磁场的描述及磁场对电流的作用.ppt

第1讲磁场的描述及磁场对电流的作用 多选 物理学中 通过引入检验电流来了解磁场力的特性 对检验电流的要求是 磁场 磁感应强度 考纲要求 思维驱动 答案BD 1 磁场 1 基本特性 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 所受磁场力的方向 2 磁感应强度 知识存盘 磁场力 N极 强弱 方向 N极 1 定义 磁感应强度的大小 方向 的磁场称为匀强磁场 2 特点匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的 方向相同的平行直线 3 匀强磁场 处处相等 处处相同 多选 下列关于电场线和磁感线的说法中 正确的是 A 电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线B 磁场中两条磁感线一定不相交 但在复杂电场中的电场线是可以相交的C 电场线是一条不闭合曲线 而磁感线是一条闭合曲线D 电场线越密的地方 电场越强 磁感线越密的地方 磁场也越强答案CD 磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 考纲要求 思维驱动 1 磁感线 在磁场中画出一些有方向的曲线 使曲线上各点的 方向跟这点的磁感应强度方向一致 2 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布 如图8 1 1所示 知识存盘 图8 1 1 1 磁感线 切线 2 电流的磁场 单选 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如下图中箭头所示 当没有磁场时 导线呈直线状态 当分别加上方向竖直向上 水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时 描述导线状态的四个图示中正确的是 安培力 考纲要求 思维驱动 解析通电导线在磁场中受安培力时 可用左手定则判断安培力的方向 答案D 1 安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成 角时 F 这是一般情况下的安培力的表达式 以下是两种特殊情况 1 磁场和电流垂直时 F 2 磁场和电流平行时 F 0 知识存盘 BILsin BIL 2 安培力的方向 1 用左手定则判定 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 2 安培力的方向特点 F B F I 即F垂直于 决定的平面 电流的方向 安培力的方向 B和I 典例1 单选 2012 大纲全国卷 18 如图8 1 2所示 两根相互平行的长直导线过纸面上的M N两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a O b在M N的连线上 O为MN的中点 c d位于MN的中垂线 考点一对磁感应强度的理解及叠加 图8 1 2 上 且a b c d到O点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 A O点处的磁感应强度为零B a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反C c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同D a c两点处磁感应强度的方向不同解析根据安培定则判断磁场方向 再结合矢量的合成知识求解 根据安培定则判断 两直线电流在O点产生的磁场方向均垂直于MN向下 O点的磁感应强度不为零 故A选项错误 a b两点的磁感应强度大小相等 方向相同 故B选项错误 根据对称性 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 故C选项正确 a c两点的磁感应强度方向相同 故D选项错误 答案C 变式跟踪1 单选 关于磁感应强度B 下列说法中正确的是 A 根据磁感应强度定义B F IL 磁场中某点的磁感应强度B与F成正比 与I成反比B 磁感应强度B是标量 没有方向C 磁感应强度B是矢量 方向与F的方向相反D 在确定的磁场中 同一点的磁感应强度B是确定的 不同点的磁感应强度B可能不同 磁感线密集的地方磁感应强度B大些 磁感线稀疏的地方磁感应强度B小些 解析磁感应强度是磁场本身的性质 与放入磁场中的导体的电流或受力大小F无关 A错误 磁感应强度B是矢量 其方向与F总是垂直的 电流方向与F也总是垂直的 B C错误 在确定的磁场中 同一点的磁感应强度B是确定的 由磁场本身决定 与其他外来的一切因素无关 用磁感线的疏密程度表示磁场的强弱 D正确 答案D 求解有关磁感应强度问题的关键1 磁感应强度 由磁场本身决定 2 合磁感应强度 等于各磁场的磁感应强度的矢量和 满足平行四边形定则 3 牢记判断电流的磁场的方法 安培定则 并能熟练应用 建立磁场的立体分布模型 记住5种常见磁场的立体分布图 借题发挥 典例2 单选 通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内 电流方向如图8 1 3所示 ad边与MN平行 关于MN中电流产生的磁场对线框的作用 下列叙述中正确的是 考点二对安培定则 左手定则的理解及应用 图8 1 3 A 线框有两条边所受到的安培力方向相同B 线框有两条边所受到的安培力大小相同C 整个线框有向里收缩的趋势D 若导线MN向左微移 各边受力将变小 但合力不变 解析由直线电流产生磁场的特点可知 与导线距离相等的位置磁感应强度大小相等 因此ab与cd边受到的安培力大小相等 B对 由安培定则知MN中电流在导线框处产生的磁场垂直纸面向里 由左手定则可判定ab受力方向向下 cd受力方向向上 ad受力方向向左 bc受力方向向右 但ad受到的力大于bc受到的力 整个线框有向外扩张的趋势 A C错 若MN向左微移 则线框各边所在处磁场均减弱 故各边受力均变小 但ad边所在处减弱更多 故线框所受向左的合力变小 D错 答案B 变式跟踪2 单选 在等边三角形的三个顶点a b c处 各有一条长直导线垂直穿过纸面 导线中通有大小相等的恒定电流 方向如图8 1 4所示 则过c点的导线所受安培力的方向 图8 1 4 A 与ab边平行 竖直向上B 与ab边平行 竖直向下C 与ab边垂直 指向左边D 与ab边垂直 指向右边 解析根据安培定则 a b在c处所激发的磁场方向分别如图中Ba Bb所示 应用平行四边形定则可知c导线所在处的合磁场方向如图所示 根据左手定则可知安培力F安的方向与a b连线垂直 指向左边 答案C 安培定则和左手定则的 因 与 果 1 安培定则用于判定电流周围磁场的磁感线分布 