第八章第一節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用

第八章磁場2015高考導(dǎo)航考綱展示1.磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線Ⅰ2．通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向Ⅰ3．安培力、安培力的方向Ⅰ4．勻強(qiáng)磁場中的安培力Ⅱ5．洛倫茲力、洛倫茲力的方向Ⅰ6．洛倫茲力公式Ⅱ7．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動Ⅱ8．質(zhì)譜儀和回旋加速器Ⅰ說明：1.安培力的計(jì)算只限于電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的情況．2．洛倫茲力的計(jì)算只限于速度和磁場方向垂直的情況.熱點(diǎn)視角1.高考對磁場知識的考查頻率較高，考查的熱點(diǎn)主要集中在：磁場概念的理解、安培力的應(yīng)用和帶電粒子在磁場中的運(yùn)動、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動．2．高考題型包括選擇題和計(jì)算題．選擇題側(cè)重考查磁場的基本概念、安培力的簡單應(yīng)用和洛倫茲力的有關(guān)分析；計(jì)算題則側(cè)重考查帶電粒子在磁場中或在復(fù)合場中的運(yùn)動以及與電磁感應(yīng)相結(jié)合的問題．特別注意“邊界問題”以及由周期性引起的多解問題．3．高考也注重實(shí)際應(yīng)用，如質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾元件、磁流體發(fā)電機(jī)、速度選擇器、磁電式電流表等都可能成為命題的背景.第一節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用一、磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁場(1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動電荷有______的作用．(2)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向．2．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場強(qiáng)弱和方向．(2)定義式：B＝________(通電導(dǎo)線垂直于磁場)．(3)方向：小磁針靜止時________的指向．(4)單位：__________，符號T.磁力N極特斯拉二、磁感線及特點(diǎn)1．磁感線在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的________方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致．2．磁感線的特點(diǎn)(1)磁感線上某點(diǎn)的______方向就是該點(diǎn)的磁場方向．(2)磁感線的疏密定性地表示磁場的______，在磁感線較密的地方磁場較______；在磁感線較疏的地方磁場較______.切線切線強(qiáng)弱強(qiáng)弱(3)磁感線是________曲線，沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)．在磁體外部,從N極指向S極；在磁體內(nèi)部，由S極指向N極．(4)同一磁場的磁感線不________、不________、不相切．(5)磁感線是假想的曲線，客觀上不存在．閉合中斷相交3．電流周圍的磁場直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點(diǎn)安培定則無磁極、非勻強(qiáng)且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似,管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場且磁場最強(qiáng),管外為非勻強(qiáng)磁場環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn),磁場越弱直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場立體圖橫截面圖三、安培力的大小和方向1．安培力的大小(1)磁場和電流垂直時，F(xiàn)＝________．(2)磁場和電流平行時：F＝0.2．安培力的方向(1)用左手定則判定:伸開左手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向________的方向，這時______所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向．(2)安培力的方向特點(diǎn)：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B和I決定的平面．(注意：B和I可以有任意夾角)BIL電流拇指

D2－1.(多選)關(guān)于磁感線的性質(zhì)和概念，下列說法中正確的是(

)A．磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向B．鐵屑在磁場中的分布曲線就是磁感線C．磁感線總是從磁體的N極指向S極D．磁場中任意兩條磁感線均不相交AD2－3.(單選)為了解釋地球的磁性,19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的．在下列四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是(

)B2－3.(單選)通電螺線管內(nèi)有一在磁場力作用下處于靜止的小磁針，磁針指向如圖所示，則(

)A．螺線管的P端為N極，a接電源的正極B．螺線管的P端為N極，a接電源的負(fù)極C．螺線管的P端為S極，a接電源的正極D．螺線管的P端為S極，a接電源的負(fù)極BA3－2.(多選)(2012·高考海南卷)如圖中裝置可演示磁場對通電導(dǎo)線的作用．電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿．當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b，導(dǎo)軌兩端e、f，分別接到兩個不同的直流電源上時，L便在導(dǎo)軌上滑動．下列說法正確的是(

)BDA．若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極,則L向右滑動B．若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極,則L向右滑動C．若a接負(fù)極，b極正極，e接正極，f接負(fù)極,則L向左滑動D．若a接負(fù)極，b極正極，e接負(fù)極，f接正極,則L向左滑動1．安培定則的應(yīng)用在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”．安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加原因(電流方向)結(jié)果(磁場繞向)直線電流的磁場環(huán)形電流的磁場大拇指四指四指大拇指2.磁場的疊加磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，計(jì)算時與力的計(jì)算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進(jìn)行合成與分解．特別提醒:兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是由兩個電流分別獨(dú)立存在時產(chǎn)生的磁場在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加而成的.(單選)(2012·高考大綱全國卷)如圖所示，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流．a(chǎn)、O、b在M、N的連線上,O為MN的中點(diǎn)，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點(diǎn)的距離均相等．關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場，下列說法正確的是(

