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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(yùn)動(dòng)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) 2 基本特性 磁場對處于其中的 和 有磁力的作用 磁體 電流 運(yùn)動(dòng)電荷 3 方向 在磁場中任一點(diǎn) 小磁針 極受力的方向 即小磁針靜止時(shí) 極所指的方向 就是該點(diǎn)的磁場方向 N 北 N 北 二 磁場的描述 1 磁感應(yīng)強(qiáng)度 切線 1 定義 在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線 所受的安培力F安跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度 2 定義式 3 方向 就是磁場的方向 即小磁針靜止時(shí)北極所指的方向 也是過該點(diǎn)的磁感線的 方向 4 單位 特斯拉 T 2 磁感線 強(qiáng)弱 1 特點(diǎn) 磁感線的分布可以形象地表示出磁場的強(qiáng)弱和方向 磁感線的疏密表示磁場的 磁感線上某點(diǎn)的 方向就是該點(diǎn)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 甲 條形磁鐵 乙 蹄形磁鐵 丙 地磁場 圖8 1 1 切線 電流的磁場 續(xù)表 勻強(qiáng)磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處 方向處處 的磁場稱為勻強(qiáng)磁場 距離很近的兩個(gè)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(rèn)為是勻強(qiáng)磁場 勻強(qiáng)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(biāo) 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(gè)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(huì)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(dǎo)線 導(dǎo)線通電時(shí)指南針不偏轉(zhuǎn)答案 BC 三 安培力 1 大小 BILsin BIL 0 1 當(dāng)B與I成 角 F 2 當(dāng)B和I垂直 F 3 當(dāng)B和I平行 F 2 方向 1 左手定則 伸開左手 使大拇指與其余四個(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 的方向 這時(shí)大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受 的方向 2 特點(diǎn) F B F I 即F垂直于 決定的平面 電流 安培力 B I 基礎(chǔ)檢測 2 磁場中某區(qū)域的磁感線如圖8 1 2所示 則 圖8 1 2 答案 B A a b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等 Ba BbB a b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等 Ba BbC 同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大D 同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小 考點(diǎn)1 對磁感線和磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解及安培定則 1 磁感線與電場線的比較 重點(diǎn)歸納 考題題組 1 指南針是我國古代四大發(fā)明之一 當(dāng)指南針上方有一條水平放置的通電導(dǎo)線時(shí) 其N極指向變?yōu)槿鐖D8 1 3實(shí)線小磁針?biāo)?則對該導(dǎo)線電流的以下判斷正確的是 圖8 1 3 A 可能東西放置 通有由東向西的電流B 可能東西放置 通有由西向東的電流C 可能南北放置 通有由北向南的電流D 可能南北放置 通有由南向北的電流答案 C 考點(diǎn)2 安培力作用下的平衡與加速問題 重點(diǎn)歸納1 分析導(dǎo)體在磁場中平衡和加速問題的思路 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(yùn)動(dòng)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(xiàng) 1 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 2 安培力的大小 應(yīng)用公式F BILsin 計(jì)算彎曲導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受安培力的大小時(shí) 有效長度L等于曲線兩端點(diǎn)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(shí)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 考向1 安培力作用下靜態(tài)平衡問題 考題題組 2 多選 2016年廣東廣州三模 如圖8 1 4所示 質(zhì)量為m 長度為L的長直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O O 兩點(diǎn) 并處于勻強(qiáng)磁場中 當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I 且導(dǎo)線保持靜止時(shí)懸線與豎直方向夾角為 則磁感應(yīng) 強(qiáng)度的方向和大小可能為 圖8 1 4 甲 乙 丙 丁 答案 BC 圖D46 考向2 安培力作用下動(dòng)態(tài)平衡問題 此類題目是平衡問題 只是由于磁場大小或方向 電流大小或方向的變化造成安培力變化 與力學(xué)中某個(gè)力的變化類似的情景 直 整個(gè)裝置處于方向豎直向上 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng) 磁場中 彈簧伸長量為x時(shí) 棒處于靜止?fàn)顟B(tài) 則 A 導(dǎo)體棒中的電流方向從b流向a B 導(dǎo)體棒中的電流大小為 C 若只將磁場方向緩慢順時(shí)針轉(zhuǎn)過一小角度 x變大D 若只將磁場方向緩慢逆時(shí)針 轉(zhuǎn)過一小角度 x變大 圖8 1 5 考題題組 3 2017年陜西西安模擬 如圖8 1 5所示 長為L的通電長直導(dǎo)體棒放在光滑水平的絕緣軌道上 勁度系數(shù)為k的水平輕彈簧一端固定 另一端拴在棒的中點(diǎn) 且與棒垂 4 如圖8 1 6所示 PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌 相距1m 導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上 棒的質(zhì)量為m 0 2kg 棒的中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)滑輪與物體相連 物體的質(zhì)量M 0 3kg 棒與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0 5 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 2T 方向豎直向下 為了使物體以加速度a 3m s2加速上升 應(yīng)在棒中通入多大的電流 方向如何 取g 10m s2 考向3安培力作用下加速問題 考題題組 圖8 1 6 解 導(dǎo)體棒所受的最大靜摩擦力大小為fm 0 5mg 1NM的重力為G Mg 3N要使物體加速上升 則安培力方向必須水平向左 則根據(jù)左手定則判斷得知棒中電流的方向?yàn)橛蒩到b 根據(jù)受力分析 由牛頓第二定律有F安 G fm m M aF安 BIL聯(lián)立以上各式解得I 2 75A 方法安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的分析方法 重點(diǎn)歸納 1 判定導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的基本思路 2 研究通電導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的常用方法 典例剖析例1 一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置 且兩個(gè)線圈的圓心重合 如圖8 1 7所示 當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí) 從左向右看 線圈L1將 A 不動(dòng)B 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖8 1 7 C 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D 在紙面內(nèi)平動(dòng) 解析 方法一 電流元法 把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分 每一部分又可以看成無數(shù)段直線電流元 電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中 根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場方向向上 由左手定則可得 上半部分電流元所受安培力均指向紙外 下半部分電流元所受安培力均指向紙內(nèi) 因此從左向右看線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 方法二 等效法 把線圈L1等效為小磁針 該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心 小磁針的N極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流I2的磁場方向 由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心處豎直向上 而L1等效成小磁針后 轉(zhuǎn)動(dòng)前 N極指向紙內(nèi) 因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上 所以從左向右看 線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 方法三 結(jié)論法 環(huán)形電流I1 I2之間不平行 則必有相對轉(zhuǎn)動(dòng) 直到兩環(huán)形電流同向平行為止 據(jù)此可得 從左向右看 線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 答案 B 觸類旁通 如圖8 1 8所示 蹄形磁鐵用柔軟的細(xì)繩懸吊在天花板上 在磁鐵兩極的正下方固定著一根水平長直導(dǎo)線 當(dāng) 長直導(dǎo)線中通以向右的電流時(shí) 圖8 1 8 A 磁鐵的N極向紙外 S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) 繩子對磁鐵 的拉力減小 B 磁鐵的S極向紙外 N極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) 繩子對磁鐵 的拉力減小 C 磁鐵的N極向紙外 S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) 繩子對磁鐵 的拉力增大 D 磁鐵的S極向紙外 N極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng) 繩子對磁鐵 的拉力增大 答案 C