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專題八磁場 第1講磁場磁場對電流的作用 一 磁場 1 磁場 磁體 電流 運動電荷 1 定義 存在于 和 周圍空間 的一種特殊形態(tài)的物質(zhì) 磁體 電流 運動電荷 2 基本特性 磁場對處于其中的 和 有磁力的作用 N 北 N 北 3 方向 在磁場中任一點 小磁針 極受力的方向 即小磁針靜止時 極所指的方向 就是該點的磁場方向 二 磁場的描述1 磁感應(yīng)強度 1 定義 在磁場中垂直于磁場方向的通電導線 所受的安培力F安跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強度 2 定義式 3 方向 就是磁場的方向 即小磁針靜止時北極所指的方 切線 向 也是過該點的磁感線的 方向 4 單位 特斯拉 T 2 磁感線 強弱 切線 1 特點 磁感線的分布可以形象地表示出磁場的強弱和方向 磁感線的疏密表示磁場的 磁感線上某點的 方向就是該點的磁場方向 2 幾種常見磁場 磁感線的分布 常見磁體的磁場 如圖8 1 1所示 圖8 1 1 電流的磁場 續(xù)表 勻強磁場 磁感應(yīng)強度大小處處 方向處處 的磁場稱為勻強磁場 距離很近的兩個異名磁極之間的磁場 通電螺線管內(nèi)部的磁場 邊緣部分除外 以及平行板電容器間的磁場 都可以認為是勻強磁場 勻強磁場的磁感線是 疏密程度相同 方向相同的平行直線 相等 相同 基礎(chǔ)檢測 1 多選 2015年新課標卷 指南針是我國古代四大發(fā)明 之一 關(guān)于指南針 下列說明正確的是 A 指南針可以僅具有一個磁極B 指南針能夠指向南北 說明地球具有磁場C 指南針的指向會受到附近鐵塊的干擾D 在指南針正上方附近沿指針方向放置一直導線 導線通電時指南針不偏轉(zhuǎn)答案 BC 三 安培力 1 大小 BILsin BIL 0 1 當B與I成 角 F 2 當B和I垂直 F 3 當B和I平行 F 2 方向 電流 安培力 B I 1 左手定則 伸開左手 使大拇指與其余四個手指垂直 并且都與手掌在同一個平面內(nèi) 讓磁感線從掌心進入 并使四指指向 的方向 這時大拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受 的方向 2 特點 F B F I 即F垂直于 決定的平面 基礎(chǔ)檢測 2 在下列各圖所示的四幅圖中 正確標明通電導線所受安 培力F方向的是 A B C D 答案 B 考點1對磁感線和磁感應(yīng)強度的理解 重點歸納 1 磁感線與電場線的比較 2 對磁感應(yīng)強度的理解 1 磁感應(yīng)強度由磁場本身決定 就像電場強度由電場本身 決定一樣 跟該位置放不放通電導線無關(guān) 3 磁感應(yīng)強度B與電場強度E的比較 續(xù)表 典例剖析 A a處的磁感應(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 圖8 1 2 思維點撥 首先用安培定則判斷每根直線電流的磁場方向 然后再根據(jù)磁場的疊加進行判斷 解析 由右手定則可以判斷 a c兩處的磁場是兩電流在a c處產(chǎn)生的磁場相加 但a距離兩導線比c近 故a處的磁感應(yīng)強度大小比c處的大 A正確 b c與右側(cè)電流距離相同 故右側(cè)電流在此兩處產(chǎn)生的磁場等大反向 但因為左側(cè)電流在此兩處產(chǎn)生了大小不同 方向相同的磁場 故b c兩處的磁感應(yīng)強度大小不相等 B錯誤 由右手定則可知 a處磁場垂直紙面向里 c處磁場垂直紙面向外 C錯誤 b與兩導線距離相等 故兩磁場疊加為零 D正確 答案 AD 考點練透 1 2015年北京朝陽區(qū)期末 如圖8 1 3中a b c所示為三根與紙面垂直的長直導線 其橫截面位于等邊三角形的3個頂點上 導線中通有大小相同的電流 方向如圖所示 則在三角形 中心O點處的磁感應(yīng)強度 A 方向向左B 方向向右C 方向向下D 大小為零 圖8 1 3 解析 根據(jù)右手螺旋定則 電流a在O點產(chǎn)生的磁場平行于bc向右 電流b在O點產(chǎn)生的磁場平行于ac指向右下方 電流c在O點產(chǎn)生的磁場平行于ab指向右上方 由于三根導線中電流大小相同 到O點的距離相同 根據(jù)平行四邊形定則 合場強的方向向右 故A C D錯誤 B正確 答案 B 考點2 安培力的分析與計算 重點歸納1 對公式F BIL的運用 1 B與L垂直 2 式中L是有效長度 彎曲導線的有效長度L等于在垂直磁場平面內(nèi)的投影中兩端點所連直線的長度 如圖8 1 4所示 相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端 任意形狀的閉合線圈 其有效長度L 0 故通電后在勻強磁場中受到的安培力的矢量和一定為零 