第1講磁場及磁場對電流的作用

1、章磁場第 1 講磁場及磁場對電流的作用一、磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度1磁場(1)基本性質(zhì) ：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動電荷有磁場力的作用(2)方向：小磁針的 N 極所受磁場力的方向2磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義 ：描述磁場強(qiáng)弱和方向F(2)大?。築 IL (通電導(dǎo)線垂直于磁場 )(3)方向：小磁針靜止時(shí)N 極的指向(4)單位：特斯拉 (T) 3勻強(qiáng)磁場(1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強(qiáng)磁場(2)特點(diǎn)勻強(qiáng)磁場中的磁感線是疏密程度相同的、方向相同的平行直線距離很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場和通電螺線管內(nèi)部中心軸線附近的磁場 (邊緣部分除外 )，都可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場4磁通量(1)

2、概念：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場中，與磁場方向垂直的平面的面積 S 和 B 的乘積叫磁通量(2)公式： BS.(3)單位：1 Wb 1_T·m2.二、磁感線及幾種常見的磁場分布1磁感線： 在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致2磁感線的特點(diǎn)(1)磁感線是為了形象地描述磁場而人為假設(shè)的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實(shí)曲線(2)磁感線在磁體 (螺線管 )外部由 N 極到 S 極，內(nèi)部由 S 極到 N 極，是閉合曲線(3)磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱，磁感線較密的地方磁場較強(qiáng)，磁感線較疏的地方磁場較弱類型特點(diǎn)(4)磁感線上任何一點(diǎn)的切線方向，都跟該

3、點(diǎn)的磁場(磁感應(yīng)強(qiáng)度 )方向一致(5)磁感線不能相交，也不能相切3安培定則(1)直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場磁感線的方向可以用安培定則確定(2)對于通電直導(dǎo)線，可用右手握住導(dǎo)線，大拇指指向電流方向，彎曲的四指指向磁感線環(huán)繞的方向(3)對于環(huán)形電流和通電螺線管，則用彎曲的四指指向電流環(huán)繞的方向，右手大拇指指向螺線管軸線上的磁感線的方向4幾種常見的磁場(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖所示 )(2)幾種電流周圍的磁場分布直線電流的磁場環(huán)形電流的磁場通電螺線管的磁場無磁極、非勻強(qiáng)且距導(dǎo)環(huán)形電流的兩側(cè)是等效小磁與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)中針的 N 極和 S 極，且離圓環(huán)心軸線附近為勻強(qiáng)磁場且

4、磁場最線越遠(yuǎn)處磁場越弱中心越遠(yuǎn)，磁場越弱強(qiáng)，管外為非勻強(qiáng)磁場安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖(3)地磁場地磁場的 N 極在地球南極附近， S 極在地球北極附近，磁感線分布如圖所示地磁場 B 的水平分量 (Bx)總是從地球南極指向北極；而豎直分量 (By)則南北相反， 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，距離地球表面高度相等的各點(diǎn)，磁場強(qiáng)弱相同，且方向水平向北三、通電導(dǎo)線在磁場中受到的力 安培力1安培力的大小(1)磁場和電流垂直時(shí) ：F BIL .(2)磁場和電流平行時(shí) ：F 0.2安培力的方向(1)用左手定則判定 ：伸開左手，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

5、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)安培力的方向特點(diǎn) ：F B， F I ，即 F 垂直于 B 和 I 決定的平面1下列說法正確的是 ()A 磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以這樣測定：把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí)，受到的磁場力F 與該導(dǎo)線的長度L 、通過的電流I 的乘積的比值FBIL 即為磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B通電導(dǎo)線在某點(diǎn)不受磁場力的作用，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零FC磁感應(yīng)強(qiáng)度 BIL 只是定義式，它的大小取決于場源及磁場中的位置，與 F 、I 、L 以及通電導(dǎo)線在磁場中的方向無關(guān)D磁場是客觀存在的解析： A 項(xiàng)考的是磁感應(yīng)

