动的复习应该注意运动学和动力学的结合根据受力情况和初速度情况

3、得到粒子的运动轨迹,注意带电粒子在复合场中运动时运动区域的场的变化会影响其运动轨迹的情况. 一、磁场、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:小磁针的 所受磁场力的方向磁场力北极(N)2磁感应强度(1)意义:描述磁场 的物理量(2)大小:B (公式适用条件:通电导线垂直于磁场)(3)方向:小磁针静止时N极的指向强弱及方向二、几种常见磁场的分布1磁感线:在磁场中画出的一些有方向的曲线,使曲线上每一点的 方向都跟这点的 的方向一致切线磁场应强度2几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁铁外部的磁感线从磁铁的 极出来,进入磁铁的 极,如图811所

4、示NS图811(2)地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似,其主要特点有三个:图812地磁场的N极在地球 附近,S极在地球 附近,磁感线分布如图812所示地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球 指向 ,而竖直分量(By)则南北半球相反,在南半球垂直地面 ,在北半球垂直地面 在赤道平面上,距离地球表面相等的各点,磁感应强度相等,且方向 南极北极南极北极向上向下水平向北(3)电流周围的磁场直线电线电 流的磁场场通电电螺线线管的磁场场环环形电电流的磁场场特点无磁极、非匀强,且距导线导线 越远处远处磁场场 与条形磁铁铁的磁场场相似,管内为为匀强磁场场,管外为为非匀强磁场场环环形电电流的两侧侧是N极和S极,

5、且离圆环圆环 中心越远远,磁场场 立体图图越弱越弱直线电线电 流的磁场场通电电螺线线管的磁场场环环形电电流的磁场场横截面图图纵纵截面图图电流周围的磁场情况都可以用安培定则判断但不同形式的通电导体采用的安培定则的方式不同(4)匀强磁场:在磁场的某些区域内,磁感线为同向、等间距的平行线,如图813所示图813三、磁通量1概念:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向面积S和B的乘积叫做穿过这个面的磁通量2公式: .3单位:1 Wb .4物理意义:指垂直穿过某一面积的磁感线的条数垂直的平面BS1 Tm2磁通量是标量,但有正负,其正负既不表示方向也不表示大小,仅表示磁感线是从正面穿过还是从反面穿过,若

6、从正面穿过为正,则从反面穿过为负求磁通量变化时,应将符号代入四、安培力的大小和方向1大小(1)磁场和电流垂直时,F .(2)磁场和电流平行时,F0.BIL2方向用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指 ,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 的方向,这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向通电导线受到的安培力的方向与 、磁感应强度方向都 垂直电流拇指电流方向垂直不论电流方向与磁场方向关系如何,安培力的方向既与电流方向垂直,也与磁场方向垂直,即安培力的方向垂直于电流与磁场决定的平面1磁感应强度与电场强度磁感应应强度B电场电场 强度E物理意义义描述磁场场的

7、力的性质质的物理量描述电场电场 的力的性质质的物理量大小决定由磁场场本身决定由电场电场 本身决定磁感应应强度B电场电场 强度E方向 矢量磁感线线切线线方向,小磁针针N极受力方向矢量电场线电场线 切线线方向,放入该该点正电电荷受力方向场场的叠加合磁感应应强度等于各磁场场的磁感应应强度的矢量和合场场强等于各个电场电场 的场场强的矢量和单单位1 T1 N/(Am)1 V/m1 N/C2磁感线与电场线磁感线线电场线电场线不同点闭闭合曲线线在静电场电场 中,电场线电场线 起始于正电电荷,终终止于负电负电 荷相似点引入目的形象描述场场而引入的假想线线,实际实际 不存在疏密场场强的强弱切线线方向场场的方向相

8、交不能相交(电场电场 中无电电荷,空间间不相交)磁感线和电场线的疏密都能形象地表示相应场的强弱,应注意:1只有在同一个图上才能根据磁感线或电场线的疏密判定各处相应场的强弱2没有画出磁感线或电场线的地方并不表示那里没有磁场或电场存在1关于磁感应强度B,下列说法中正确的是 ( )A磁场中某点B的大小,跟放在该点的试探电流元的情况有关B磁场中某点B的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C在磁场中某点处的试探电流元不受磁场力作用时,该点B值大小为零D在磁场中磁感线越密集的地方,磁感应强度越大解析:磁感应强度是磁场本身的属性,在磁场中某处为一恒量,其大小可由B 计算,但与试探电流元的F、I、L

