磁场 磁场对电流的作用

磁场第1讲磁场 磁场对电流的作用一、考情直播1.考纲解读考纲内容能力要求考向定位1.磁场、磁感应强 度、磁感线2 .通电直导线和通 电线圈周围磁场的 方向3.安培力、安培力 的方向4 .匀强磁场中的安 培力1. 理解磁感应强度的定义2. 理解磁感线的概念、基本性 质以应用。3. 熟练掌握安培定则以及通电 直导线和通电线圈周围磁场的 方向的判断。4. 理解安培力并能运用左手定 则判断安培力的方向。考纲对磁场、磁感应强度、磁感线，通电直导 线和通电线圈周围磁场的方向，安培力、安培力的 方向均只作I级要求.对匀强磁场中的安培力则作 了11级要求，故必须熟练掌握匀强磁场中安培力受 力的分析、方向的判断及大小的计算.相比而言， 新课标考纲删除了磁性材料，分子电流假说， 磁电式电表的原理.增加了通电直导线和通电线 圈周围磁场的方向.对新增考点要引起注意.2.考点整合考点一磁场描述磁场的物理量1、磁场(1) 磁场的产生磁场是、或 客观存在的一种客观物质，磁场的来源主要有：磁极周围有磁场。电流周围有磁场(奥斯特)。变化的电场在周围空间产生磁场(麦克斯韦)。(2) 磁场的基本性质磁场对放入其中白 和 有磁场力的作用(对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感 时不受磁场力作用)。这一点应该跟电场的基本性质相比较。(3) 磁场的方向对于磁场中某一点的方向是这样规定的：小磁针在磁场中静止时极所指的方向就是该点的磁场方向，或者说是小磁针在磁场中静止时 极的受力方向.（4）磁极间的相互作用规律同性相，异性相”（只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部）。特别注意对于通电螺旋管来说通电后相当于一条形磁铁，因此在分析条形磁铁的磁场性质时完全可以按条 形磁铁的性质去分析，对于磁极间的相互作用规律在应用时，一定先要弄清楚是磁铁的内部还是磁铁 的外部，因为在磁铁的内部它们的作用规律恰好与外部的作用规律相反。另外在用下磁针来确定磁场 中某一点的磁场方向时，一定要注意小磁针所处的状态是静止后N极所指的方向。【例1】（07湛江二模）如图11-1-1所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针的正上方时， 磁针的S极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是（） 向右飞行的负离子向左飞行的负离子向右飞行的正离子向左飞行的正离子A. B.C.D.规律总结电流的方向是规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，而负电荷定向移动的方向与电 流的方向相反；对该知识点最容易出错的地方是磁场方向的确定：一定要强调小磁针在磁场中静止时N 极所指的方向.【例2】一小磁针静止在通电螺线管内部，螺线管通过如图11-1-2所示的电流，则下列说法中正确的 是（ ）A. 螺线管左端是N极，小磁针左端也是N极: ,一B. 螺线管左端是S极，小磁针左端也是S极:C. 螺线管左端是N极，小磁针左端是S极V % U-L-rD. 螺线管左端是S极，小磁针左端是N极”T*规律总结对于磁极间的相互作用规律在应用时，一定先要弄清楚是磁铁的内部还是磁铁的外部，不 能对规律生搬硬套，否则会导致错误。考点二、描述磁场的物理量1、磁感线（1）所谓磁感线，是在磁场中画出的一些有方向的曲线，使这些曲线上每一点白 方向与该点的 方向相同的曲线。（2）磁感线的基本特性：磁感线的疏密表示磁场白。磁感线在空中不、不中断、是的曲线；在磁体 部，从N极出发到指向S极；在磁体 部，由S极指向N极。磁感线是为了形象描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不 存在，不可认为有磁感线的地方才有磁场， 没有磁感线的地方没有磁场。（3）.安培定则：表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则，也叫右手螺旋定则。 通电直导线中的安培定则：用 手握住通电直导线，让大拇指指向 的方向，那么四指的指向就是的环绕方向 通电螺线管中的安培定则：用 手握住通电螺线管，使四指弯曲与 方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的极(4) .典型磁场的磁感线分布:环行电貌的磁场11电螺旋管的磁场(4)、电场线与磁感线的异同点电场线磁感线异不封闭曲线；起于正电荷，终于负电荷.封闭曲线；磁体外N-S，磁体内S-N.