6、強(qiáng)度的定義， 只有當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時(shí)F才有 BIL ，A 錯(cuò)； B 項(xiàng)中，當(dāng)導(dǎo)線與磁場平行時(shí)，不受磁場力，此時(shí)，磁場不F為零， B 錯(cuò)， C 選項(xiàng)中， B IL 是定義式，并不決定磁場，磁場強(qiáng)弱取決于場源及磁場中的位置， C 正確磁場與電場一樣，都是客觀存在的，D 正確答案：CD2如圖所示四種情況中，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，載流導(dǎo)體長度相同，通過的電流也相同， 導(dǎo)體受到的磁場力最大， 且方向沿著紙面的情況是()A 甲、乙B甲、丙C乙、丁D乙、丙答案：C3如圖所示為兩同心圓環(huán)，當(dāng)有一勻強(qiáng)磁場垂直穿過A 環(huán)面時(shí)， A 環(huán)面磁通量為 1，此時(shí) B 環(huán)面磁通量為 2.若將其勻強(qiáng)磁場改為一條

7、形磁鐵，垂直穿過A 環(huán)面，此時(shí) A 環(huán)面的磁通量為 3，B環(huán)面的磁通量為 ，有關(guān)磁通量的大小，下列說法正確的是()A 4B 1212C D 3434解析：當(dāng)只有勻強(qiáng)磁場垂直穿過 A 環(huán)面時(shí)，由于 A、 B 兩環(huán)的有效面積相等，故 12，B 正確；若改為一條形磁鐵，考慮到磁體內(nèi)部的磁感線與外部的磁感線的方向，可知34， C 正確，答案為 B、C.答案：BC4一段長 0.2 m，通過 2.5 A 電流的直導(dǎo)線， 關(guān)于在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的勻強(qiáng)磁場中所受安培力 F 的情況，正確的是 ()A如果 B2 T，F(xiàn) 一定是 1 NB如果 F 0，B 也一定為零C如果 B4 T，F(xiàn) 有可能是 1 ND如果 F

8、有最大值時(shí)，通電導(dǎo)線一定與磁場方向平行解析：當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向垂直放置時(shí)， F BIL ，導(dǎo)線所受的安培力最大；當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向平行時(shí)，導(dǎo)線所受的安培力F 0；當(dāng)導(dǎo)線與磁場方向成其他任意角度放置時(shí)， 0 F BIL ，故 A 、D 錯(cuò)誤， C 正確；磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁場本身的性質(zhì)，與導(dǎo)線所受的安培力無關(guān)，B 錯(cuò)誤答案：C5請畫出在圖所示的甲、乙、丙三種情況下，導(dǎo)線受到的安培力的方向解析：畫出甲、乙、丙三種情況的側(cè)面圖， 利用左手定則判定出在甲、 乙、丙三種情況下，導(dǎo)線所受安培力的方向如答題圖所示答案：磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解與疊加1磁感應(yīng)強(qiáng)度是用比值法定義的，其大小由磁場本身的性質(zhì)決定，與放入F的直導(dǎo)線的電

9、流I 的大小、導(dǎo)線長度L 的大小無關(guān)故不能根據(jù)BIL 就說 B與 F 成正比，與 IL 成反比2兩個(gè)電流附近的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是兩個(gè)電流分別單獨(dú)存在時(shí)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加而成的，且滿足矢量合成法則 平行四邊形定則(2012 ·大 綱全國卷 )如圖，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的 M 、N 兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流 a、O、b 在 M 、N 的連線上， O 為 MN 的中點(diǎn)， c、d 位于 MN 的中垂線上，且 a、b、c、d 到 O 點(diǎn)的距離均相等關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場，下列說法正確的是()A O 點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零Ba、b 兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大

10、小相等，方向相反Cc、d 兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同Da、c 兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同解析： 根據(jù)安培定則判斷磁場方向， 再結(jié)合矢量的合成知識求解 根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在 O 點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向均垂直于 MN 向下， O 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，故 A 選項(xiàng)錯(cuò)誤； a、b 兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故 B 選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)對稱性， c、 d 兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故 C 選項(xiàng)正確； a、 c 兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，故 D 選項(xiàng)錯(cuò)誤答案：C(1)磁場存在于磁體、電流的周圍，其強(qiáng)弱用磁感應(yīng)強(qiáng)度表示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B 是一矢量，滿足矢量疊加原理(2)磁感線可形