圖8 1 4 3 B并非一定是勻強磁場 但一定是導線所在處的磁感應(yīng) 強度 2 安培力做功的實質(zhì) 能量的轉(zhuǎn)化 1 安培力做正功 將電能轉(zhuǎn)化為導線的動能及其他形式的 能 2 安培力做負功 將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 典例剖析例2 2014年江西南昌調(diào)研 水平面上有U形導軌NM PQ 它們之間的寬度為L M和P之間接入電源 現(xiàn)垂直于導軌擱一根質(zhì)量為m的金屬棒ab 棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為 滑動摩擦力略小于最大靜摩擦力 通過棒的電流強度為I 并加一個范圍較大的勻強磁場 磁感應(yīng)強度大小為B 方向垂直于金屬棒ab 與垂直導軌平面的方向夾角為 如圖8 1 5所示 金屬棒處于靜止狀態(tài) 重力加速度為g 則金 屬棒所受的摩擦力大小為 A BILsin C mg BILsin 圖8 1 5B BILcos D mg BILcos 解析 金屬棒處于靜止狀態(tài) 其合力為零 對其進行受力分析 如圖8 1 6所示 在水平方向有BILcos Ff 0 Ff BILcos 選項B正確 選項A C D錯誤 圖8 1 6答案 B 備考策略 解答有關(guān)安培力的問題時 正確分析物體的受 力情況仍是解題的關(guān)鍵 考點練透 2 如圖8 1 7所示 AC是一個用長為L的導線彎成的以O(shè)為圓心的四分之一圓弧 將其放置在與平面AOC垂直的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 當在該導線中通以由C到A 大小為I 的恒定電流時 該導線受到的安培力的大小和方向是 A BIL 平行于OC向左 圖8 1 7 方向由左手定則判斷 應(yīng)為垂直AC的連線指向左下方 因此選項C正確 答案 C 3 2015年江蘇卷 如圖8 1 8所示 用天平測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度 下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同 邊長NM相等 將它們分別掛在天平的右臂下方 線圈中通有大小相同的電流 天平處于平衡狀態(tài) 若磁場發(fā)生微小變化 天平最 容易失去平衡的是 圖8 1 8 A B C D 答案 A 考點3 安培力作用下導體的運動 重點歸納研究通電導線運動的常用方法 典例剖析例3 如圖8 1 9所示 一通電直導線位于蹄形磁鐵的磁極 的正上方 當通以電流I時 試判斷導線的運動情況 A 由上往下看導線 逆時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動B 由上往下看導線 順時針轉(zhuǎn)動的同時 向上運動 圖8 1 9 C 由上往下看導線 逆時針轉(zhuǎn)動的同時向上運動D 由上往下看導線 順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動 思維點撥 采用電流元受力分析法 在導體中取三段電流元 用左手定則判斷它們所受安培力方向 從而確定導線的運動情況 解析 由蹄形磁鐵磁場的立體分布 知道磁感線從A端向上穿過 再從B端向下穿過 由左手定則可知 A端受向外的安培力 B端受向內(nèi)的安培力 導線開始轉(zhuǎn)動后 電流有向里的分量 在向右的磁場中 受到向下的安培力 故由上往下看導線 逆時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動 故選A 答案 A 考點練透 4 多選 2016年黑龍江牡丹江期中 如圖8 1 10所示 在勻強磁場B的區(qū)域中有一光滑斜面體 在斜面體上放了一根長為L 質(zhì)量為m的導線 當通以如圖方向的電流I后 導線恰 能保持靜止 則磁感應(yīng)強度B必須滿足 圖8 1 10 答案 CD 5 一直導線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方 如圖8 1 11所示 如果直導線可以自由地運動且通以由a到b的電流 則關(guān)于導線ab受磁場力后的運動情況 下列說法 正確的是 A 從上向下看順時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管B 從上向下看順時針轉(zhuǎn)動并遠離螺線管 圖8 1 11 C 從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動并遠離螺線管D 從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管答案 D