同1、假想曲线；2、不相交曲线3、线的疏密表示场的强弱 4、线上某点的切线方向为场的方向特别提醒磁感线是闭合的曲线，要值得提醒的是在磁铁的内部磁感线是从磁铁的N极指想S极，很 多考生对这一点很容易出错，往往会受到磁铁外部磁感线分布情况的影响。【例3】关于磁感线的概念和性质，下列说法中正确的是()A. 磁场中任意两条磁感线可能相交B. 磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强的方向C. 铁屑在磁场中分布所形成的曲线就是磁感线D. 磁感线总是从磁体N极出发指向磁体的S极规律总结对于一些基本规律除了要理解它的实质外，还要注意记住它的特殊情况，不要乱套原理或 公式。2、磁感应强度 定义:在磁场中 于磁场方向的通电导线，所受的力(安培力法跟电流I和导线长度L的 IL的比值叫磁感应强度，用符号B表示. 定义式：。 方向：磁感应强度B的方向与该处方向，与小磁针静止时 极受力方向相同. 单位：在国际单位制中是，简称，符号，(1T=N/Am) 物理意义：磁感应强度B是表示磁场 的物理量. 、对B的定义式的理解：比值F/IL是磁场中各点的位置函数，换句话说，在非匀强磁场中比值F/IL是因点而异的，也就是在 磁场中某一确定位置处，无论怎样改变I和L，F都与IL的乘积大小成比例地变化，比值F/IL跟IL的乘 积大小无关.因此，比值F/IL的大小反映了各不同位置处磁场的强弱程度。所以说磁感应强度是磁场本身的一种属性，也就是说磁场某一点的磁感应强度取决于磁体本身，与外 界因素无关.特别提示磁感应强度是磁场本身的一种属性，某处磁感应强度的大小完全由磁场本身来决定，而与外界 因素无关，因此不能根据公式B=F/IL错误得说B与F成正比，与IL的乘积成反比。内部资料，请勿外传【例4】关于磁场中某点的磁感应强度，下列说法正确地是（）A. 由B=F/IL可知，B与F成正比，与IL的乘积成反比B. B的大小与IL的乘积无关，由磁场本身决定C. 长通电螺线管周围的磁场是匀强磁场D . B的方向与通电导线的受力方向相同规律总结公式B=F/IL是磁场强度的定义式，而磁感强度是由磁场本身决定的，它与外界因素无关， 也就是磁感强度是磁场的属性，这个性质与电场强度是电场本身的属性相同；另外磁场强度方向就是该点 磁场强度的方向，这个方向恰好与磁感线上该点的切线方向和小磁针静止时N极所指的方向相同.还有对 于每个物理量的定义式是不能谈比的。考点三安培力、左手定则1. 安培力（1定义：磁场对 的作用力称为安培力，公式：F=.（2）通电导线与磁场方向垂直时，即=90,此时安培力有最 值； K X X X X X X X X卜y通电导线与磁场方向平行时，即=00,此时安培力有最 值，成号 VFmin=n； o 90时，安培力f介于o和最大值之间。T.V 技户 xL为导线的 长度，即导线两端点所连直线的长度，图11-1T 相应的电流方向沿L由始端流向末端；如图11-1-3所示，几种有效长度；（3）根据力的相互作用原理，如果是磁体对通电导体有力的作用，则通电导体对磁体 力.2. 安培力方向的判断、左手定则：伸开左手，使大拇指与其余四个手才，并且与手掌在同一个平面上，把手方攵 入磁场中，让磁感 穿过掌心，并且使四个手指指向的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中所受 的方向.安培力方向既垂直于 方向，又垂直于 的方向.、用伺性相，异性相”（只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时）。、用同向电流相,反向电流才”（反映了磁现象的电本质）。可以把条形磁铁等效为 长直螺线管（不要把长直螺线管等效为条形磁铁）。3. 右手螺旋定则（安培定则）与左手定则的比较右手螺旋定则左手定则作用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的 受力方向内容具体情况直线电流环型电流或通电螺旋 管电流在磁场中具体操作大拇指指向电流的 方向四个手指弯曲的方向 指向电流的环绕方向磁感线垂直穿过掌心， 四指指向电流的方向结果四个手指弯曲的方 向表示磁场线的方向大拇指指向轴线上的 磁感线方向大拇指指向电流所受 到的安培力的方向特别提醒在用公式BIL计算安培力时一定要明确该公式的适用条件,它是在I垂直于B的条件下才可使用，式中 的L为有效长度。当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。例5如图11-1-4所示，三根通电直导线P、Q、R互相平行，通过正三角形的三个P顶点，三条导线通入大小相等，方向垂直纸面向里的电流；通电直导线产生磁场的代卒1磁感应强度B=KI/r，I为通电导线的电流强度，r为距通电导线的距离的垂直距离，RQ图B.垂直R，指向j轴正方向D.