1、第九章磁場(chǎng),第1講磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用,一、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度 1.磁場(chǎng) (1)基本特性:磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場(chǎng)力的作用。 (2)方向:小磁針的N極所受磁場(chǎng)力的方向,或自由小磁針靜止時(shí)北極的指向。 2.磁感應(yīng)強(qiáng)度 (1)物理意義:描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。 (3)方向:小磁針靜止時(shí)N極的指向。,【提示】對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的三點(diǎn)提醒: (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定,與是否放入小磁針及電流無(wú)關(guān)。 (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其方向與磁場(chǎng)的方向、磁感線的切向是相同的。 (3)在空間中有多個(gè)磁場(chǎng)共存時(shí),要通過(guò)矢量合成求合磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向。,3.勻強(qiáng)磁場(chǎng) (1)定義:磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等

2、、方向處處相同的磁場(chǎng)稱為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 (2)特點(diǎn):勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的磁感線是疏密程度相同、方向相同的平行直線。,二、磁感線、常見(jiàn)電流的磁場(chǎng) 1.磁感線的特點(diǎn) (1)磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 (2)磁感線的疏密定性地表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,在磁感線較密的地方磁場(chǎng)較強(qiáng);在磁感線較疏的地方磁場(chǎng)較弱。 (3)磁感線是閉合曲線,沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)。在磁體外部,從N極指向S極;在磁體內(nèi)部,由S極指向N極。 (4)同一磁場(chǎng)的磁感線不中斷、不相交、不相切。 (5)磁感線是假想的曲線,客觀上不存在。,2.電流的磁場(chǎng),3.地磁場(chǎng) 地球的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似,其主要特點(diǎn)有三個(gè): (1)地磁場(chǎng)的N極在地球南極附近,

3、S極在地球北極附近。 (2)地磁場(chǎng)B的水平分量(Bx)總是從地球南極指向北極,而豎直分量(By)在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下。 (3)在赤道平面上,距離地球表面相等的各點(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度相等,且方向水平向北。,三、安培力、安培力的方向 1.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中安培力的大小:當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方 向成角時(shí),F=BILsin 。 (1)當(dāng)磁場(chǎng)與電流垂直時(shí),安培力最大,Fmax=BIL。 (2)當(dāng)磁場(chǎng)與電流平行時(shí),安培力等于零。 2.安培力的方向 (1)用左手定則判定:伸開(kāi)左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)。讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使四指指向電流的方向,這時(shí)拇指所指的方

4、向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。 (2)特點(diǎn):FB,FI,即F垂直于B和I決定的平面。 3.兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力:同向電流互相吸引,異向電流互相排斥。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念 1.磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量,是用比值法定義的。 2.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相同,磁感線是一組平行且等間距的直線。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,【品思感悟】理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的三點(diǎn)注意事項(xiàng): (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定,因此不能根據(jù)定義式 認(rèn)為B與F成正比,與IL成反比。 (2)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)通電導(dǎo)線最好垂直磁場(chǎng)放入,如果平行磁場(chǎng)放

5、入,則所受安培力為零,但不能說(shuō)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。 (3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其方向?yàn)榉湃肫渲械男〈裴楴極的受力方向,也是小磁針靜止時(shí)N極的指向。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,(多選)下列說(shuō)法正確的是 ( CD ) A.磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以這樣測(cè)定:把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí),受到的磁場(chǎng)力F與該導(dǎo)線的長(zhǎng)度L、通過(guò)的電流I的乘積的比值即為磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.通電導(dǎo)線在某點(diǎn)不受磁場(chǎng)力的作用,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C.磁感應(yīng)強(qiáng)度 只是定義式,它的大小取決于場(chǎng)源及磁場(chǎng)中的位置,與F、I、L以及通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的方向無(wú)關(guān) D.磁場(chǎng)是客觀存在的,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)