9、的情况无关,故A、C错;B的方向规定为小磁针N极受磁场力的方向,与放在该处电流元受力方向并不一致,故B错;当试探电流元的方向与磁场方向平行时,虽电流元受磁场力为零,但磁感应强度却不为零;据磁感应强度大小即磁通密度B 可知,在磁场中磁感线越密集的地方,磁感应强度越大故选D.答案:D1BS的含义:BS只适用于磁感应强度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BScos.可理解为B(Scos),即等于B与S在垂直于B方向上投影的乘积也可理解为(Bcos)S,即等于B在垂直于S方向上的分量与S的乘积如图814甲所示图8142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

10、围内的面积如图814乙所示,S应为线圈面积的一半3多匝线圈的磁通量:多匝线圈内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合磁通量的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,平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量2关于磁通量,下列说法正确的是 ( )A磁通量不仅有大小而且有方向,是矢量B在匀强磁场中,a线圈面积比b线圈面积大,则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大C磁通量大磁感应强度不一定大D把某线圈放在磁场中的M、N两点,若放在M

11、处的磁通量比放在N处的大,则M处的磁感应强度一定比N处的大解析:磁通量只有大小,没有方向,是标量,故A错由BScos知,的大小与B、S、三个量有关,故B、D错,C正确答案:C1对安培力的理解(1)安培力是磁场对电流的作用力,它与重力、弹力、摩擦力、电场力一样,是一种性质力(2)安培力公式的说明L是通电导线在磁场中的有效长度,如图815所示,导线ACB中电流为I,则其受水平向右的安培力FBIL.B与L垂直或其分量与L垂直,B并非一定是匀强磁场,但一定是导线所在处的磁感应强度是通电导线和磁场的夹角图8152安培力做功的特点和实质(1)重力、电场力做功与路径无关,而安培力做功与路径有关(2)安培力做

12、功的实质能量的转化安培力做正功:将电源的能量传递给通电导线,或转化为导线的动能或转化为其他形式的能安培力做负功:将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能在分析安培力是否存在的问题时,首先应把立体图改画为易于分析的平面图,如侧视图、剖视图或俯视图等,然后借助于力学知识求解3如图816所示,铜棒ab长L10.1 m,质量为6102 kg,两端与长为L21 m的轻铜线相连,静止于竖直平面内整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B05 T现接通电源,图816使铜棒中保持有恒定电流通过,铜棒垂直纸面向外发生摆动已知最大摆角为37,则在此过程中铜棒的重力势能增加了多少?通过电流的大小为多

13、少?方向如何?(不计空气阻力,sin370.6,cos370.8,g取10 m/s2)解析:以棒为研究对象受力分析如图所示,重力做功WGmghmgL2(1cos)6102100.21 J0.12 J因EpWG0.12 J,故重力势能增加了0.12 J.因为导体棒最大摆角为37,由动能定理得FL2sinmgL2(1cos)0 FBIL1 由解得I4 A,方向由ba.答案:0.12 J 4 A,方向由ba下列说法中正确的是 ( )A电荷在某处不受电场力的作用,则该处电场强度为零B一小段通电导线在某处不受磁场力作用,则该处磁感应强度一定为零C表征电场中某点电场的强弱,是把一个检验电荷放在该点时受到的

14、电场力与检验电荷本身电荷量的比值D表征磁场中某点磁场的强弱,是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流乘积的比值思路点拨 解答此题应把握以下几点:电场强度和磁场强度由对应的电场和磁场本身决定,与检验电荷和试探电流元无关;比值定义法定义的物理量具有相似的特点;磁场对通电导体(电流)作用力的特点课堂笔记 电场和磁场有一个明显的区别是:电场对放入其中的电荷有力的作用,磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行,因此A对B错同理根据电场强度的定义式EF/q可知C答案正确而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明,即B 中I和B的方向必须垂直,故D错,所以应选A、C.答案 AC磁场的磁感应强度只取决于磁场本身,与试探电流元无关,正如电场中的电场强度与检验电荷无关一样,是场本身的属性类似的物理量还有速度、加速度、电阻、电容、电势

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