高考物理总复习 第11章第一节 磁场的描述 磁场对电流的作用 大纲

第一节磁场的描述磁场对第一节磁场的描述磁场对电流的作用电流的作用第第一一节节磁磁场场的的描描述述磁磁场场对对电电流流的的作作用用基础知识梳理基础知识梳理课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究知能优化演练知能优化演练基础知识梳理基础知识梳理一、磁一、磁场场、磁感、磁感线线1磁磁场场(1)基本性基本性质质：磁：磁场对处场对处于其中的磁体、于其中的磁体、电电流和运流和运动电动电荷有荷有_的作用的作用(2)方向：小磁方向：小磁针针的的N极所受磁极所受磁场场力的方向力的方向2磁感磁感线线在磁在磁场场中画出一些曲中画出一些曲线线，使曲，使曲线线上每一点的上每一点的_方向都跟方向都跟这这点的磁感点的磁感应应强强度的方向一致度的方向一致磁力磁力切线切线3安培分子安培分子电电流假流假说说安培安培认为认为，在原子、分子等物，在原子、分子等物质质微粒的内部，微粒的内部，存在着一种存在着一种环环形形电电流流分子分子电电流分子流分子电电流流使每个物使每个物质质微粒都成微粒都成为为微小的微小的_，它的两，它的两侧侧相当于磁极相当于磁极(如如图图1111所示所示)磁体磁体图图1111二、几种常二、几种常见见的磁的磁场场及安培定及安培定则则1条形磁条形磁铁铁和蹄形磁和蹄形磁铁铁的磁的磁场场(如如图图1112所所示示)图图11122几种几种电电流周流周围围的磁的磁场场分布分布直直线电线电流的流的磁磁场场通通电电螺螺线线管的管的磁磁场场环环形形电电流的磁流的磁场场特点特点无磁极、非无磁极、非匀匀强强且距且距导导线线越越远远磁磁场场_与条形磁与条形磁铁铁的的磁磁场场相似，管相似，管内内为为匀匀强强磁磁场场且磁且磁场场_，管外，管外为为非匀非匀强强磁磁场场环环形形电电流的两流的两侧侧是是N极和极和S极且离极且离圆环圆环中中心越心越远远，磁，磁场场_越弱越弱最强最强越弱越弱直直线电线电流的磁流的磁场场通通电电螺螺线线管的磁管的磁场场环环形形电电流的磁流的磁场场安培安培定定则则立立体体图图直直线电线电流的磁流的磁场场通通电电螺螺线线管的磁管的磁场场环环形形电电流的磁流的磁场场横截横截面面图图纵纵截截面面图图3.匀匀强强磁磁场场：在磁：在磁场场的某些区域内，磁感的某些区域内，磁感线为线为_的平行的平行线线，如，如图图1113所示所示等间距等间距图图11134地磁地磁场场(1)地磁地磁场场的的N极在地球极在地球_附近，附近，S极在地球极在地球_附近，磁感附近，磁感线线分布如分布如图图1114所示所示南极南极北极北极图图1114(2)地磁地磁场场B的水平分量的水平分量(Bx)总总是从地球是从地球_指指向向_，而，而竖竖直分量直分量(By)则则南北相反，在南南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下(3)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感点，磁感应应强强度度_，且方向水平，且方向水平_南极南极北极北极相等相等向北向北名名师师点点拨拨：(1)任何一条磁感任何一条磁感线线都是都是闭闭合的曲合的曲线线，在磁体外部，磁感在磁体外部，磁感线线从从N极到极到S极；在磁体内部，极；在磁体内部，从从S极到极到N极极(2)只有在同一个只有在同一个图图中才能根据磁感中才能根据磁感线线的疏密来的疏密来判定磁判定磁场场的的强强弱弱强强弱弱方向方向特特(T)矢量矢量大小大小方向方向四、安培力四、安培力1大小：大小：(如如图图1115)(1)FBILsin.(其中其中为为B与与I之之间间的的夹夹角角)(2)磁磁场场和和电电流垂直流垂直时时F_.