1、第九章磁場 第1講磁場及其對電流的作用,【知識梳理】 知識點1磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線 1.磁場: (1)定義:磁場是_、_周圍存在的一種特殊物 質(zhì)。 (2)基本性質(zhì):磁場對處于其中的_ _。,磁體,電流,磁體、電流和運動電,荷有力的作用,(3)方向:小磁針的_所受磁場力的方向。 2.磁感應(yīng)強度: (1)定義式: (通電導(dǎo)線垂直于磁場)。 (2)方向:_。 3.磁感線及特點: (1)磁感線:在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的 切線方向都跟這點的_的方向一致。,N極,小磁針靜止時N極的指向,磁感應(yīng)強度,(2)特點: 磁感線上某點的_方向就是該點的磁場方向。 磁感線的_定性地表示磁場的強弱。

2、磁感線是_曲線,沒有起點和終點。 同一磁場的磁感線_、_、_。 磁感線是假想的曲線,客觀上_。,切線,疏密,閉合,閉合,不中斷,不相切,不存在,知識點2安培定則 1.通電直導(dǎo)線:右手握住導(dǎo)線,讓_所指的方 向與電流方向一致,_所指的方向就是磁感 線環(huán)繞的方向。,伸直的拇指,彎曲的四指,2.環(huán)形電流(或通電螺線管):讓右手_與環(huán) 形電流(或通電螺線管中電流)的方向一致,_ 所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線(或通電螺線管)軸線上磁感 線的方向。,彎曲的四指,伸直的拇指,如圖,分別表示通電直導(dǎo)線、環(huán)形電流、通電線圈周 圍的磁場,表示_的方向,表示_的方向。,電流,磁場,知識點3安培力的大小與方向 1.安培力的

3、方向:左手定則 (1)伸出左手,讓拇指與其余四指_,并且都在同一 個平面內(nèi)。 (2)讓磁感線從掌心進入,并使_指向電流方向。,垂直,四指,(3)_所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培 力的方向。 2.安培力的大小:F=_(為磁場方向與電流 方向的夾角) (1)當(dāng)磁場與電流垂直時,F=_。 (2)當(dāng)磁場與電流平行時,F=_。,拇指,BILsin,BIL,0,【易錯辨析】 (1)磁場是假想的,客觀上不存在。() (2)磁場中的一小段通電導(dǎo)體在該處受力為零,此處B一定為零。() (3)由定義式B= 可知,電流強度I越大,導(dǎo)線L越長,某點的磁感應(yīng)強度就越小。() (4)磁感線是真實存在的。(),(5

4、)通電線圈可等效成條形磁鐵,它周圍的磁感線起始于線圈一端,終止于線圈的另一端。() (6)安培力的方向既跟磁感應(yīng)強度方向垂直,又跟電流方向垂直。(),提示:(1)。磁場是磁體、電流周圍存在的一種特殊物質(zhì),是客觀存在的。 (2)。當(dāng)BI時,F=0,可見,通電導(dǎo)體受力為零,此處 的磁感應(yīng)強度B不一定為零。 (3)。公式B= 是磁感應(yīng)強度的比值定義式,磁感應(yīng)強度的大小由磁場自身決定,與電流I和導(dǎo)線長度L無關(guān)。,(4)。磁感線是為了形象描述磁場畫出的假想線。 (5)。磁感線是閉合曲線,沒有起點和終點。 (6)。安培力的方向既垂直于磁場方向,又垂直于電流方向,即垂直于磁場與電流決定的平面。,考點1磁場的

5、理解及安培定則 【核心要素精講】 1.磁場的特點: (1)磁場是磁體、電流周圍存在的一種特殊物質(zhì),是客觀存在的。 (2)磁場的強弱由磁場本身決定,與放入其中的電流元的大小無關(guān)。,(3)磁場既有強弱也有方向,磁場的強弱和方向可用磁感應(yīng)強度來表示,也可用磁感線定性地表示。,2.電流的磁場安培定則:,3.磁場的疊加:磁感應(yīng)強度是矢量,合成與分解遵循平行四邊形定則。,【高考命題探究】 【典例1】(2016北京高考) 中國宋代科學(xué)家沈括在夢 溪筆談中最早記載了地磁偏角:“以磁石磨針鋒,則 能指南,然常微偏東,不全南也。”進一步研究表明,地 球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖。結(jié)合上述材料, 下列說法不正確

