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1、高考导航,基础课时22 磁场的描述及磁场对电流的作用,知识梳理,知识点一、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。 2.磁感应强度 (1)物理意义：描述磁场的_和_。 (2)大小：B_(通电导线垂直于磁场)。 (3)方向：小磁针静止时_的指向。 (4)单位：特斯拉(T)。,力,磁场,N极,强弱,方向,N极,3.匀强磁场 (1)定义：磁感应强度的大小_、方向_的磁场称为匀强磁场。 (2)特点：疏密程度相同、方向相同的平行直线。 知识点二、磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 1.磁感线 在磁场
2、中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的_方向跟这点的磁感应强度方向一致。,处处相等,处处相同,切线,2.几种常见的磁场 (1)常见磁体的磁场,(2)电流的磁场,知识点三、安培力、安培力的方向 匀强磁场中的安培力 1.安培力的大小 (1)磁场和电流垂直时：F_。 (2)磁场和电流平行时：F_。 2.安培力的方向 左手定则判断： (1)伸出左手，让拇指与其余四指_， 并且都在同一个平面内。 (2)让磁感线从掌心进入，并使四指指向 _方向。 (3)_所指的方向就是通电导线在磁场 中所受安培力的方向。,电流,拇指,垂直,BIL,0,思考 (1)磁场中的一小段通电导体在该处受力为零，此处B一定为零吗？
3、(2)利用左手定则判断两平行的通电(同向、异向)直导线间的安培力是引力还是斥力？,诊断自测,答案 D,2.在磁场中某区域的磁感线如图1所示，则( ),图1 A.a、b两处的磁感应强度的大小不等，且BaBb B.a、b两处的磁感应强度的大小相等 C.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大 D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小,解析 磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，安培力的大小跟该处的磁感应强度的大小、I、L和导线放置的方向与磁感应强度的方向的夹角有关，故C、D错误；由a、b两处磁感线的疏密程度可判断出BaBb，所以A正确，B错误。 答案 A,3.在如图所示的四幅图中，正确
4、标明通电导线所受安培力F方向的是( ),解析 根据左手定则可知：A、B、C图中安培力方向应向下，D图中安培力垂直于电流和磁场向纸外，故正确答案为B。 答案 B,4.(多选)三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图2所示。a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是( ),图2,A.B1B2B3 B.B1B2B3 C.a和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里 D.a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里 解析
5、由于通过三条导线的电流大小相等，结合右手螺旋定则可判断出三条导线在a、b处产生的合磁感应强度垂直纸面向外，在c处垂直纸面向里，且B1B2B3，故选项A、C正确。 答案 AC,5.在赤道上，地磁场可以看作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 A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是( ) A.4108 N B.2.5105 N C.9104 N D.4102 N 解析 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，其大小为FBIL51052040 N4102 N。
6、 答案 D,考点一 安培定则的应用和磁场的叠加 1.安培定则的“因”和“果”：,2.磁场的叠加：磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则。,【例1】 (2016江苏省苏锡常镇联考)两根相互靠近 的长直导线1、2中通有相同的电流，相互作用力为 F。若在两根导线所在空间内加一匀强磁场后，导 线2所受安培力的合力恰好为零。则所加磁场的方 向是( ),图3,A.垂直纸面向里 B.垂直纸面向外 C.垂直导线向右 D.垂直导线向左,解析 当两根通有大小相同，方向相同的电流时，1、2两导线间的作用力是引力，故2受到向左的安培力，要使导线2所受的安培力的合力恰好为零，故所加的磁场使导线2受到的安培力向右
7、，根据左手定则判断知所加的磁场方向为垂直纸面向外，故B正确。,B,规律方法 求解有关磁感应强度问题的三个关键 (1)磁感应强度由磁场本身决定。 (2)合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)。 (3)牢记判断电流的磁场的方法安培定则，并能熟练应用，建立磁场的立体分布模型。,【变式训练】 1.与地磁场有关的考查(多选)(2015新课标全国卷，18)指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针，下列说法正确的是( ) A.指南针可以仅具有一个磁极 B.指南针能够指向南北，说明地球具有磁场 C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰 D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通
8、电时指南针不偏转 解析 指南针有N、S两个磁极，受到地磁场的作用静止时S极指向南方，选项A错误，B正确；指南针有磁性，可以与铁块相互吸引，选项C正确；由奥斯特实验可知，小磁针在通电导线放置位置合适的情况下，会发生偏转，选项D错误。,BC,图4,答案 D,考点二 安培力的分析与计算 安培力的大小： 计算安培力常用公式FBIL，应用时要满足： (1)B与L垂直。 (2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度。例如，如图5所示通电导线，在判断和计算安培力的方向和大小时均可等效为计算和判断ac直导线的安培力的大小和方向。,图5,【例2】 (2015陕西宝鸡质检)如图6所示，将一个半径为R的导电金属圆