(3)磁磁场场和和电电流平行流平行时时F0.BIL图图11152方向方向(1)用左手定用左手定则则判定：伸开左手，使大拇指与其判定：伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁内，把手放入磁场场中，中，让让磁感磁感线线垂直穿入手心，垂直穿入手心，并使伸开的四指指向并使伸开的四指指向_的方向，那么，大的方向，那么，大_所指的方向就是通所指的方向就是通电导线电导线在磁在磁场场中所受中所受安培力的方向安培力的方向(2)安培力的方向特点：安培力的方向特点：FB，FI，即，即F垂直垂直于于B和和I决定的平面决定的平面(注意：注意：B和和I可以有任意可以有任意夹夹角角)电流电流拇指拇指五、磁五、磁电电式式电电流表流表1磁磁场场特点特点(1)方向：沿方向：沿_均匀均匀辐辐射地分布射地分布(2)大小：在距大小：在距轴线轴线等距离等距离处处的磁感的磁感应应强强度大小度大小_ 径向径向相等相等图图11162安培力的特点安培力的特点(1)方向：安培力的方向与方向：安培力的方向与线线圈平面圈平面_(2)大小：安培力的大小与通大小：安培力的大小与通过过的的电电流成流成_ 3表表盘盘刻度特点刻度特点由于由于导线导线在安培力作用下在安培力作用下带动线带动线圈圈转动转动，螺旋，螺旋弹弹簧簧变变形，反抗形，反抗线线圈的圈的转动转动，电电流越大，安培力越流越大，安培力越大，形大，形变变就就_，所以指，所以指针针偏角与通偏角与通过线过线圈的圈的电电流流I成成_，表，表盘盘刻度刻度_ 垂直垂直正比正比越大越大正比正比均匀均匀课堂互动讲练课堂互动讲练3匀匀强强磁磁场场：磁感：磁感应应强强度大小和方向度大小和方向处处处处相同，相同，磁感磁感线线互相平行且互相平行且间间距相等距相等特特别别提醒：提醒：(1)电场电场强强度的方向和度的方向和电电荷受力方荷受力方向相同或相反，而磁感向相同或相反，而磁感应应强强度的方向和度的方向和电电流元流元受力方向垂直受力方向垂直(2)电电荷在荷在电场电场中一定受静中一定受静电电力作用，而力作用，而电电流在流在磁磁场场中不一定受安培力中不一定受安培力1.关于磁感关于磁感应应强强度度B，下列，下列说说法中正确的是法中正确的是()A磁磁场场中某点中某点B的大小，跟放在的大小，跟放在该该点的点的试试探探电电流元的情况有关流元的情况有关B磁磁场场中某点中某点B的方向，跟放在的方向，跟放在该该点的点的试试探探电电流流元所受磁元所受磁场场力方向一致力方向一致C在磁在磁场场中某点的中某点的试试探探电电流元不受磁流元不受磁场场力作用力作用时时，该该点的点的B值值大小大小为为零零D在磁在磁场场中磁感中磁感线线越密集的地方，磁感越密集的地方，磁感应应强强度度越大越大即时应用即时应用二、通二、通电导电导体在安培力作用下运体在安培力作用下运动动的判断的判断判定通判定通电导电导体在安培力作用下的运体在安培力作用下的运动动或运或运动动趋势趋势，首先必，首先必须须弄清楚弄清楚导导体所在位置的磁体所在位置的磁场场分分布情况，然后利用左手定布情况，然后利用左手定则则准确判定准确判定导导体的受体的受力情况，力情况，进进而确定而确定导导体的运体的运动动方向或运方向或运动趋势动趋势的方向的方向现对现对几种常用的方法列表比几种常用的方法列表比较较如下：如下：电电流元流元法法把整段弯曲把整段弯曲导线导线分分为为多段直多段直线电线电流元，先用左手定流元，先用左手定则则判断每判断每段段电电流元受力的方向，然后判断整段流元受力的方向，然后判断整段导线导线所受合力的方向，所受合力的方向，从而确定从而确定导线导线运运动动方向方向特殊位特殊位置法置法通通电导线转动电导线转动到某个便于分析的特殊位置到某个便于分析的特殊位置时时，判断其所受安，判断其所受安培力的方向，从而确定其运培力的方向，从而确定其运动动方向方向等效法等效法环环形形电电流可等效成小磁流可等效成小磁针针，通，通电电螺螺线线管可以等效成条形磁管可以等效成条形磁铁铁或多个或多个环环形形电电流，反流，反过过来等效也成立然后根据同极相斥、来等效也成立然后根据同极相斥、异极相吸判断相互作用情况异极相吸判断相互作用情况结论结论法法两平行直两平行直线电线电流在相互作用流