11、象描述磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向，電流周圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向用安培定則判定11：有兩根長直導(dǎo)線 a、 b 互相平行放置，如圖所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖，O 點(diǎn)為兩根導(dǎo)線連線的中點(diǎn)， M 、N 為兩導(dǎo)線附近的兩點(diǎn)，它們在兩導(dǎo)線連線的中垂線上，且與O點(diǎn)的距離相等若兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向相同的恒定電流I ，則關(guān)于線段MN 上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中正確的是()A M 點(diǎn)和 N 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同BM 點(diǎn)和 N 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反C線段 MN 上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都不可能為零D線段 MN 上只有一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零解析：根據(jù)安培定則和磁場的疊加原理，M 點(diǎn)和N 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)

12、度大小相等，方向相反，故A 錯(cuò)誤，B正確；在線段MN上只有在O 點(diǎn)處， a、b 兩電流形成的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等大反向，即只有O 點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，C 錯(cuò)誤、 D 正確答案：BD安培力大小的計(jì)算及方向的判斷安培力常用公式F BIL 應(yīng)用時(shí)要滿足：(1)B 與 I 垂直；(2)L 是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長度；如彎曲導(dǎo)線的有效長度 L 等于兩端點(diǎn)所連直線的長度(如圖所示 )，相應(yīng)的電流方向沿 L 由始端流向末端因此任意形狀的閉合線圈，其有效長度為零，受到的安培力的矢量和為零如 圖所示，一段導(dǎo)線 abcd 位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B 的勻強(qiáng)磁場中， 且與磁場方向 (垂直于紙面向里 )垂直

13、線段 ab、 bc 和 cd 的長度均為 L ，且 abc bcd 135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為 I ，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段 abcd 所受到的磁場的作用力的合力為 ()A 沿紙面向上，大小為(21)ILBB沿紙面向上，大小為( 2 1)ILBC沿紙面向下，大小為(21)ILBD沿紙面向下，大小為(21)ILB解析：通有電流 I 的導(dǎo)線 abcd 可等效為通有電流I 的 ad 直線電流，電流2× 2方向?yàn)?a d，由左手定則可知受到的磁場作用力的方向沿紙面向上；ad ( 2 1)L ( 21)L ，所以力的大小 F (21)ILB .答案： A(1)正確掌握安培力的分析方

14、法若磁場和電流垂直： F BIL .若磁場和電流平行： F 0.安培力的方向垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所確定的平面(2)注意區(qū)別安培力和靜電力的方向與場的方向的關(guān)系靜電力的方向與電場方向平行，安培力的方向與磁場方向垂直21：通電矩形線框abcd 與長直通電導(dǎo)線MN 在同一平面內(nèi)，如圖所示，ab 邊與 MN 平行關(guān)于MN 的磁場對線框的作用力，下列說法正確的是()A 線框有兩條邊所受的安培力方向相同B線框有兩條邊所受的安培力大小相等C線框所受的安培力的合力方向向左D線框所受的安培力的合力方向向右解析：由安培定則可知導(dǎo)線MN 在線框處所產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，再由左手定則判斷出 bc 邊和 ad

15、 邊所受安培力大小相等，方向相反 ab 邊受到向右的安培力 F ab，cd 邊受到向左的安培力 F cd，因 ab 所處的磁場強(qiáng)， cd 所處的磁場弱，故 F abF cd，線框所受合力方向向右答案：BD安培力作用下的平衡問題(2012 ·天津理綜) 如圖所示，金屬棒MN 兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，棒中通以由 M 向 N 的電流，平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為.如果僅改變下列某一個(gè)條件， 角的相應(yīng)變化情況是 ()A 棒中的電流變大， 角變大B兩懸線等長變短， 角變小C金屬棒質(zhì)量變大， 角變大D磁感應(yīng)強(qiáng)度變大， 角變小解析：選金屬棒MN 為研究對象，其受力