6、的是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號42722199(),A.地理南、北極與地磁場的南、北極不重合 B.地球內(nèi)部也存在磁場,地磁南極在地理北極附近 C.地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行 D.地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用,【解析】選C。地理南、北極與地磁場存在一個夾角, 稱為磁偏角,故地理南、北極與地磁場的南、北極不重 合,A正確;地磁南極在地理的北極附近,地磁北極在地 理南極附近,B正確;由于地磁場中某點的磁場方向沿該 點的磁感線切線方向,故只有赤道處磁場方向與地面平 行,C錯誤;在赤道處磁場方向水平,而射線是帶電的粒 子,運動方向垂直磁場方向,根據(jù)左手定則可得射向赤 道的帶電宇宙射

7、線粒子受到洛倫茲力的作用,D正確。,【強化訓(xùn)練】 1.科考隊進入某一磁礦區(qū)域 后,發(fā)現(xiàn)指南針原來指向正 北的N極逆時針轉(zhuǎn)過30(如圖所示的虛線),設(shè)該處的地磁場磁感應(yīng)強度水平分量為B,則磁礦所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度水平分量的最小值為() A.BB.2BC. D. B,【解析】選C。合磁場的方向沿虛線方向,所以該磁 礦產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的水平分量的最小值為Bsin30 = ,選項C正確。,2. (多選)如圖,兩根平行長 直導(dǎo)線相距2l,通有大小相等、 方向相同的恒定電流;a、b、 c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點,左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為 、l和3l 。關(guān)于這三點處的磁感應(yīng)強度,下列判斷正確的是(),A.a處

8、的磁感應(yīng)強度大小比c處的大 B.b、c兩處的磁感應(yīng)強度大小相等 C.a、c兩處的磁感應(yīng)強度方向相同 D.b處的磁感應(yīng)強度為零,【解析】選A、D。a、c兩點的磁感應(yīng)強度是兩導(dǎo)線電流產(chǎn)生的合磁感應(yīng)強度,由于a點比c點距離兩導(dǎo)線較近,所以a點的磁感應(yīng)強度比c點的大,A正確。根據(jù)安培定則知,a、c兩處磁感應(yīng)強度方向相反,C錯誤。b點位于兩導(dǎo)線中間,兩導(dǎo)線在b點產(chǎn)生的磁場大小相等,方向相反,合磁感應(yīng)強度為零,c處磁感應(yīng)強度不為零,D正確,B錯誤。,【加固訓(xùn)練】 圖中a、b、c、d為四根與紙 面垂直的長直導(dǎo)線,其橫截 面位于正方形的四個頂點上,導(dǎo)線中通有大小相同的電流,方向如圖所示。一帶正電的粒子從正方形

9、中心O點沿垂直于紙面的方向向外運動,它所受洛倫茲力的方向是() A.向上B.向下C.向左D.向右,【解析】選B。由安培定則可以判斷出a、b、c、d四根長直導(dǎo)線在正方形中心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度如圖所示。四個磁感應(yīng)強度按矢量的平行四邊形定則合成,可得合磁場為水平向左。利 用左手定則判斷洛倫茲力 的方向,可得洛倫茲力豎直 向下,故B項正確。,考點2判斷安培力作用下導(dǎo)體的運動 【核心要素精講】 1.判斷導(dǎo)體運動情況的基本思路:首先明確導(dǎo)體所在位置的磁感線分布情況,然后利用左手定則判定導(dǎo)體的受力情況,進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向。,2.常用判斷方法:,【高考命題探究】 【典例2】 (2017徐

10、州模擬)通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面(紙面)內(nèi),L1是固定的,L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(O為L2的中心),各自的電流方向如圖所示。下列哪種情況將會發(fā)生() 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號42722200,A.因L2不受磁場力的作用,故L2不動 B.因L2上、下兩部分所受的磁場力平衡,故L2不動 C.L2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動 D.L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動,【解析】選D。由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1的上方的磁場的方向為垂直紙面向外,且離導(dǎo)線L1越遠的地方,磁場越弱,導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向均為水平向右,由于O點下方的磁場較強,則所受安培力較大,因此L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動,D項正

