1、【 精品教育资源文库 】 第 1 讲 磁场及其对电流的作用 一、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 磁力 的作用 . 2.磁感应强度 (1)物理意义：描述磁场的强弱和 方向 . (2)定义式： B FIL(通电导线垂直于磁场 ). (3)方向：小磁针静止时 N 极的指向 . (4)单位：特斯拉，符号为 T. 3.匀强磁场 (1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向 处处相同 的磁场称为匀强磁场 . (2)特点：疏密程度相同、方向相同的平行直线 . 4.地磁场 (1)地磁的 N 极在地理 南极 附近， S 极在地理 北极 附近，磁感线分布如图 1 所示
2、 . 图 1 (2)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度 相等 ，且方向水平 向北 . 5.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 . 自测 1 (多选 )一小段长为 L 的通电直导线放在磁感应强度为 B 的磁场中，当通过它的电流为 I 时，所受安培力为 F.以下关于磁感应强度 B 的说法正确的是 ( ) A.磁感应强度 B 一定等于 FIL B.磁感应强度 B 可能大于或等于 FIL C.磁场中通电 直导线受力大的地方，磁感应强度一定大 D.在磁场中通电直导线也可以不受力 答案 BD 【 精品教育资源文库 】 自
3、测 2 (2016 北京理综 17) 中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角： “ 以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也 .” 进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布如图 2.结合上述材料，下列说法不正确的是 ( ) 图 2 A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B.地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近 C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有 力的作用 答案 C 解析 地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近，两极并不重合，故 A、 B 正确；且地球内部也存在磁场，只有赤道附近上空磁场的方向
4、才与地面平行，故 C 错误；射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的速度方向与地磁场方向不会平行，一定受到地磁场力的作用，故 D 正确 . 二、磁感线和电流周围的磁场 1.磁感线的特点 (1)磁感线上某点的 切线 方向就是该点的磁场方向 . (2)磁感线的疏密程度定性地表示磁场的 强弱 ，在磁感线较密的地方磁场 较强 ；在磁感线较疏的地方磁场 较弱 . 磁感线是闭合曲线，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 . 同一磁场的磁感线不中断、不 相交 、不相切 . 磁感线是假想的曲线，客观上并不存在 . 2.几种常见的磁场 (1)条形磁铁和蹄形磁铁的
5、磁场 (如图 3 所示 ) 图 3 (2)电流的磁场 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场 特点 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 磁场且环形电流的两侧是 N 极和 S 极，且离圆环中心【 精品教育资源文库 】 磁场 最强 ，管外为 非匀强 磁场 越远，磁场 越弱 安培 定则 立体图 横截 面图 纵截 面图 自测 3 如图 4 所示，甲、乙是直线电流的磁场，丙、丁是环形电流的磁场，戊、己是通电螺线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向 . 图 4 答案 三、安培力的大小和方向 1.大小 【 精品教育资源文库 】 若 I B
6、， F 0；若 I B， F BIL. 2.方向 总垂直于 B、 I 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 垂直 ，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直 穿入手心 ，使伸开的 四指指向 电流 的方向，那么， 拇指 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 吸引 ，反向电流相互 排斥 . 自测 4 在如图所示的四幅图中，正确标明通电导线所受安培力 F 方向的是 ( ) 答案 B 命题点一 安培定则的应用和磁场的叠加 1.安培定则的应用 在运用安培
7、定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清 “ 因 ” 和 “ 果 ”. 因果 磁场 原因 (电流方向 ) 结果 (磁场方向 ) 直线电流的磁场 大拇指 四指 环形电流的磁场 四指 大拇指 2.磁场叠加问题的一般 解题思路 (1)确定磁场场源，如通电导线 . (2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向 .如图 5 所示为 M、 N 在 c 点产生的磁场 . 图 5 (3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场 . 例 1 (多选 )(2017 全国卷 19) 如图 6，三根相互平行的固定长直导线 L1、 L2和 L3两两等距，均通有电流【 精品