垂直R，指向x轴负方向必须记清楚，只有在分析受力时才使用左手，其它情况K为常数；则R受到的磁场力的方向是（）A. 垂直R，指向j轴负方向C. 垂直R，指向x轴正方向规律总结最容易混淆的是左、右手的使用.（判断磁场方向、感应电流方向）均使用右手。考点四、安培力作用下的平衡问题特别提醒当通电导体在磁场所受到安培力、重力等外力的合力为零时，它将处于平衡状态，实质上通电导体 在磁场中的平衡问题的实质是就是力学的中的平衡问题，因此在分析通电导体在磁场中的平衡问题时其 思路与方法与分析力学中的平衡问题是一样的.因此，力的平行四边形法则、共点力的平衡条件以及力【例6】如图11-1-6所示，在倾角为a的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L， 质量为m的直导体棒.在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止 在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是（）A. B = mg竺亶，方向垂直斜面向下B. b = mg ，方向垂直斜面向上ILILC. b = mg 必，方向垂直斜面向下D. b = mg坐亶，方向垂直斜面向上ILIL规律总结在分析通电导体在磁场中的受力平衡问题，一定要注意力学规律的综合应用，如力的平行 四边形法则、力的三角形法则和力的正交分解罚，因为安培力作用下的平衡问题实质上就是一个力学问题， 只不过多了一个安培力而已.考点五、安培力作用下物体运动方向的判断安培力作用下通电导体运动方向的判断常用方法有：1. 等效法：适用于环形电流和通电螺线管与磁体或电流之间的安培力及运动方向的判断.因环形电 流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，同样条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，从而转化为磁 体与磁体之间或电流与电流之间的作用，进而判断其运动方向.2.特殊位置法：适用于磁感线为曲线型的非匀强磁场中导体安培力方向及运动方向的判断.具体方法 为：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置（如转过90），再根据左手定则判断安培力方向，从而 确定运动方向.特别提醒：在分析直线电流之间的安培力及运动方向时可采用以下结论：（1）当两电流相互平行且 无转动趋势时，则同向电流相互吸引，反向电流相互排斥，（2）当两电流不平行时，则有转动到相互平 行且使电流方向相同的趋势.例7.如图11-2-7所示，把轻质线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面，当线圈内通过图示的方向的IZ电流时，线圈将怎样运动？I S I N I f L-S 11-2-7例8.如图11-2-8所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的 正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是H.n（从上往下看）（）A.顺时针转动，同时下降C.逆时针转动，同时下降B.顺时针转动，同时上升D.逆时针转动，同时上升图 11-Z-8规律总结在分析安培力作用下通电导体运动方向的判断时，通常情况下利用等效的方法，即可将电流等效为磁铁，然后根据磁场的相互作用规律进行分析.二、高考热点探究安培力的综合应用本章节中在高考中常考的热点是安培力，该知识点在高考中常与电磁感应、力学和运动学结合起来考 查，所涉及的知识点有运动学规律的应用、动量守恒、动能定理、牛顿二定律以及能的转化与守恒。真题（海南高考）据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示.炮弹（可 视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接.开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后 炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出.设两导轨之间的距离w = 0.10m，导轨长L = 5.0m，炮弹质量m = 0.30kg .导轨上的电流I的方向如图11-1-9中箭头所示.可以认为，炮弹在轨道内 运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B = 2.0 T，方向垂直于纸面向里.若炮弹出口速度为v = 2.0x 103m/s，求通过导轨的电流I.忽略摩擦力与重力的影响.