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1、第 1 讲 磁场的描述 磁场对电流的作用(对应学生用书第 166 页)磁场磁、感线基本性质磁感应强度电流的 磁场 直线电流的磁场判定环形电流的磁场判定磁场对电流 的作用力 左手定则计算公式磁场、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、电流和运动电荷有磁场力的作用(2)方向：小磁针的 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该点的磁感应强度的方向一致3磁体的磁场和地磁场条形磁铁 蹄形磁铁 地磁场图 8114磁感应强度(1)物理意义：描述磁场强弱和方向(2)大小：B(通电导线垂直于磁场)FIL(3)方向：小磁针静止时 N 极的指向电流
2、的磁场 1奥斯特实验：奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了电与磁的联系2安培定则(1)通电直导线：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向(2)通电螺线管：让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向图 812磁 通 量 1概念在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积 S 和 B 的乘积2公式：BS.3单位：1 Wb1_Tm2.安培力的方向和大小 1安培力的方向(1)左手定测：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一
3、个平面内，把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向(2)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥2安培力的大小当磁感应强度 B 的方向与导线方向成 角时，FBILsin_，这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：(1)当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxBIL.(2)当磁场与电流平行时，安培力等于零1(多选)下列所示各图中，小磁针的指向正确的是( )【解析】 小磁针静止时的 N 极指向为该处磁场方向，由安培定则可知 A 中螺线管内的磁场方向向左，A 正确B 中赤道处的磁场
4、方向由南向北，B 正确C 中小磁针所在处的磁场方向向下，C 错误D 中 U 形磁体间的磁场向右，D 正确【答案】 ABD2.图 813如图 813 所示，半径为 R 的圆形线圈共有 n 匝，其中心位置处半径为 r 的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面若磁感应强度为 B，则穿过线圈的磁通量为( )ABR2 BBr2CnBR2 DnBr2【解析】 磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为 r2，故 B 项对【答案】 B3(2013广州模拟)在赤道上，地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是 5105 T如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长 40 m，载有 20
5、A 的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是( )A4108 N B2.5105 NC9104 N D4102 N【解析】 地磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式 FBIL来计算，此安培力的大小为 4102 N.【答案】 D4如图 814 所示，一导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行金属导轨上，并与金属导轨组成闭合回路当回路中通有电流时，导体棒受到安培力作用要使安培力增大，可采用的方法有( )图 814A减小金属导轨的间距 B增大磁感应强度C减小磁感应强度 D减小电流【解析】 由安培力公式 FBIL 可知，要使安培力增大，可以增大磁感应强度，增大金属导轨的间距，增大
6、电流故选 B.【答案】 B(对应学生用书第 168 页)电流磁场的叠加和安培定则的应用1.直流电流或通电螺线管周围磁场磁感线的方向都可以应用安培定则判定2磁感应强度是矢量，叠加时符合矢量运算的平行四边形定则图 815(2012大纲全国高考)如图 815，两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a、O、b 在 M、N 的连线上，O 为 MN 的中点，c、d 位于 MN 的中垂线上，且 a、b、c、d 到 O 点的距离均相等关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是( )AO 点处的磁感应强度为零Ba、b 两点处的磁感应强度大小相等，方向相反Cc
7、、d 两点处的磁感应强度大小相等，方向相同Da、c 两点处磁感应强度的方向不同【解析】 根据安培定则判断磁场方向，再结合矢量的合成知识求解根据安培定则判断：两直线电流在 O 点产生的磁场方向均垂直于 MN 向下，O 点的磁感应强度不为零，故 A 选项错误；a、b 两点的磁感应强度大小相等，方向相同，故 B 选项错误；根据对称性，c、d 两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故 C 选项正确；a、c 两点的磁感应强度方向相同，故 D 选项错误【答案】 C磁场的叠加和安培定则的应用(1)根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向(2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向(3)磁感应强度
