第讲-磁场及磁场对电流的作用.doc

章磁场第1讲磁场及磁场对电流的作用一、磁场、磁感应强度1磁场(1)基本性质：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)(3)方向：小磁针静止时N极的指向(4)单位：特斯拉(T)3匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场(2)特点匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部中心轴线附近的磁场(边缘部分除外)，都可以认为是匀强磁场4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的乘积叫磁通量(2)公式：BS.(3)单位：1 Wb1_Tm2.二、磁感线及几种常见的磁场分布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方向一致2磁感线的特点(1)磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线(2)磁感线在磁体(螺线管)外部由N极到S极，内部由S极到N极，是闭合曲线(3)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱(4)磁感线上任何一点的切线方向，都跟该点的磁场(磁感应强度)方向一致(5)磁感线不能相交，也不能相切3安培定则(1)直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场磁感线的方向可以用安培定则确定(2)对于通电直导线，可用右手握住导线，大拇指指向电流方向，弯曲的四指指向磁感线环绕的方向(3)对于环形电流和通电螺线管，则用弯曲的四指指向电流环绕的方向，右手大拇指指向螺线管轴线上的磁感线的方向4几种常见的磁场(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，管内中心轴线附近为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场安培定则立体图横截面图纵截面图(3)地磁场地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图所示地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向北极；而竖直分量(By)则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱相同，且方向水平向北三、通电导线在磁场中受到的力安培力1安培力的大小(1)磁场和电流垂直时：FBIL.(2)磁场和电流平行时：F0.2安培力的方向(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在磁场中所受安培力的方向(2)安培力的方向特点：FB，FI，即F垂直于B和I决定的平面1下列说法正确的是()A磁场中某点的磁感应强度可以这样测定：把一小段通电导线放在该点时，受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I的乘积的比值B即为磁场中某点的磁感应强度B通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C磁感应强度B只是定义式，它的大小取决于场源及磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关D磁场是客观存在的解析：A项考的是磁感应强度的定义，只有当通电导线与磁场方向垂直时才有B，A错；B项中，当导线与磁场平行时，不受磁场力，此时，磁场不为零，B错，C选项中，B是定义式，并不决定磁场，磁场强弱取决于场源及磁场中的位置，C正确磁场与电场一样，都是客观存在的，D正确答案：CD2如图所示四种情况中，匀强磁场磁感应强度大小相等，载流导体长度相同，通过的电流也相同，导体受到的磁场力最大，且方向沿着纸面的情况是()A甲、乙B甲、丙C乙、丁 D乙、丙答案：C3如图所示为两同心圆环，当有一匀强磁场垂直穿过A环面时，A环面磁通量为1，此时B环面磁通量为2.若将其匀强磁场改为一条形磁铁，垂直穿过A环面，此时A环面的磁通量为3，B环面的磁通量为4，有关磁通量的大小，下列说法正确的是()A12 B12C34 D34解析：当只有匀强磁场垂直穿过A环面时，由于A、B两环的有效面积相等，故12，B正确；若改为一条形磁铁，考虑到磁体内部的磁感线与外部的磁感线的方向，可知34，C正确，答案为B、C.答案：BC4一段长0.2 m，通过2.5 A电流的直导线，关于在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况，正确的是()A如果B2 T，F一定是1 NB如果F0，B也一定为零C如果B4 T，F有可能是1 ND如果F有最大值时，通电导线一定与磁场方向平行解析：当导线与磁场方向垂直放置时，FBIL，导线所受的安培力最大；当导线与磁场方向平行时，导线所受的安培力F0；当导线与磁场方向成其他任意角度放置时，0FBIL，故A、D错误，C正确；磁感应强度是磁场本身的性质，与导线所受的安培力无关，B错误答案：C5请画出在图所示的甲、乙、丙三种情况下，导线受到的安培力的方向解析：画出甲、乙、丙三种情况的侧面图，利用左手定则判定出在甲、乙、丙三种情况下，导线所受安培力的方向如答题图所示答案：1磁感应强度是用比值法定义的，其大小由磁场本身的性质决定，与放入的直导线的电流I的大小、导线长度L的大小无关故不能根据B就说B与F成正比，与IL成反比2两个电流附近的磁场的磁感应强度是两个电流分别单独存在时产生的磁场的磁感应强度叠加而成的，且满足矢量合成法则平行四边形定则(2012大纲全国卷)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、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(1)磁场存在于磁体、电流的周围，其强弱用磁感应强度表示，磁感应强度B是一矢量，满足矢量叠加原理(2)磁感线可形象描述磁感应强度的大小和方向，电流周围的磁感应强度的方向用安培定则判定11：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，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MN上各点的磁感应强度，下列说法中正确的是()AM点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同BM点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反C线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零D线段MN上只有一点的磁感应强度为零解析：根据安培定则和磁场的叠加原理，M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反，故A错误，B正确；在线段MN上只有在O点处，a、b两电流形成的磁场的磁感应强度等大反向，即只有O点处的磁感应强度为零，C错误、D正确答案：BD安培力常用公式FBIL应用时要满足：(1)B与I垂直；(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(如图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端因此任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，受到的安培力的矢量和为零如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力为()A沿纸面向上，大小为(1)ILBB沿纸面向上，大小为(1)ILBC沿纸面向下，大小为(1)ILBD沿纸面向下，大小为(1)ILB解析：通有电流I的导线abcd可等效为通有电流I的ad直线电流，电流方向为ad，由左手定则可知受到的磁场作用力的方向沿纸面向上；ad(21)L(1)L，所以力的大小F(1)ILB.