6、三,安培定則的應(yīng)用與磁場(chǎng)的疊加 1.安培定則的應(yīng)用 在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”。 2.磁場(chǎng)的疊加 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,多個(gè)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加時(shí),合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場(chǎng)源單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,典例2(多選)三條在同一平面內(nèi)的長(zhǎng)直絕緣導(dǎo)線組成一等邊三角形,在導(dǎo)線中通過(guò)的電流均為I,方向如圖所示。a、b和c三點(diǎn)分別位于三角形的三個(gè)頂角的平分線上,且到相應(yīng)頂點(diǎn)的距離相等。將a、b和c處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別記為B1、B2和B3,下列說(shuō)法正確的是 () A.B1=B2B3 B.B1=B2=B3 C.a和b處磁場(chǎng)

7、方向垂直于紙面向外,c處磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 D.a處磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外,b和c處磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,【解題思路】本題要明確3條導(dǎo)線中的電流在a、b、c三點(diǎn)各自產(chǎn)生的磁場(chǎng)的分布情況,要充分利用對(duì)稱性進(jìn)行矢量合成。對(duì)于a點(diǎn),由右手螺旋定則可知,兩傾斜導(dǎo)線在此處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反,水平導(dǎo)線在此點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向外;對(duì)于b點(diǎn),斜向右上方的導(dǎo)線與水平導(dǎo)線在此點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反,斜向左上方的導(dǎo)線在此點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向外;對(duì)于c點(diǎn),水平導(dǎo)線在此點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向里,斜向左上方和斜向右上方的導(dǎo)線在此點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也向里,則c點(diǎn)合磁場(chǎng)方向向

8、里,且有B3B1=B2。綜上可知,A、C項(xiàng)正確。 【參考答案】 AC,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線a、b平行放置,如圖所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖,圖中O點(diǎn)為兩根導(dǎo)線連線ab的中點(diǎn),M、N為ab的中垂線上的兩點(diǎn)且與O點(diǎn)等距,兩導(dǎo)線中通有等大、同向的恒定電流,已知直線電流在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小跟該點(diǎn)到通電導(dǎo)線的距離r成反比,則下列說(shuō)法中正確的是 ( B ) A.M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相同 B.M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相反 C.在線段MN上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都不可能為零 D.若在N點(diǎn)放一小磁針,靜止時(shí)其北極沿NO由N點(diǎn)指向O點(diǎn) 【解

9、析】由安培定則、通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)特點(diǎn)及矢量的合成知BM垂直MN向下,BN垂直MN向上,且BM=BN;而O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BO=0,B項(xiàng)正確,A、C項(xiàng)錯(cuò)誤;若在N點(diǎn)放一小磁針,靜止時(shí)其北極垂直MN向上,D項(xiàng)錯(cuò)誤。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,安培力 1.安培力的大小 (1)當(dāng)通電導(dǎo)體和磁場(chǎng)方向垂直時(shí),F=ILB。 (2)當(dāng)通電導(dǎo)體和磁場(chǎng)方向平行時(shí),F=0。 (3)當(dāng)通電導(dǎo)體和磁場(chǎng)方向的夾角為時(shí),F=ILBsin 。 (4)L是有效長(zhǎng)度,即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長(zhǎng)度。 2.安培力的方向 (1)安培力的方向由左手定則確定。 (2)FB,同時(shí)FI,即F垂直于B和I決定的平面,但I(xiàn)和B不一定垂直。,考點(diǎn)一,考

10、點(diǎn)三,考點(diǎn)二,典例3(2015新課標(biāo)全國(guó)卷)如圖,一長(zhǎng)為10 cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中;磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T,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(guò)開(kāi)關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12 V的電池相連,電路總電阻為2 。已知開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量均為0.5 cm;閉合開(kāi)關(guān),系統(tǒng)重新平衡后,兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)相比均改變了0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判斷開(kāi)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。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,【解題思路】依題意,開(kāi)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

11、豎直向下。 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),兩彈簧各自相對(duì)于其原長(zhǎng)伸長(zhǎng)為l1=0.5 cm。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為彈簧的勁度系數(shù),g為重力加速度的大小。 開(kāi)關(guān)閉合后,金屬棒所受安培力的大小為 F=BIL 式中,I為回路電流,L為金屬棒的長(zhǎng)度。兩彈簧各自再伸長(zhǎng)了 l2=0.3 cm,由胡克定律和力的平衡條件得 2k(l1+l2)=mg+F 由歐姆定律有 E=IR 式中,E是電源的電動(dòng)勢(shì),R是電路總電阻。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,聯(lián)立式,并代入題給數(shù)據(jù)得 m=0.01 kg 【參考答案】 豎直向下0.01 kg,考點(diǎn)一,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,【總結(jié)提升】安培力作用下導(dǎo)體棒平