11、確。,【感悟提高】 (1)特點:本題屬于判斷導(dǎo)體在安培力作用下的運動情 況的問題。 (2)方法:先明確_情況,然后判斷導(dǎo) 體_情況,最后判斷導(dǎo)體的運動 情況。 (3)拓展:若撤去轉(zhuǎn)軸O,L2邊轉(zhuǎn)動,邊_L1。,磁場的強弱、方向,各處受力的大小、方向,遠離,【強化訓(xùn)練】 1. (多選)把一根不計重力的通電的硬直導(dǎo)線ab放在 磁場中,導(dǎo)線所在區(qū)域的磁感線呈弧形,如圖所示。導(dǎo) 線可以在空中自由移動和轉(zhuǎn)動,導(dǎo)線中的電流方向由a 向b,關(guān)于導(dǎo)線的受力和運動情況,下述說法正確的是 (),A.硬直導(dǎo)線先轉(zhuǎn)動,后邊轉(zhuǎn)動邊下移 B.硬直導(dǎo)線只能轉(zhuǎn)動,不會向下移動 C.硬直導(dǎo)線各段所受安培力的方向都與導(dǎo)線垂直 D

12、.在圖示位置,a端受力垂直紙面向內(nèi),b端受力垂直紙面向外,【解析】選A、C。各處磁場可以分解為水平方向上的分量和豎直方向上的分量,根據(jù)左手定則可以判斷出,在圖示位置,a端受力垂直紙面向外,b端受力垂直紙面向內(nèi),即導(dǎo)線兩端受到的安培力方向均垂直于紙面,但方向相反,所以導(dǎo)線先轉(zhuǎn)動,隨著轉(zhuǎn)動,導(dǎo)線所受安培力具有豎直向下的分量,所以后邊轉(zhuǎn)動邊下移,選項A正確,B、D錯誤;硬直導(dǎo)線各段所受安培力的方向都與導(dǎo)線垂直,也與該處磁場方向垂直,選項C正確。,2. (2017淄博模擬)如圖所示, 一條形磁鐵靜止在固定斜面上, 上端為N極,下端為S極,其中一條 磁感線如圖所示。垂直于紙面方 向有兩根完全相同的固定導(dǎo)

13、線,它們與磁鐵兩端的連線 都與斜面垂直且長度相等(如圖中虛線所示)。開始兩 根導(dǎo)線未通電流,斜面對磁鐵的彈力、摩擦力的大小,分別為FN、Ff,后來兩根導(dǎo)線通一圖示方向、大小相同的電流后,磁鐵仍然靜止,則與未通電時相比() A.FN、Ff均變大 B.FN不變、Ff變小 C.FN變大、Ff不變 D.FN變小、Ff不變,【解析】選D。兩根導(dǎo)線通一題圖所示方向、大小相同的電流后,導(dǎo)線受到安培力,由對稱性和矢量的合成結(jié)合牛頓第三定律知,磁鐵受到垂直斜面向上的力,斜面對磁鐵的彈力減小,摩擦力不變,選項D正確。,3.將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細線吊起來,在其附近放一條形磁鐵,磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個平面內(nèi),

14、且通過圓環(huán)中心,如圖所示,當(dāng)圓環(huán)中通以順時針方向的電流時,從上往下看(),A.圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動,靠近磁鐵 B.圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動,遠離磁鐵 C.圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動,靠近磁鐵 D.圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動,遠離磁鐵,【解析】選C。將圓環(huán)大致分成左、右兩部分,右半部分受力指向紙里,左半部分受力指向紙外,故俯視圖中,圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動;當(dāng)圓環(huán)轉(zhuǎn)過90時,圓環(huán)右邊相當(dāng)于 條形磁鐵的S極,故圓環(huán)靠近磁鐵。綜上可知選項C正確。,【加固訓(xùn)練】 如圖所示,固定不動的絕緣 直導(dǎo)線mn和可以自由移動的矩形線框abcd位于同一平面內(nèi),mn與ad、bc邊平行且離ad邊較近。當(dāng)導(dǎo)線mn中通以方向向上的電流,線框中通以順時針方向的電流時,線框的