16、情況如圖所示根據(jù)平衡條件及三角形知識可得tanBIl mg，所以當(dāng)棒中的電流I 、磁感應(yīng)強(qiáng)度B 變大時(shí)， 角變大，選項(xiàng)A 正確，選項(xiàng)D 錯(cuò)誤；當(dāng)金屬棒質(zhì)量m 變大時(shí)， 角變小，選項(xiàng) C 錯(cuò)誤； 角的大小與懸線長無關(guān)，選項(xiàng)答案：AB 錯(cuò)誤解決導(dǎo)體棒平衡問題的方法3 1：如圖所示，兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置，導(dǎo)軌所在平面與水平面間的夾角為 .整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場中 金屬桿 ab 垂直導(dǎo)軌放置， 當(dāng)桿中通有從 a 到 b 的恒定電流 I 時(shí)，金屬桿 ab 剛好靜止則 ()A 磁場方向可能豎直向上B磁場方向豎直向下Cab 所受安培力的方向可能平行導(dǎo)軌向上Dab 所受安培力的方向可能平行導(dǎo)軌向下解析：由左

17、手定則知安培力的方向可能水平向右可能豎直向上，A 、C 符合題意答案：AC安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動方向的判定方法判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的思路(1)首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況(2)然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況(3)進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動方向或運(yùn)動趨勢的方向現(xiàn)對幾種常用的方法列表比較如下：(2013 ·江 蘇徐州模擬 )如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N 極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運(yùn)動情況是 ()A 線圈向左運(yùn)動B線圈向右運(yùn)動C從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動D從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動解析： 法一 電流

18、元法首先將圓形線圈分成很多小段， 每一段可看作一直線電流元，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖所示根據(jù)對稱性可知， 線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動只有選項(xiàng)A正確法二 等效法將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動，選 A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流， 根據(jù)結(jié)論 “ 同向電流相吸引， 異向電流相排斥 ”，也可判斷出線圈向左運(yùn)動，選 A.答案：A如圖所示，有一通電直導(dǎo)線放在蹄形電磁鐵的正上方，導(dǎo)線可以自由移動，當(dāng)電磁鐵線圈與直導(dǎo)線中通以圖示的電流時(shí)，有關(guān)直導(dǎo)線運(yùn)動情況的說法中正確的是(從上往下看)()A 順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)下降B順時(shí)

19、針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)上升C逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)下降D逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，同時(shí)上升解析：特殊位置法開始時(shí)左端受力向外，右端受力向里，所以逆時(shí)針轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)到與紙面垂直時(shí)，受力向下；從這兩個(gè)方面可以得出選項(xiàng)C 正確答案：C如圖所示，在光滑水平面上一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來，此時(shí)磁鐵對水平面的壓力為 FN1，現(xiàn)在磁鐵左上方位置固定一導(dǎo)體棒，當(dāng)導(dǎo)體棒中通以垂直紙面向里的電流后，磁鐵對水平面的壓力為F N2，則以下說法正確的是()A 彈簧長度將變長B彈簧長度將變短CFN1FN2DFN1FN2解析：轉(zhuǎn)換研究對象法 畫出導(dǎo)體棒所在處的磁感線，用左手定則可判斷出條形磁鐵對導(dǎo)體棒的安培力斜向右下方，由牛頓第三定

20、律可知， 導(dǎo)體棒對條形磁鐵的力斜向左上方，所以彈簧長度將變短，F(xiàn)N1 F N2，答案為 B、C.答案：BC1.如圖所示，用兩根相同的細(xì)繩水平懸掛一段均勻載流直導(dǎo)線MN ，電流 I方向從 M 到 N，繩子的拉力均為F，為使 F 0，可能達(dá)到要求的方法是()A 加水平向右的磁場B加水平向左的磁場C加垂直紙面向里的磁場D加垂直紙面向外的磁場解析： 若 F 0，則 F 安mg0，故安培力方向豎直向上，由左手定則知磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?，答案?C.答案：C2.(2012 海·南單科 )圖中裝置可演示磁場對通電導(dǎo)線的作用 電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌， L 是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿當(dāng)電磁鐵線圈兩端 a、 b，導(dǎo)軌兩端 e、 f，分別接到兩個(gè)不同的直流電源上時(shí)， L 便在導(dǎo)軌上滑動下列說法正確的是()A 若a 接正極，b接負(fù)極，e 接正極，f接負(fù)極，則L向右滑動B若a 接正極， b接負(fù)極， e接負(fù)極， f接正極，則L向右滑動C若a 接負(fù)極，b接正極，e 接正極