在相互作用过过程中，无程中，无转动趋势转动趋势，同向，同向电电流流互相吸引，反向互相吸引，反向电电流互相排斥；两不平行的直流互相排斥；两不平行的直线电线电流相互作流相互作用用时时，有，有转转到平行且到平行且电电流方向相同的流方向相同的趋势趋势转换转换研研究究对对象象法法定性分析磁体在定性分析磁体在电电流磁流磁场场作用下如何运作用下如何运动动或运或运动趋势动趋势的的问题问题时时，可先分析，可先分析电电流在磁体磁流在磁体磁场场中所受的安培力，然后由牛中所受的安培力，然后由牛顿顿第三定律，确定磁体所受第三定律，确定磁体所受电电流磁流磁场场的作用力，从而确定磁体的作用力，从而确定磁体所受合力及运所受合力及运动动方向方向特特别别提醒：提醒：(1)安培力的方向与磁感安培力的方向与磁感应应强强度的方度的方向垂直，而不是相同或相反，向垂直，而不是相同或相反，这这跟跟电场电场力与力与电电场场强强度方向之度方向之间间的关系是不同的的关系是不同的(2)某些某些导导体在安培力作用下可能会出体在安培力作用下可能会出现现平平动动与与转动转动同同时发时发生的情况生的情况2(2011年徐州模年徐州模拟拟)如如图图1117所示，把所示，把轻轻质导线质导线圈用圈用绝缘细线悬绝缘细线悬挂在磁挂在磁铁铁N极附近，磁极附近，磁铁铁的的轴线轴线穿穿过线过线圈的圈的圆圆心，且垂直于心，且垂直于线线圈平面，圈平面，当当线线圈中通入如圈中通入如图图方向的方向的电电流后，流后，线线圈的运圈的运动动情况是情况是()A线线圈向左运圈向左运动动B线线圈向右运圈向右运动动C从上往下看从上往下看顺时针转动顺时针转动D从上往下看逆从上往下看逆时针转动时针转动即时应用即时应用图图1117解析：解析：选选A.法一：法一：电电流元法首先将流元法首先将圆圆形形线线圈圈分成很多小段，每一段可看作一直分成很多小段，每一段可看作一直线电线电流，取流，取其中上、下两小段分析，其截面其中上、下两小段分析，其截面图图和受安培力和受安培力情况如情况如图图1118甲所示根据甲所示根据对对称性可知，称性可知，线线圈所受安培力的合力水平向左，故圈所受安培力的合力水平向左，故线线圈向左圈向左运运动动只有只有选项选项A正确正确法二：等效法将法二：等效法将环环形形电电流等效成一条形磁流等效成一条形磁铁铁，如如图图乙所示，据异名磁极相吸引知，乙所示，据异名磁极相吸引知，线线圈将向左圈将向左运运动动，选选A.也可将左也可将左侧侧条形磁条形磁铁铁等效成一等效成一环环形形电电流，根据流，根据结论结论“同向同向电电流相吸引，异向流相吸引，异向电电流相排斥流相排斥”也可判断出也可判断出线线圈向左运圈向左运动动，选选A.三、安培力公式三、安培力公式FBIL的的说说明明1B是与是与L垂直或与垂直或与L垂直的分量垂直的分量2L是有效是有效长长度度3B并非一定是匀并非一定是匀强强磁磁场场，但一定是，但一定是导线导线所在所在处处的磁感的磁感应应强强度度如如图图1118甲所示折甲所示折线线abc中通入中通入电电流流I，abbcL，折，折线线所在平面与匀所在平面与匀强强磁磁场场磁感磁感应应强强度度B垂直垂直abc受安培力等效于受安培力等效于ac(通有通有ac的的电电流流I)所受的安培力，即所受的安培力，即FBIL，方向同，方向同样样由等效由等效电电流流ac判断判断为为在在纸纸面内垂直于面内垂直于ac斜向上同理推斜向上同理推知：知：(1)如如图图乙所示，半乙所示，半圆圆形通形通电导线电导线受安培力受安培力FBI2R；(2)如如图图丙所示丙所示闭闭合的通合的通电导线电导线框受安框受安培力培力F0.图图11183(2009年高考全国卷年高考全国卷)如如图图1119所示，一所示，一段段导线导线abcd位于磁感位于磁感应应强强度大小度大小为为B的匀的匀强强磁磁场场中，且与磁中，且与磁场场方向方向(垂直于垂直于纸纸面向里面向里)垂直垂直线线段段ab、bc和和cd的的长长度均度均为为L，且，且abcbcd135.流流经导线经导线的的电电流流为为I，方向如，方向如图