8、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【迁移应用】1.图 816(2013安徽高考)图 816 中 a、b、c、d 为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示一带正电的粒子从正方形中心 O 点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是( )A向上 B向下C向左 D向右【解析】 综合应用磁场的叠加原理、左手定则和安培定则解题由安培定则分别判断出四根通电导线在 O 点产生的磁感应强度的方向，再由磁场的叠加原理得出 O 点的合磁场方向向左，最后由左手定则可判断带电粒子所受的洛
9、伦兹力方向向下，故选项 B 正确【答案】 B安培力的分析和平衡问题1.安培力常用公式 FBIL，要求两两垂直，应用时要满足(1)B 与 L 垂直图 817(2)L 是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度如弯曲导线的有效长度 L 等于两端点所连直线的长度(如图 817 所示)，相应的电流方向沿 L 由始端流向末端因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零2解题步骤(1)把立体图转化为平面图(2)根据左手定则确定安培力的方向(3)受力分析，画出安培力和其他力(4)根据平衡条件列出平衡方程图 818(2013山东名校质检)如图 818 所示，一质
10、量为 m 的导体棒 MN 两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上，两导轨平行且间距为 L，导轨处在竖直方向的匀强磁场中，当导体棒中通一自右向左的电流 I 时，导体棒静止位置的轨道半径与竖直方向成 37角，取 sin 370.6，cos 370.8，求：(1)磁场的磁感应强度 B；(2)每个圆导轨对导体棒的支持力大小 FN.【解析】 (1)从右向左看，受力分析如图所示由平衡条件得：tan 37，F安BIL，F安mg解得：B.3mg4IL(2)设两导轨对导体棒的支持力为 2 FN，则有 2FNcos 37mg，解得 FN mg.58即每个圆导轨对导体棒的支持力大小为 mg.58【答案】 (1) (2
11、) mg3mg4IL58【迁移应用】弯曲通电通线安培力大小的计算2(2010上海高考)如图 819 所示，长为 2l 的直导线折成边长相等，夹角为 60的 V 形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为 B，当在该导线中通以电流强度为 I 的电流时，该V 形通电导线受到的安培力大小为( )图 819A0 B0.5BIlCBIl D2BIl【解析】 V 形导线通入电流 I 时每条边受到的安培力大小均为 BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可得其合力 FBIl，答案为 C.【答案】 C安培力平衡问题3.图 8110(2012天津高考)如图 8110 所示，金属棒 MN
12、两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由 M 向 N 的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 .如果仅改变下列某一个条件， 角的相应变化情况是( )A棒中的电流变大， 角变大B两悬线等长变短， 角变小C金属棒质量变大， 角变大D磁感应强度变大， 角变小【解析】 选金属棒 MN 为研究对象，其受力情况如图所示根据平衡条件及三角形知识可得 tan ，所BIlmg以当棒中的电流 I、磁感应强度 B 变大时， 角变大，选项 A 正确，选项 D 错误；当金属棒质量 m 变大时， 角变小，选项 C 错误； 角的大小与悬线长无关，选项 B 错误【答案】 A(对应学生用书第 169
13、页)导体杆平衡模型通电导体杆在磁场中的平衡问题是一种常见的力学综合模型，该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成这类题目的难点是题图具有立体性，各力的方向关系不易确定因此解题时一定要先把立体图转化为平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系图 8111(2013安徽省黄山市一模)质量为 m0.04 kg 的导电细杆 ab 置于倾角为 30的平行放置的光滑导轨上，导轨宽为 d0.4 m，杆 ab 与导轨垂直，如图 8111 所示，匀强磁场垂直导轨平面且方向向下，磁感应强度为 B1T.已知电源电动势 E1.5 V，内阻 r0.2 ，试求当电阻 R 取值为多少时，释放细杆后杆 ab 保持静止不动(
14、导轨和细杆的电阻均忽略不计，g 取 10 m/s2)【解析】 通电导体在磁场中受到的安培力为：FBId，方向沿斜面向上导体棒受力平面图如图设电流为 I 时，导体杆刚好静止不动，分析导体杆的受力可得：BIdmgsin ，解得：I0.5 A根据闭合电路欧姆定律可得：EI(Rr)解得：R2.8 【答案】 2.8 【即学即用】图 8112(2014哈尔滨三中检测)如图 8112 所示，两平行金属导轨间的距离 L0.40 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 B0.50 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 E4.5 V、内阻 r0.50
15、的直流电源现把一个质量m0.040 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 R02.5 ，金属导轨电阻不计，g 取 10 m/s2.已知 sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力【解析】 (1)根据闭合电路欧姆定律 I1.5 A.ER0r(2)导体棒受到的安培力 F安BIL0.30 N.(3)导体棒受力如图，将重力正交分解F1mgsin 370.24 NF1F安，根据平衡条件mgsin 37fF安，解得：f0.06 N，方向沿导轨向下【答案】 (1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿导轨向下
