第八章第一节磁场的描述磁场对电流的作用

第八章磁场2015高考导航考纲展示1.磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ2．通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ3．安培力、安培力的方向Ⅰ4．匀强磁场中的安培力Ⅱ5．洛伦兹力、洛伦兹力的方向Ⅰ6．洛伦兹力公式Ⅱ7．带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ8．质谱仪和回旋加速器Ⅰ说明：1.安培力的计算只限于电流与磁感应强度方向垂直的情况．2．洛伦兹力的计算只限于速度和磁场方向垂直的情况.热点视角1.高考对磁场知识的考查频率较高，考查的热点主要集中在：磁场概念的理解、安培力的应用和带电粒子在磁场中的运动、带电粒子在复合场中的运动．2．高考题型包括选择题和计算题．选择题侧重考查磁场的基本概念、安培力的简单应用和洛伦兹力的有关分析；计算题则侧重考查带电粒子在磁场中或在复合场中的运动以及与电磁感应相结合的问题．特别注意“边界问题”以及由周期性引起的多解问题．3．高考也注重实际应用，如质谱仪、回旋加速器、霍尔元件、磁流体发电机、速度选择器、磁电式电流表等都可能成为命题的背景.第一节磁场的描述磁场对电流的作用一、磁场、磁感应强度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．2．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场强弱和方向．(2)定义式：B＝________(通电导线垂直于磁场)．(3)方向：小磁针静止时________的指向．(4)单位：__________，符号T.磁力N极特斯拉二、磁感线及特点1．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．2．磁感线的特点(1)磁感线上某点的______方向就是该点的磁场方向．(2)磁感线的疏密定性地表示磁场的______，在磁感线较密的地方磁场较______；在磁感线较疏的地方磁场较______.切线切线强弱强弱(3)磁感线是________曲线，没有起点和终点．在磁体外部,从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极．(4)同一磁场的磁感线不________、不________、不相切．(5)磁感线是假想的曲线，客观上不存在．闭合中断相交3．电流周围的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点安培定则无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场最强,管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远,磁场越弱直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场立体图横截面图三、安培力的大小和方向1．安培力的大小(1)磁场和电流垂直时，F＝________．(2)磁场和电流平行时：F＝0.2．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________的方向，这时______所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．(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)BIL电流拇指

D2－1.(多选)关于磁感线的性质和概念，下列说法中正确的是(

)A．磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向B．铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线C．磁感线总是从磁体的N极指向S极D．磁场中任意两条磁感线均不相交AD2－3.(单选)为了解释地球的磁性,19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是(

)B2－3.(单选)通电螺线管内有一在磁场力作用下处于静止的小磁针，磁针指向如图所示，则(

)A．螺线管的P端为N极，a接电源的正极B．螺线管的P端为N极，a接电源的负极C．螺线管的P端为S极，a接电源的正极D．螺线管的P端为S极，a接电源的负极BA3－2.(多选)(2012·高考海南卷)如图中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(

)BDA．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极正极，e接正极，f接负极,则L向左滑动D．若a接负极，b极正极，e接负极，f接正极,则L向左滑动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”．安培定则的应用和磁场的叠加原因(电流方向)结果(磁场绕向)直线电流的磁场环形电流的磁场大拇指四指四指大拇指2.磁场的叠加磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解．特别提醒:两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的.(单选)(2012·高考大纲全国卷)如图所示，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(

)CA．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[思路点拨]

(1)根据什么定则判断导线M和N在各点产生的磁场方向？(2)磁感应强度的大小与各点到导线的距离有什么关系？(3)合磁场的计算遵守什么定则？[尝试解答]_____________[方法总结]解决这类问题的思路和步骤：(1)根据安培定则确定各导线在某点产生的磁场方向；(2)判断各分磁场的磁感应强度大小；(3)根据矢量合成法则确定合磁场的大小和方向．[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．1.(单选)四条相互平行的通电直导线垂直于纸面,位于正方形的四个顶点上，其中A、D导线中的电流方向垂直纸面向外,B、C导线中的电流方向垂直纸面向里，四条导线中的电流大小相等，如图所示．则B导线受到A、C、D导线产生磁场的作用力的合力方向是(

)A．沿AB向右

B．沿DB向上C．沿CB斜向上

D．沿BC斜向下C[解析]根据电流间的“同吸异斥”相互作用规律，可得AB、BD间的作用力是斥力，BC间的作用力是引力，如图所示由几何关系可知，F1＝F2>F3，则可知F1、F2的合力沿CB斜向上而且大于F3，所以合力的方向应该是沿CB斜向上．1．通电导体在磁场中的运动实质是在磁场对电流的安培力作用下导体的运动．2．明确磁场的分布和正确运用左手定则进行判断是解题的关键．安培力作用下的导体运动分析

(单选)如图所示，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线圈平面．当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是(

)

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A[尝试解答]_____________[方法总结]安培力作用下导体运动情况的判定方法在特殊位置―→安培力方向―→运动方向结论法转换研究对象法同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两个不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向[解析]法一：电流元法．首先将圆形线圈分成很多小段，每一段可看做一直线电流元,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．将环形电流等效成小磁针，如图乙所示，根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.2.(单选)

如图所示，原来静止的圆形线圈通入逆时针方向的电流I,在其直径AB上靠近B点处放一根垂直于线圈的固定不动的长直导线，长直导线通以垂直纸面向里的电流I′，则圆线圈将(

)A．向左平动

B．向右平动C．以直径为轴转动

D．静止不动C[解析]将图中的环形电流化曲为直，如图所示，则由电流之间相互作用“同吸异斥”的特点和“两异向直线电流总有转到同向平行且靠近的趋势”可知，圆线圈将有转动的效果，故C正确．1．安培力公式的说明在高中阶段计算安培力时，常用F＝BIL，即只考虑磁场与电流方向垂直的情况，很少考虑二者不垂直的情形．对安培力公式的理解和应用2．对有效长度的理解弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端．安培力的作用点为等效长度的几何中心．

(单选)如图所示，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(

)C[尝试解答]_____________[解析]导线的有效长度为2lsin30°＝l，所以该V形通电导线受到的安培力大小为BIl.故C正确．3.(单选)如图所示，AC是一个用长为L的导线弯成的、以O为圆心的四分之一圆弧,将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中．当在该导线中通以由C到A，大小为I的恒定电流时,该导线受到的安培力的大小和方向是(

)C安培力的综合应用F1<F安，根据平衡条件mgsin37°＋Ff＝F安(2分)解得Ff＝0.06N，方向沿导轨向下．(1分)[答案]

(1)1.5A

(2)0.30N(3)0.06N，方向沿导轨向下[方法提炼]

解决安培力作用下的综合问题的思路：(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，画出平面受力分析图,判断安培力的方向时切忌跟着感觉走，一定要用左手定则来判断,注意F安⊥B、F安⊥I；(3)根据力的平衡条件、牛顿第二定律或动能定理列方程求解4.(多选)电磁轨道炮工作原理如图所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触.