8、教育资源文库 】 I， L1中电流方向与 L2中的相同，与 L3中的相反 .下列说法正确的是 ( ) 图 6 A.L1所受磁场作用力的方向与 L2、 L3所在平面垂直 B.L3所受磁场作用力 的方向与 L1、 L2所在平面垂直 C.L1、 L2和 L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 11 3 D.L1、 L2和 L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 3 31 答案 BC 解析 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥 .对 L1受力分析，如图甲所示，可知 L1所受磁场作用力的方向与L2、 L3所在的平面平行，故 A 错误；对 L3受力分析，如图乙所示，可知 L3所受磁场作用力的方向与 L1、
9、L2所在的平面垂直，故 B 正确；设三根导线两两之间的相互作用力的大小为 F，则 L1、 L2受到的磁场作用力的合力大小均等于 F， L3 受到的磁场作用力的合力大小为 3F，即 L1、 L2、 L3 单位长度所受的磁场作用力大小之比为11 3，故 C 正确， D 错误 . 变式 1 (2017 全国卷 18) 如图 7，在磁感应强度大小为 B0的匀强磁场中，两长直导线 P 和 Q 垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为 l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流 I 时，纸面内与两导线距离均为 l的 a点处的磁感应强度为零，如果让 P中的电流反向、其他条件不变，则 a点处磁感应强度的大小为
10、( ) 图 7 A.0B. 33 B0C.2 33 B0D.2B0 答案 C 解析 如图甲所示， P、 Q 中的电流在 a 点产生的磁感应强度大小相等，设为 B1，由几何关系可知， B1 33 B0.如果让 P 中的电流反向、其他条件不变时，如图乙所示，由几何关系可知， a 点处磁感应强度的大小 B B20 B21【 精品教育资源文库 】 2 33 B0，故选项 C 正确， A、 B、 D 错误 . 命题点二 安培力作用下导体 运动情况的判断 1.问题概述 (1)问题特点 安培力作用下导体的运动问题与力学中的运动问题一样，同样遵从力学基本规律，只是研究对象所受的力中多分析安培力而已 . (2
11、)规律分析 判定通电导体在安培力作用下的运动方向或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况，再弄清楚导体中电流的方向，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势 . 2.几种判定方法 电流元法 分割为电流元 左手定则 安培力方向 整段导体所受合力方向 运动方向 特 殊位置法 在特殊位置 安培力方向 运动方向 等效法 环形电流 小磁针 条形磁铁 通电螺线管 多个环形电流 结论法 同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两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 转换研究对象法 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
12、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 例 2 如图 8 所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动， 当导线通入图示方向电流 I 时，导线的运动情况是 (从上往下看 )( ) 图 8 【 精品教育资源文库 】 A.顺时针方向转动，同时下降 B.顺时针方向转动，同时上升 C.逆时针方向转动，同时下降 D.逆时针方向转动，同时上升 答案 A 解析 如图甲所示，把直线电流等效为无数小段，中间的点为 O 点，选择在 O 点左侧 S 极右上方的一小段为研究对象，该处的磁场方向指向左下方，由左手定则
13、判断，该小段受到的安培力的方向垂直纸面向里，在 O 点左侧的各段电流元都受到垂直纸面向里的安培力，把各段电流元受到的力合成，则 O 点左侧导线受到垂直纸面向里的安培力；同理 判断出 O 点右侧的导线受到垂直纸面向外的安培力 .因此，由上向下看，导线沿顺时针方向转动 . 分析导线转过 90 时的情形：如图乙所示，导线中的电流向外，由左手定则可知，导线受到向下的安培力 .由以上分析可知，导线在顺时针转动的同时向下运动 .选项 A 正确 . 例 3 将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一块条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图 9 所示，当圆环中通以顺时针方向的电
14、流时，从上往下看 ( ) 图 9 A.圆环顺时针转动，靠近磁铁 B.圆环顺时针转动，远离磁铁 C.圆 环逆时针转动，靠近磁铁 D.圆环逆时针转动，远离磁铁 答案 C 解析 该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针， N 极在内， S 极在外，根据同极相斥、异极相吸， C 正确 . 变式 2 (多选 )通有电流的导线 L1、 L2、 L3、 L4处在同一平面 (纸面 )内，放置方式及电流方向如图 10 甲、乙所示，其中 L1、 L3是固定的， L2、 L4分别可绕垂直纸面的中心轴 O、 O 转动， O、 O 分别位于 L2、 L4的中点处，则下列判断正确的是 ( ) 【 精品教育资源文库 】 图 10 A.L2绕轴 O 按顺时针转动 B.L2绕轴 O 按逆时针转动 C.L4绕轴 O 按顺时针转 动 D.L4绕轴 O 按逆时针转动 答案 BC 解析 题图甲中由右手螺旋定则可知导线 L1上方磁场垂直纸面向外，且离导线 L1的距离越近，磁场越强，导线 L2上每一小部分受到的安培力方向均水平向右，但 O 点下方部分受到的安培力较大，所以 L2绕轴 O 按