名师指引本题综合考查了安培力、牛顿第二定律，及匀变速直线运动的规律.结合高新或热点问题 进行命题是当前的一大潮流.虽然这些考题披上了新颖的外衣，但若仔细分析，则可以发现落角点实际上 还是比较清晰.这就要求考生在平时加强培养有效提炼信息、并将信息与基本物理原理相联系的能力.新题导练如图所示，固定的竖直光滑金属导轨间距为L，上端接有阻值为R的电阻，处在方向水平、 垂直导轨平面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与下端固定的竖直轻质弹簧相连且 始终保持与导轨接触良好，导轨与导体棒的电阻均可忽略，弹簧的劲度系数为k.初始时刻，弹簧恰好处 于自然长度，使导体棒以初动能Ek沿导轨竖直向下运动，且导体棒在往复运动过程中，始终与导轨垂直.（1） 求初始时刻导体棒所受安培力的大小F； （2）导体棒往复运动一段时间后，最终将静止.设 静止时弹簧的弹性势能为E，则从初始时刻到最终导体棒静止的过程中，电阻R上产生 的焦耳热Q为多少？HIEn-1-io三、抢分频道提升训练1.如图11-1-11所示，小磁针可以自由转动，当电子由A不断运动到B的过程中，小磁针将（）A.不动B. N极向纸里，S极向纸外旋转 4.c.向上运动d. n极向纸外，s极向纸里旋转窗ii-i-ii2. 图11-1-12是一种利用电磁原理制作的一种充气泵的示意图，其工作原理类似打点计时器，当电流从电磁铁的a接线柱流入，吸引小磁铁向下运动时，下列选项中正确的是（A. 电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极B. 电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极C. 电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极D. 电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极3、把电流强度均为I，长度均为L的两小段通电直导线分别置于磁场中的1、2两点处时，所受磁场 力的大小分别为F1和F2，已知1、2两点磁感应强度的大小BVB2，则（）A. B1=F1/ILB. B2= F2/ILC. F1F2D.以上都不对a b c4. 在同一平面上有a、b、c三根等间距平行放置的长直导线，依次通有电流强j度为1A、2A、3A的电流，各电流的方向如图11-1-13所示，则导线b所受的1A八2A 3A 合力（）A.合力为零B.方向向右C.方向向左D.不能确定圈11一1一135. 如图11-1-14所示，在磁场中的同一位置，先后放入长度相等的两根直导线a和饥a、b导线的 方向均与磁场方向垂直，但两根导线中的电流大小不同，下列图像中表示出导线所受的磁场力尸与通过导线电流强度/的关系.a、b各自有一组F、/的数据，在图像中各描出一个点.下列图像中正确的是（）二RLLo A 0 B 国口十14口 C0 D6. （江苏南京）关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是（）A. 磁感线总是从磁体N极出发到磁体S极终止B. 磁感线的疏密程度描述了磁场的强弱C. 磁场中某点磁场方向与可以自由转动的小磁针在该点静止时N极所指的方向相同D. 磁场中某处磁感应强度方向与通电导线在该处所受的安培力方向相同7. （南京调研）如图11-1-16所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B = 1T.位于纸面内的细直导线，长L=1m，通有I=1A的恒定 电流.当导线与B成600夹角时，发现其受到的安培力为零.则该区域同时存 在的另一匀强磁场的磁感应强度B2大小可能值（）A. |tB. TC. 1 TD.克T8. （北京海淀）如图20所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角伽37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度g=0.50T、方向垂直遇导轨所在平面的匀强磁场.金属 导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻尸0.50Q的直流电源.现把一个质量m=0.040kg的导体棒ab放在金 属导轨上，导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电 阻R0=2.5Q，金属导轨电阻不计，g取10m/s2.已知sin37=0.60，求：（1）通过导体棒的电流；（2）导体棒受到的安培力大小；cos37=0.80，图 11-1-20（3）导体棒受到的摩擦力.