12、衡問(wèn)題的解決方法: (1)求解安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問(wèn)題的基本思路 (2)三個(gè)關(guān)鍵: 電磁問(wèn)題力學(xué)化。立體圖形平面化。求解問(wèn)題數(shù)學(xué)化。,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,(2016湖北部分重點(diǎn)高中聯(lián)考)如圖所示,用兩根輕細(xì)金屬絲將質(zhì)量為m、長(zhǎng)為l的金屬棒ab的兩端懸掛在c、d兩處,置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)。當(dāng)棒中通以從a到b的電流I后,兩懸線偏離豎直方向角處于平衡狀態(tài),則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大?為了使棒平衡在該位置上,所需勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B最小為多少,方向如何?,考點(diǎn)三,考點(diǎn)二,考點(diǎn)一,解:畫(huà)出從右側(cè)逆著電流方向的側(cè)視圖,如圖甲所示。 金屬棒在重力mg、懸線拉力FT、安培力F三個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài),由

13、平衡條件得F=mgtan 要求所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,應(yīng)使棒在該位置平衡時(shí)所受的安培力最小。由于棒的重力恒定,懸線拉力的方向不變,由如圖乙所示的力三角形可知,安培力的最小值,Fmin=mgsin 即BminIl=mgsin 由左手定則可知,所加磁場(chǎng)的方向應(yīng)平行于懸線向上。,1.(多選)下列說(shuō)法中正確的是 ( AC ) A.電荷在某處不受電場(chǎng)力的作用,則該處電場(chǎng)強(qiáng)度為零 B.一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場(chǎng)力作用,則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C.表征電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱,是把一個(gè)檢驗(yàn)電荷放在該點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力與檢驗(yàn)電荷本身電荷量的比值 D.表征磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,是把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí)受

14、到的磁場(chǎng)力與該小段導(dǎo)線長(zhǎng)度和電流乘積的比值,2.在實(shí)驗(yàn)精度要求不高的情況下,可利用羅盤來(lái)測(cè)量電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,具體做法是:在一根南北方向放置的直導(dǎo)線的正下方10 cm處放一個(gè)羅盤。導(dǎo)線沒(méi)有通電時(shí),羅盤的指針(小磁針的N極)指向北方;當(dāng)給導(dǎo)線通入電流時(shí),發(fā)現(xiàn)羅盤的指針偏轉(zhuǎn)一定角度,根據(jù)偏轉(zhuǎn)角度即可測(cè)定電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。現(xiàn)已測(cè)出此地的地磁場(chǎng)水平分量B=5.010-5 T,通電后羅盤指針停在北偏東60的位置,如圖所示。由此測(cè)出該通電直導(dǎo)線在其正下方10 cm 處通電直導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小約為 ( C ) A.5.010-5 TB.1.010-4 T C.8.6610-5 TD

15、.7.0710-5 T,【解析】如圖所示,因?yàn)?,所以通電直導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1=Btan 60=8.6610-5 T,C項(xiàng)正確。,3.如圖所示,長(zhǎng)方形線框abcd通有電流I,放在直線電流I附近,以下關(guān)于線框四個(gè)邊所受安培力的說(shuō)法正確的是 ( C ) A.線框只有兩個(gè)邊受力,合力向左 B.線框只有兩個(gè)邊受力,合力向右 C.線框四個(gè)邊都受力,合力向左 D.線框四個(gè)邊都受力,合力向右 【解析】直線電流產(chǎn)生磁場(chǎng),通電線框處在磁場(chǎng)中,四條邊都受安培力,其中ab和cd邊所受安培力等大反向,合力為零;由安培定則及左手定則可知,ad邊所受安培力向左,bc邊所受安培力向右,且FadFbc,所以合力向左,C項(xiàng)正確。,4.傾角為的導(dǎo)電軌道間接有電源,軌道上放有一根靜止的金屬