15、運動情況是(),A.向左運動B.向右運動 C.以mn為軸轉(zhuǎn)動D.靜止不動,【解析】選B。以mn為研究對象,線框內(nèi)磁場方向垂直 紙面向里,由左手定則知導(dǎo)線mn受到向左的安培力,由牛頓第三定律可知線框受到向右的作用力,故線框向右運動,選項B正確。,考點3安培力作用下導(dǎo)體的平衡和加速問題 【核心要素精講】 1.分析導(dǎo)體在磁場中平衡和加速問題的基本思路: (1)確定要研究的導(dǎo)體。 (2)按照已知力重力安培力彈力摩擦力的順序,對導(dǎo)體受力分析。 (3)分析導(dǎo)體的運動情況。 (4)根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列式求解。,2.受力分析的注意事項: (1)安培力的方向特點:FB,FI,即F垂直于B和I決定的平面。

16、 (2)安培力的大小:應(yīng)用公式F=BILsin計算彎曲導(dǎo)線在勻強磁場中所受安培力的大小時,有效長度L等于曲線兩端點的直線長度。,(3)視圖轉(zhuǎn)換:對于安培力作用下的力學(xué)問題,導(dǎo)體棒的受力往往分布在三維空間的不同方向上,這時應(yīng)利用俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等,變立體圖為二維平面圖。,【高考命題探究】 【典例3】(2015全國卷) 如圖,一長為10cm的金屬棒ab 用兩個完全相同的彈簧水平 地懸掛在勻強磁場中,磁場的磁感應(yīng)強度大小為0.1T, 方向垂直于紙面向里;彈簧上端固定,下端與金屬棒絕 緣,金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12V的電池相連,電路,總電阻為2。已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量均為0.5cm;閉

17、合開關(guān),系統(tǒng)重新平衡后,兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變了0.3cm,重力加速度取10m/s2。判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向,并求出金屬棒的質(zhì)量。 世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號42722201,【解析】依題意,開關(guān)閉合后,電流方向從b到a,由左 手定則可知,金屬棒所受的安培力方向豎直向下。 開關(guān)斷開時,兩彈簧各自相對于其原長伸長為l1= 0.5cm。由胡克定律和力的平衡條件得2kl1=mg 式中,m為金屬棒的質(zhì)量,k是彈簧的勁度系數(shù),g是重力 加速度的大小。,開關(guān)閉合后,金屬棒所受安培力的大小為F=IBL 式中,I是回路電流,L是金屬棒的長度,兩彈簧各自再伸長了l2=0.3cm,由胡克定律和力的

18、平衡條件得 2k(l1+l2)=mg+F 由歐姆定律有E=IR 式中,E是電池的電動勢,R是電路總電阻。 聯(lián)立式,并代入題給數(shù)據(jù)得m=0.01kg 答案:安培力的方向豎直向下0.01kg,【遷移訓(xùn)練】,遷移1:計算瞬時加速度 【典例3】中,閉合開關(guān),系統(tǒng)重新平衡后,重新斷開開關(guān)的瞬間,金屬棒的加速度大小是多少? 【解析】由2kx1=mg可得:k=10N/m 重新斷開開關(guān)的瞬間,根據(jù)牛頓第二定律 2kx2-mg=ma 可得:a=6m/s2 答案:6m/s2,遷移2:磁場方向變化 【典例3】中,其他條件不變,磁場方向變?yōu)樨Q直向下,閉合開關(guān),系統(tǒng)平衡后,彈簧的形變量是多少? 【解析】磁場方向變?yōu)樨Q直向下后,根據(jù)左手定則可得:金屬棒所受安培力垂直紙面向外,所以 (2kx3)2=(mg)2+(BIL)2 又因為E=IR,可得x30.58cm 答案:0.58cm,遷移3:電路總電阻變化 【典例3】中,其他條件不變,電路總電阻變?yōu)?,閉合開關(guān),系統(tǒng)平衡后,彈簧的形變量是多少? 【解析】根據(jù)E=IR,可得:I=3A 根據(jù)平衡條件:2kx4=mg+BIL 可得x4=0.65cm 答案:0.65cm,【加固訓(xùn)練】 (多選)如圖所示,水平長直導(dǎo) 線MN中通有M到N方向的恒定 電流,用兩根輕質(zhì)絕緣細線將矩形線圈abcd懸掛在其正下方。開始時線圈內(nèi)不通電流,兩根細線上的張力均為FT,當(dāng)線圈中通過的電流為