2019版高考物理大一轮优选第九章　磁　　场 第24讲

磁场 第九章 第24讲磁场安培力 栏目导航 1 磁场 磁感应强度 1 磁场的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 磁感应强度 物理意义 描述磁场的 定义式 通电导线垂直于磁场 方向 小磁针静止时 单位 符号T 磁力 强弱和方向 N极的指向 特斯拉 3 匀强磁场 定义 磁感应强度的大小 方向 的磁场称为匀强磁场 特点 疏密程度相同 方向相同的平行直线 4 地磁场 地磁的N极在地理 附近 S极在地理 附近 磁感线分布如图所示 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 处处相等 处处相同 南极 北极 大小相等 向北 2 磁感线和电流周围的磁场 1 磁感线的特点 磁感线上某点的 就是该点的磁场方向 磁感线的疏密程度定性地表示磁场的 在磁感线较密的地方磁场 在磁感线较疏的地方磁场 磁感线是闭合曲线 没有起点和终点 在磁体外部 从 指向 在磁体内部 由 指向 同一磁场的磁感线不 不 不相切 磁感线是假想的曲线 客观上不存在 切线方向 强弱 较强 较弱 N极 S极 S极 N极 中断 相交 2 电流周围的磁场 安培定则 3 安培力的大小和方向 1 大小若I B时 若I B时 F BIl 2 方向总垂直于 所决定的平面 即一定垂直于B和I 但B与I不一定垂直 可以用左手定则来判定 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指 并且都跟手掌在 把手放入磁场中 让磁感线 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的受力方向 3 两平行通电导线间的作用同向电流相互 反向电流相互 F 0 B I 垂直 同一平面内 垂直穿入手心 电流 拇指 吸引 排斥 1 判断正误 1 磁场中某点磁感应强度的大小 跟放在该点的试探电流元的强弱有关 2 将通电导线放人磁场中 若不受安培力 说明该处磁感应强度为零 3 磁场中某点磁感应强度的方向 跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致 4 通电导线在磁感应强度越大的地方所受安培力越大 5 磁感线是客观存在的 磁感线上各点的切线方向表示该点的磁场方向 6 相邻两条磁感线之间的空白区域磁感应强度为零 7 安培力可能做正功 也可能做负功 8 地磁的N极在地球南极附近 赤道表面附近的地磁场可近似认为平行地面向北 1 安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清 因 和 果 一安培定则的应用和磁场的叠加 C 分析磁场的叠加的思路 1 根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向 2 磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向 3 磁感应强度是矢量 多个通电导体产生的磁场叠加时 合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和 1 计算安培力公式F BIL 应用时要注意 1 B与L垂直 2 L是有效长度 公式F ILB中L指的是 有效长度 当B与I垂直时 F最大 F ILB 当B与I平行时 F 0 弯曲导线的有效长度L 等于连接两端点线段的长度 如图所示 相应的电流沿L由始端流向末端 二安培力的分析和计算 闭合线圈通电后 在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零 2 方向 根据左手定则判断 BC 1 导体的平衡问题通电导体在磁场中受到安培力的作用而处于平衡状态 此类问题要归结为力学问题 通过受力分析 列平衡方程求解 受力分析时 仍然遵循确定研究对象 按一定顺序分析受力的原则 需要注意的是 安培力方向的确定 安培力大小的计算要和左手定则 欧姆定律等知识相联系 三对安培力作用下导体运动问题的探究 2 导线或线圈在非匀强磁场中的变速运动此类问题中 关于安培力方向的判断是一个难点 常用的方法有 1 电流元法 即把整段电流等效为很多段直线电流元 先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向 从而判断出整段电流所受合力方向 最后确定运动方向 2 特殊值分析法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向 从而确定运动方向 3 等效法 环形电流可以等效成小磁针 通电螺线管可等效为很多环形电流 4 利用已知的一些相关结论法 两电流相互平行时无转动趋势 方向相同时相互吸引 方向相反时相互排斥 两电流不平行时有转动到平行方向相同的趋势 例3 如图所示 长为L 质量为m的导体棒ab 置于倾角为 的光滑斜面上 导体棒与斜面的水平底边始终平行 已知导体棒通以从b向a的电流 电流为I 重力加速度为g 1 若匀强磁场方向竖直向上 为使导体棒静止在斜面上 求磁感应强度B的大小 2 若匀强磁场的大小 方向都可以改变 要使导体棒能静止在斜面上 求磁感应强度B的最小值和对应的方向 思维导引 分析导体棒所受安培力方向 选择观察方向 分析导体棒受几个力的作用 并画出其平面受力图 求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路求解关键 电磁问题力学化 立体图形平面化 求解极值数学化 A 2 2017 上海杨浦区模拟 如图所示 质量m 0 5kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37 宽度L 1m的光滑绝缘框架上 磁场方向垂直于框架平面向下 磁场仅存在于绝缘框架内 右侧回路中 电源的电动势E 8V 内阻r 1 额定功率为8W 额定电压为4V的电动机M正常工作 取sin37 0 6 cos37 0 8 重力加速度大小g 10m s2 则磁场的磁感应强度大小为 A 2TB 1 73TC 1 5TD 1T C BC AD 例1 8分 如图所示 导体杆ab的质量为m 电阻为R 放置在与水平面夹角为 的倾斜金属导轨上 导轨间距为d 电阻不计 系统处在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度为B 电池内阻不计 问 1 若导轨光滑 电源电动势E为多大才能使导体杆静止在导轨上 2 若杆与导轨之间的动摩擦因数为 且不通电时导体杆不能静止在导轨上 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 要使杆静止在导轨上 电源电动势应为多大 答题送检 来自阅卷名师报告 例2 6分 长10cm的通电直导线 通以1A的电流 在磁场强弱 方向都一样的空间 匀强磁场 中某处受到的磁场力为0 4N 则该磁场的磁感应强度为 A 等于4TB 大于或等于4TC 小于或等于4TD 上述说法都错误 答题送检 来自阅卷名师报告 答案