使用时注意分清 因 电流方向 和 果 磁场方向 2 左手定则用于判定安培力的方向 使用时注意分清 因 电流方向与磁场方向 和 果 受力方向 借题发挥 典例3 单选 2012 天津卷 2 如图8 1 5所示 金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂 处于竖直向上的匀强磁场中 棒中通以由M向N的电流 平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 如果仅改变下列某一个条件 角的相应变化情况是 考点三通电导体在安培力作用下的平衡问题 图8 1 5 答案A A 棒中的电流变大 角变大B 两悬线等长变短 角变小C 金属棒质量变大 角变大D 磁感应强度变大 角变小 变式跟踪3 单选 如图8 1 6所示 光滑的平行导轨与电源连接后 与水平方向成 角倾斜放置 导轨上放一个质量为m的金属导体棒 当S闭合后 在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场 可以使导体棒静止平衡 下面四个图中分别加了不同方向的磁场 其中一定不能平 图8 1 6 衡的是 解析四种情况的受力分别如图所示 A C有可能平衡 D中如果重力与安培力刚好大小相等 则导体棒与导轨间没有压力 也可以平衡 B中合外力不可能为零 一定不能平衡 答案B 1 通电导体在磁场中受到的安培力 1 方向 根据左手定则判断 2 大小 由公式F BIL计算 且其中的L为导线在磁场中的有效长度 如弯曲通电导线的有效长度L等于连接两端点的直线的长度 相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端 如图8 1 7所示 借题发挥 图8 1 7 2 求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 1 电磁问题力学化 2 立体图形平面化 3 求解关键 判定安培力作用下导体运动的常用方法 解题技法5判断安培力作用下导体运动的方法 多选 2012 海南卷 10 如图8 1 8所示的装置可演示磁场对通电导线的作用 电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨 L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆 当电磁铁线圈两端a b 导轨两端e f 分别接到两个不同的直流电源上时 L便在导轨上滑动 下列说法正确的是 图8 1 8 典例 A 若a接正极 b接负极 e接正极 f接负极 则L向右滑动B 若a接正极 b接负极 e接负极 f接正极 则L向右滑动C 若a接负极 b接正极 e接正极 f接负极 则L向左滑动D 若a接负极 b接正极 e接负极 f接正极 则L向左滑动解析若a接正极 b接负极 电磁铁磁极间磁场方向向上 e接正极 f接负极 由左手定则判定金属杆受安培力向左 则L向左滑动 A项错误 同理判定B D选项正确 C项错误 答案BD 预测1 单选 直导线ab与线圈所在的平面垂直且隔有一小段距离 其中直导线固定 线圈可自由运动 当通过如图8 1 9所示的电流方向时 同时通电 从左向右看 线圈将 A 不动B 顺时针转动 同时向右平移C 顺时针转动 同时向左平移D 逆时针转动 同时向右平衡解析用安培定则判断线圈所处的B的方向 由左手定则及特殊位置法判定运动情况 答案B 图8 1 9 预测2 多选 如图8 1 10所示为电磁轨道炮的工作原理图 待发射弹体与轨道保持良好接触 并可在两平行轨道之间无摩擦滑动 电流从一条轨道流入 通过弹体后从另一条轨道流回 轨道电流可形成在 图8 1 10 弹体处垂直于轨道平面的磁场 可视为匀强磁场 磁感应强度的大小与电流I成正比 通电的弹体在安培力的作用下离开轨道 则下列说法正确的是 A 弹体向左高速射出B I为原来的2倍 弹体射出的速度也为原来的2倍C 弹体的质量为原来的2倍 射出的速度也为原来的2倍D 轨道长度L为原来的4倍 弹体射出的速度为原来的2倍 答案BD 一 对磁感应强度的理解及计算1 单选 一段长0 2m 通过2 5A电流的直导线 在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况 正确的是 A 如果B 2T F一定是1NB 如果F 0 B也一定为零C 如果B 4T F有可能是1ND 如果F有最大值 通电导线一定与B平行 解析如果B 2T 当导线与磁场方向垂直放置时 安培力最大 大小为F BIL 2 2 5 0 2N 1N 当导线与磁场方向平行放置时 安培力F 0 当导线与磁场方向成任意夹角放置时 0 F 1N 故选项A B和D均错误 将L 0 2m I 2 5A B 4T F 1N代入F BILsin 解得 30 故选项C正确 答案C 2 单选 2013 石家庄一模 在实验精度要求不高的情况下 可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度 具体做法是 在一根南北方向放置的直导线的正下方10cm处放一个罗盘 导线没有通电时罗盘的指针 小磁针的N极 指向北方 当给导线通入电流时 发现罗盘的指针偏转一定角度 根据偏转角度即 图8 1 11 可测定电流磁场的磁感应强度 现已测出此地的地磁场水平分量B 5 0 10 5T 通电后罗盘指针停在北偏东60 的位置 如图8 1 11所示 由此测出该通电直导线在其正下方10cm处产生磁场的磁感应强度大小为 A 5 0 10 5TB 1 0 10 4TC 8 66 10 5TD 7 07 10 5T 答案C 二 安培力作用下导体的平衡及运动分析3 单选 在赤道上 地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场 磁感应强度是5 10 5T 如果赤道上有一条沿东西方向的直导线 长40m 载有20A的电流 地磁场对这根导线的作用力大小是 A 4 10 8NB 2 5 10 5NC 9 10 4ND 4 10 2N解析磁场方向是南北方向 电流方向是东西方向 它们相互垂直 可以利用公式F BIL来计算此安培力的大小 F BIL 20 40 5 10 5N 4 10 2N 故D正确 答案D 4 单选 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8 1 12所示 下列哪种情况将会发生 图8 1 12 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 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 答案D 5 如图8 1 13甲所示 在水平地面上固定一对与水平面倾角为 的光滑平行导电轨道