答案：A(1)正确掌握安培力的分析方法若磁场和电流垂直：FBIL.若磁场和电流平行：F0.安培力的方向垂直于磁感线和通电导线所确定的平面(2)注意区别安培力和静电力的方向与场的方向的关系静电力的方向与电场方向平行，安培力的方向与磁场方向垂直21：通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是()A线框有两条边所受的安培力方向相同B线框有两条边所受的安培力大小相等C线框所受的安培力的合力方向向左D线框所受的安培力的合力方向向右解析：由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外，再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等，方向相反ab边受到向右的安培力Fab，cd边受到向左的安培力Fcd，因ab所处的磁场强，cd所处的磁场弱，故FabFcd，线框所受合力方向向右答案：BD(2012天津理综)如图所示，金属棒MN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解决导体棒平衡问题的方法31：如图所示，两根光滑金属导轨平行放置，导轨所在平面与水平面间的夹角为.整个装置处于匀强磁场中金属杆ab垂直导轨放置，当杆中通有从a到b的恒定电流I时，金属杆ab刚好静止则()A磁场方向可能竖直向上B磁场方向竖直向下Cab所受安培力的方向可能平行导轨向上Dab所受安培力的方向可能平行导轨向下解析：由左手定则知安培力的方向可能水平向右可能竖直向上，A、C符合题意答案：AC判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路(1)首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况(2)然后利用左手定则准确判定导体的受力情况(3)进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向现对几种常用的方法列表比较如下：(2013江苏徐州模拟)如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是()A线圈向左运动B线圈向右运动C从上往下看顺时针转动D从上往下看逆时针转动解析：法一电流元法首先将圆形线圈分成很多小段，每一段可看作一直线电流元，取其中上、下两小段分析，其截面图和受安培力情况如图所示根据对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动只有选项A正确法二等效法将环形电流等效成小磁针，如图所示，据异名磁极相吸引知，线圈将向左运动，选A.也可将左侧条形磁铁等效成环形电流，根据结论“同向电流相吸引，异向电流相排斥”，也可判断出线圈向左运动，选A.答案：A如图所示，有一通电直导线放在蹄形电磁铁的正上方，导线可以自由移动，当电磁铁线圈与直导线中通以图示的电流时，有关直导线运动情况的说法中正确的是(从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升解析：特殊位置法开始时左端受力向外，右端受力向里，所以逆时针转动；当转到与纸面垂直时，受力向下；从这两个方面可以得出选项C正确答案：C如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时磁铁对水平面的压力为FN1，现在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后，磁铁对水平面的压力为FN2，则以下说法正确的是()A弹簧长度将变长B弹簧长度将变短CFN1FN2 DFN1FN2解析：转换研究对象法画出导体棒所在处的磁感线，用左手定则可判断出条形磁铁对导体棒的安培力斜向右下方，由牛顿第三定律可知，导体棒对条形磁铁的力斜向左上方，所以弹簧长度将变短，FN1FN2，答案为B、C.答案：BC1.如图所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F，为使F0，可能达到要求的方法是()A加水平向右的磁场B加水平向左的磁场C加垂直纸面向里的磁场D加垂直纸面向外的磁场解析：若F0，则F安mg0，故安培力方向竖直向上，由左手定则知磁场方向为垂直纸面向里，答案为C.答案：C2.(2012海南单科)图中装置可演示磁场对通电导线的作用电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动下列说法正确的是()A若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动解析：若a接正极，b接负极，电磁铁磁极间磁场方向向上，e接正极，f接负极，由左手定则判定金属杆受安培力向左，则L向左滑动，A项错误，同理判定B、D选项正确，C项错误答案：BD3.如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A。A与螺线管垂直，“”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里电键S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()A水平向左B水平向右C竖直向下 D竖直向上解析：电键闭合后根据安培定则可判定导线所在位置处磁感线的方向为水平向右，再由左手定则判定导线受到安培力的方向为竖直向下，C项正确答案：C4.如图所示，长为3l的直导线折成三段做成正三角形，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，该通电导线受到的安培力大小为()A2BIl B.BIlC.BIl D0解析：导线AB段和BC段的有效长度为2lsin 30l，所以该通电导线受到的安培力大小为FBIlBIl2BIl，选项A正确答案：A5如图甲所示，两平行导轨与水平面成角倾斜放置，电源、电阻、金属细杆及导轨组成闭合回路细杆与导轨间的摩擦不计，整个装置分别处在如图乙所示的匀强磁场中，其中可能使金属细杆处于静止状态的是 ()解析：对四个选项受力分析如图，可以看出只有B选项可能使金属细杆处于静止状态故B正确答案：B