)CA．O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反C．c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同D．a(chǎn)、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同[思路點(diǎn)撥]

(1)根據(jù)什么定則判斷導(dǎo)線M和N在各點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向？(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與各點(diǎn)到導(dǎo)線的距離有什么關(guān)系？(3)合磁場的計(jì)算遵守什么定則？[嘗試解答]_____________[方法總結(jié)]解決這類問題的思路和步驟：(1)根據(jù)安培定則確定各導(dǎo)線在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向；(2)判斷各分磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小；(3)根據(jù)矢量合成法則確定合磁場的大小和方向．[解析]根據(jù)安培定則判斷磁場方向，再結(jié)合矢量的合成知識求解．根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向均垂直于MN向下，O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，故A選項(xiàng)錯誤;a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故B選項(xiàng)錯誤;根據(jù)對稱性，c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同,故C選項(xiàng)正確；a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，故D選項(xiàng)錯誤．1.(單選)四條相互平行的通電直導(dǎo)線垂直于紙面,位于正方形的四個頂點(diǎn)上，其中A、D導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外,B、C導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里，四條導(dǎo)線中的電流大小相等，如圖所示．則B導(dǎo)線受到A、C、D導(dǎo)線產(chǎn)生磁場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]根據(jù)電流間的“同吸異斥”相互作用規(guī)律，可得AB、BD間的作用力是斥力，BC間的作用力是引力，如圖所示由幾何關(guān)系可知，F(xiàn)1＝F2>F3，則可知F1、F2的合力沿CB斜向上而且大于F3，所以合力的方向應(yīng)該是沿CB斜向上．1．通電導(dǎo)體在磁場中的運(yùn)動實(shí)質(zhì)是在磁場對電流的安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動．2．明確磁場的分布和正確運(yùn)用左手定則進(jìn)行判斷是解題的關(guān)鍵．安培力作用下的導(dǎo)體運(yùn)動分析

(單選)如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面．當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運(yùn)動情況是(

)

A．線圈向左運(yùn)動B．線圈向右運(yùn)動C．從上往下看順時針轉(zhuǎn)動D．從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動A[嘗試解答]_____________[方法總結(jié)]安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動情況的判定方法在特殊位置―→安培力方向―→運(yùn)動方向結(jié)論法轉(zhuǎn)換研究對象法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩個不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向[解析]法一：電流元法．首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看做一直線電流元,取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示.根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動．只有選項(xiàng)A正確．法二：等效法．將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖乙所示，根據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動，選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”,也可判斷出線圈向左運(yùn)動，選A.2.(單選)

如圖所示，原來靜止的圓形線圈通入逆時針方向的電流I,在其直徑AB上靠近B點(diǎn)處放一根垂直于線圈的固定不動的長直導(dǎo)線，長直導(dǎo)線通以垂直紙面向里的電流I′，則圓線圈將(

)A．向左平動

B．向右平動C．以直徑為軸轉(zhuǎn)動

D．靜止不動C[解析]將圖中的環(huán)形電流化曲為直，如圖所示，則由電流之間相互作用“同吸異斥”的特點(diǎn)和“兩異向直線電流總有轉(zhuǎn)到同向平行且靠近的趨勢”可知，圓線圈將有轉(zhuǎn)動的效果，故C正確．1．安培力公式的說明在高中階段計(jì)算安培力時，常用F＝BIL，即只考慮磁場與電流方向垂直的情況，很少考慮二者不垂直的情形．對安培力公式的理解和應(yīng)用2．對有效長度的理解彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端．安培力的作用點(diǎn)為等效長度的幾何中心．

(單選)如圖所示，長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60°的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(

)C[嘗試解答]_____________[解析]導(dǎo)線的有效長度為2lsin30°＝l，所以該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為BIl.故C正確．3.(單選)如圖所示，AC是一個用長為L的導(dǎo)線彎成的、以O(shè)為圓心的四分之一圓弧,將其放置在與平面AOC垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中．當(dāng)在該導(dǎo)線中通以由C到A，大小為I的恒定電流時,該導(dǎo)線受到的安培力的大小和方向是(

)C安培力的綜合應(yīng)用F1<F安，根據(jù)平衡條件mgsin37°＋Ff＝F安(2分)解得Ff＝0.06N，方向沿導(dǎo)軌向下．(1分)[答案]

(1)1.5A

(2)0.30N(3)0.06N，方向沿導(dǎo)軌向下[方法提煉]

解決安培力作用下的綜合問題的思路：(1)選定研究對象；(2)變?nèi)S為二維，畫出平面受力分析圖,判斷安培力的方向時切忌跟著感覺走，一定要用左手定則來判斷,注意F安⊥B、F安⊥I；(3)根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律或動能定理列方程求解4.(多選)電磁軌道炮工作原理如圖所示．待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸.