第十一章第一节　磁场的描述　磁场对电流的作用.ppt

第十一章磁场 第一节磁场的描述磁场对电流的作用 一 磁场 磁感线1 磁场 1 基本性质 磁场对处于其中的磁体 电流和运动电荷有 的作用 2 方向 小磁针的N极所受磁场力的方向 磁力 2 磁感线在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的 方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 3 安培分子电流假说 切线 安培认为 在原子 分子等物质微粒的内部 存在着一种环形电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的 它的两侧相当于磁极 如图11 1 1所示 磁体 二 几种常见的磁场及安培定则1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图11 1 2所示 图11 1 2 2 几种电流周围的磁场分布 3 匀强磁场 在磁场的某些区域内 磁感线为 的平行线 如所示 等间距 图11 1 3 4 地磁场 1 地磁场的N极在地球 附近 S极在地球 附近 磁感线分布如图11 1 4所示 南极 北极 图11 1 4 2 地磁场B的水平分量 Bx 总是从地球 指向 而竖直分量 By 则南北相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 南极 北极 3 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁感应强度 且方向水平 名师点拨 1 任何一条磁感线都是闭合的曲线 在磁体外部 磁感线从N极到S极 在磁体内部 从S极到N极 2 只有在同一个图中才能根据磁感线的疏密来判定磁场的强弱 相等 向北 三 磁感应强度1 物理意义 描述磁场 和 的物理量 强弱 方向 3 单位 特斯拉 简称 4 矢量性 磁感应强度是 既有大小 又有方向 5 匀强磁场 在磁场某区域内 若各处磁感应强度 处处相同 则该区域内的磁场为匀强磁场 特 T 矢量 大小 方向 四 安培力1 大小 如图11 1 5 1 F BILsin 其中 为B与I之间的夹角 2 磁场和电流垂直时F 3 磁场和电流平行时F 0 图11 1 5 BIL 2 方向 1 用左手定则判定 伸开左手 使大拇指与其余四个手指垂直 并且都跟手掌在同一个平面内 把手放入磁场中 让磁感线垂直穿入手心 并使伸开的四指指向 的方向 那么 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 电流 大拇指 2 安培力的方向特点 F B F I 即F垂直于B和I决定的平面 注意 B和I可以有任意夹角 五 磁电式电流表1 磁场特点 1 方向 沿 均匀辐射地分布 2 大小 在距轴线等距离处的磁感应强度大小 图11 1 6 径向 相等 2 安培力的特点 1 方向 安培力的方向与线圈平面 2 大小 安培力的大小与通过的电流成 垂直 正比 3 表盘刻度特点由于导线在安培力作用下带动线圈转动 螺旋弹簧变形 反抗线圈的转动 电流越大 安培力越大 形变就 所以指针偏角与通过线圈的电流I成 表盘刻度 越大 正比 均匀 一 对磁感应强度的理解1 磁感应强度是用比值法定义的 其大小由磁场本身的性质决定 与放入的直导线的电流I的大小 导线的长短L的大小无关 特别提醒 1 电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反 而磁感应强度的方向和电流元受力方向垂直 2 电荷在电场中一定受静电力作用 而电流在磁场中不一定受安培力 即时应用1 关于磁感应强度B 下列说法中正确的是 A 磁场中某点B的大小 跟放在该点的试探电流元的情况有关 B 磁场中某点B的方向 跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C 在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时 该点的B值大小为零D 在磁场中磁感线越密集的地方 磁感应强度越大 当试探电流元运动的方向与磁场方向平行时 虽电流元受的磁场力为零 但磁感应强度却不为零 C错误 磁感线的疏密是根据磁场的强弱画出的 磁感线越密集的地方 磁感应强度越大 故D正确 二 通电导体在安培力作用下运动的判断判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势 首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况 然后利用左手定则准确判定导体的受力情况 进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向 现对几种常用的方法列表比较如下 特别提醒 1 安培力的方向与磁感应强度的方向垂直 而不是相同或相反 这跟电场力与电场强度方向之间的关系是不同的 2 某些导体在安培力作用下可能会出现平动与转动同时发生的情况 即时应用2 2012 徐州模拟 如图11 1 7所示 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心 且垂直于线圈平面 当线圈中通入如图方向的电流后 线圈的运动情况是 图11 1 7 A 线圈向左运动B 线圈向右运动C 从上往下看顺时针转动D 从上往下看逆时针转动 解析 选A 法一 电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看作一直线电流 取其中上 下两小段分析 其截面图和受安培力情况如图甲所示 根据对称性可知 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 只有选项A正确 法二 等效法 将环形电流等效成一条形磁铁 如图乙所示 据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 选A 也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 也可判断出线圈向左运动 选A 三 安培力公式F BIL的说明1 B是与L垂直或与L垂直的分量 2 L是有效长度 3 B并非一定是匀强磁场 但一定是导线所在处的磁感应强度 图11 1 8 即时应用3 2010 高考上海卷 如图11 1 9所示 长为2l的直导线折成边长相等 夹角为60 的V形 并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为B 当在该导线中通以电流强度为I的电流时 该V形通电导线受到的安培力大小为 A 0B 0 5BIlC BIlD 2BIl 图11 1 9 解析 选C 根据左手定则可知V形导线两部分的受力情况如图所示 其中F BIl 则V形导线受到的安培力应为这两个力的合力 其大小为F合 2Fcos60 BIl 故本题只有选项C正确 2011 高考大纲全国卷 如图11 1 10 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2 且I1 I2 a b c d为导线某一横截面所在平面内的四点且a b c与两导线共面 b点在两导线之间 b d的连线与导线所在平面垂直 磁感应强度可能为零的点是 图11 1 10 A a点B b点C c点D d点 解析 由安培定则画出a b c d的磁感线的分布图 由图11 1 11可知a c两点的磁场方向相反 当B1 B2时该点处的磁感应强度可能为零 又I1 I2 故该点距I1距离应比I2大 故C正确 A B D均错误 答案 C 图11 1 11 2012 长沙市一中模拟 通有电流的导线L1 L2处在同一平面 纸面 内 L1是固定的 L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动 O为L2的中心 各自的电流方向如图11 1 12所示 下列哪种情况将会发生 A 因L2不受磁场力的作用 故L2不动B 因L2上 下两部分所受的磁场力平衡 故L2不动C L2绕轴O按顺时针方向转动D L2绕轴O按逆时针方向转动 图11 1 12 解析 由右手螺旋定则可知导线L1上方的磁场的方向为垂直纸面向外 且离导线L1的距离越远的地方 磁场越弱 导线L2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右 由于O点的下方磁场较强 则安培力较大 因此L2绕固定转轴O按逆时针方向转动 D正确 答案 D 满分样板10分 2012 北京东城区检测 如图11 1 13所示 在倾角为 30 的斜面上 固定一宽L 0 25m的平行金属导轨 在导轨上端接入电源和滑动变阻器R 电源电动势E 12V 内阻r 1 一质量m 20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好 整个装置处于磁感应强度B 0 80T 垂直于斜面向上的匀强磁场中 导轨与金属棒的电阻不计 金属导轨是光滑的 取g 10m s2 要保持金属棒在导轨上静止 求 图11 1 13 1 金属棒所受到的安培力大小 2 通过金属棒的电流 3 滑动变阻器R接入电路中的阻值 图11 1 14 规律总结 有关安培力的平衡问题往往涉及到三维立体空间问题 处理相关安培力问题时 画出导体棒的横截面受力图 变三维为二维便可变难为易 迅速解题 变式训练 2011