9、环串联接入电路中，电路的电流为I，接入点a、b是圆环直径上的两个端点，流过圆弧acb和adb的电流相等。金属圆环处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与圆环所在平面垂直。则金属圆环受到的安培力为( ),图6 A.0 B.BIR C.2BIR D.2BIR,答案 D,【变式训练】 3.(2015江苏单科，4)如图7所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( ),图7,解析 由题意知，处于磁场中的导体受安培力作用的有效长度越长，根据FB
10、IL知受安培力越大，磁场发生微小变化，安培力变化最大，天平越容易失去平衡，由图知选项A中导体的有效长度最大，所以A正确。 答案 A,考点三 安培力作用下导体的平衡问题 通电导体棒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，各力的方向不易确定。因此解题时一定要先把立体图转化成平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图8所示。,图8,【例3】 (名师改编)如图9所示，在倾角为37的斜面上，固定一宽为L1.0 m的平行金属导轨。现在导轨上垂直导轨放置一质量m0.4 kg、电阻R02.0 、长为1.0 m的金属棒ab，它
11、与导轨间的动摩擦因数为0.5。整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B2 T的匀强磁场中。导轨所接电源的电动势为E12 V，内阻r1.0 ，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，滑动变阻器的阻值符合要求，其他电阻不计，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。现要保持金属棒ab在导轨上静止不动，求：,图9 (1)金属棒所受安培力的取值范围； (2)滑动变阻器接入电路中的阻值范围。 解析 (1)当金属棒刚好达到向上运动的临界状态时，金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向下，设金属棒受到的安培力大小为F1，其受力分析如图甲所示。则有,FNF1sin mgcos F1cos
12、mgsin fmax fmaxFN 以上三式联立并代入数据可得F18 N 当金属棒刚好达到向下运动的临界状态时，设金属棒受到的安培力大小为F2，其受力分析如图乙所示。则有 FNF2sin mgcos F2cos fmaxmgsin fmaxFN,设电流为I24 A时滑动变阻器接入电路中的阻值为R2，由闭合电路欧姆定律，有EI2rI2(R0R2)，代入数据可得R20 所以滑动变阻器接入电路中的阻值范围为0R30 。,方法提炼 1.求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路,2.求解关键 (1)电磁学问题力学化。 (2)立体图形平面化。,【变式训练】 4.如图10所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线
13、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( ),图10 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,答案 A,考点四 安培力作用下导体的运动问题 【例4】 (2015郑州二模)如图11所示，用绝缘细线悬挂一个导线框，导线框是由两同心半圆弧导线和直导线ab、cd(ab、cd在同一条水平直线上)连接而成的闭合回路，导线框中通有图示方向的电流，处于静止状态。在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线P。当P中通以方向向外
14、的电流时( ),图11,A.导线框将向左摆动 B.导线框将向右摆动 C.从上往下看，导线框将顺时针转动 D.从上往下看，导线框将逆时针转动 解析 当直导线P中通以方向向外的电流时，由安培定则可判断出长直导线P产生的磁场方向为逆时针方向，磁感线是以P为圆心的同心圆，半圆弧导线与磁感线平行不受安培力，由左手定则可判断出直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向外，cd所受的安培力方向垂直纸面向里，从上往下看，导线框将逆时针转动，故D正确。 答案 D,【拓展延伸】 (1)若在【例4】中，将P中通以方向向里的电流，试分析导线框的运动情况。 (2)若在【例4】中，将直导线P撤去，在导线框所在平面加垂直纸面向里
15、的匀强磁场，试分析导线框的运动情况及导线框对细线的拉力大小。 解析 (1)若直导线P中通以方向向里的电流时，由安培定则可判断出长直导线P产生的磁场方向为顺时针方向，由左手定则可判断出直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向里，cd所受的安培力方向垂直纸面向外，从上往下看，导线框将顺时针转动。,(2)大半圆弧的有效长度与小半圆弧及直导线ab、cd的总有效长度相同，电流方向相反，由FBIL和左手定则可以判断导线框两部分所受的安培力等大、反向，故导线框保持静止状态，且对细线的拉力等于导线框自身的重力大小。 答案 (1)从上往下看，导线框将顺时针转动 (2)导线框静止 等于导线框自身的重力大小,反思总结
16、1.判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路：,2.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法,【变式训练】 5.(多选)如图12所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为F2，则以下说法正确的是( ),图12 A.弹簧长度将变长 B.弹簧长度将变短 C.F1F2 D.F1F2,解析 如图甲所示，导体棒处的磁场方向指向右上方，根据左手定则可知，导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方，根据牛顿第三定律，对条形磁铁受力分析，如图乙所示，所以FN1FN2即
