磁场第一轮磁场安培力习题课.ppt

课时3 磁场 安培力习题课 高三第一轮复习课 浙江常山第一中学 一 磁场基本概念 1 磁场由什么产生 磁体 电流 变化的电场 运动电荷 2 磁场的基本性质是什么 对放入磁场中的磁体 通电导线 运动电荷有力的作用 3 磁场的方向 某点的磁场方向就是小磁针n极在该点的受力方向 磁场的方向小磁针静止时n极指向 不精确说法 n极的受力方向磁感线某点的切线方向磁感应强度的方向 二 磁场的描述 定量 定义 一小段通电直导线 垂直磁感线放在磁场某处时 受到的安培力f与il的比值称为该处的磁感应强度b 1 磁感应强度 b 方向 磁场方向 思考 b与f il有关吗 三 磁感线 1 磁感线是为了形象地描述磁场的强弱及方向而人为画出的一组曲线 曲线上每一点的切线方向跟该点的磁场方向相同 磁感线密处磁场强 磁感线疏处磁场弱 磁感线是不相交 不相切的闭合曲线 电流磁场的磁场线方向与电流方向关系满足安培定则 即右手螺旋法则 对一些典型磁源的磁场 如条形磁铁 直线电流 环形电流 其磁感线的分布具有空间对称性 1 安培力磁场对通电导线的作用力称安培力 其大小为f bilsin 其中 表示电流方向与磁感强度方向的夹角 安培力的方向可用左手定则判定 由左手定则可知 安培力f一定垂直b i所组成的平面 综合安培定则和左手定则 可以证明两同向电流互相吸引 两反向电流互相排斥 因此 螺线管通电后 在轴向上有收缩趋势 在径向上有扩张趋势 注意 当b 方向确定时 安培力f的方向也就确定了 而当f b方向确定时 i的方向不是唯一的 四 安培力 磁场通电导线的作用 1 安培力的大小特点 不仅与b i l有关 还与放置方式有关 l是有效长度 不一定是导线实际长度 2 安培力 磁感强度 电流三者方向关系 安培力的方向总垂直于电流和磁感线所确定的平面 已知f和b的方向 当导线的位置确定时 可唯一确定电流i的方向 已知电流i和b的方向 可用左手定则唯一确定f的方向 已知f和i的方向 磁感强度b的方向不能唯一确定 3 安培力做功特点 1 安培力做功与路径有关 绕闭合回路一周 安培力做功可正可负 也可以为零 2 安培力做功的实质 起传递能量的作用 电能 机械能 2 有关磁现象及其电本质的判断 正确的是 a 同向电流间的吸引力是通过磁场来实现的b 安培分子电流假设揭示了磁体的磁场也是一种特殊的运动电荷 分子电流 所激发的c 安培分子电流假设是用来解释通电导线产生磁场的原因的d 安培分子电流假设是用来解释通电导线间有相互作用力的原因的 答案 ab 例2 如图所示 两根垂直纸面平行放置的直导线a c由通有等大电流 在纸面上距a c等远处有一点p 若p点磁场方向水平向左 则导线a c中的电流方向是如下哪种说法 a a中向纸里 c中向纸外b a中向纸外 c中向纸里c a c中均向纸外d a c中均向纸里 a 根据安培假说的思想 认为磁场是由于电荷运动产生的 这种思想对于地磁场也适用 而目前在地球上并没有发现相对于地球定向移动的电荷 那么由此判断 地球应该 a 带负电b 带正电c 不带电d 无法确定 思考 a 例4平行光滑导轨宽度为l 导线平面与水平面夹 角 在导轨回路中有电动势为 内阻为r的电池 回路其他电阻均集中在r 如图 1 所示 一根质量为m 长为l的金属棒ab水平置于导轨平面上 在磁场作用下保持静止 试求 分析 金属棒ab能静止在导轨平面上 必然是ab的重力g 导轨 说明 通电直导线在匀强磁场中所受安培力的方向总是在由i和b组成的平面的垂线方向 5 如图所示 在光滑水平桌面上 有两根弯成直角的相同金属棒 它们的一端均可绕固定转动轴o自由转动 另一端b相互接触 组成一个正方形线框 正方形每边长度均为l 匀强磁场的方向垂直桌面向下 磁感应强度为b 当线框中通以图示方向的电流时 两金属棒在b点的相互作用力为f 则此时线框中的电流大小为 不计电流产生的磁场 6 如图 有一根均匀的导体棒ab 长为l 质量为m 电阻为r 处于垂直于纸面 磁感强度为b的匀强磁场中 它由电阻均为r 2的两根相同的轻弹簧悬挂在水平位置 欲使开关s闭合后导体棒重新静止时 弹簧的形变量等于s断开时弹簧形变量的2倍 求电源的电动势 不考虑回路其它部分的电阻和电源的内阻 且弹簧始终在弹性限度内 例 如图所示 mn pq为平行光滑导轨 其电阻忽略不计 与地面成30 角固定 nq间接一电阻r 1 0 mp端与电池组和开关组成回路 电动势e 6v 内阻r 1 0 导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场 现将一条质量m 40g 电阻r 1 0 的金属导线置于导轨上 并保持导线ab水平 已知导轨间距l 0 1m 当开关s接通后导线ab恰静止不动 试计算磁感应强度大小 安倍力计算 例 一根通有电流i1的长直导线oo 竖直放置 另有一矩形导线框abcd的平面放在竖直平面内 通有如图所示的电流i2 oo 到abcd平面的距离为4r 边长ab cd 5r ad bc 6r 且ab和cd两边所处的磁感强度大小均为b 由i1产生 求ab和cd所受安培力的大小和方向 安倍力计算 与地磁场有关的电磁现象问题 1 已知北京地区地磁场的水平分量为3 0 10 5t 若北京市一高层建筑安装了高100m的金属杆作为避雷针 在某次雷雨天气中 某一时刻的向下的放电电流为105a 此时金属杆所受培力的方向和大小如何 2 在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态 突然发现小磁针n极向东偏转 由此可知 a 一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的n极靠近小磁针b 一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的s极靠近小磁针c 可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过d 可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过 c 4 如图所示 质量为m的铜棒搭在u形导线框右端 棒长和框宽均为l 磁感应强度为b的匀强磁场方向竖直向下 电键闭合后 在磁场力作用下铜棒被平抛出去 下落h后的水平位移为s 求闭合电键后通过铜棒的电荷量q 应用 6 安培秤如图所示 它的一臂下面挂有一个矩形线圈 线圈共有n匝 它的下部悬在均匀磁场b内 下边一段长为l 它与b垂直 当线圈的导线中通有电流i时 调节砝码使两臂达到平衡 然后使电流反向 这时需要在一臂上加质量为m的砝码 才能使两臂再达到平衡 求磁感应强度b的大小 b 应用 5 如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置 一长方体绝缘容器内部高为l 厚为d 左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a b 上 下两侧装有电极c 正极 和d 负极 并经开关s与电