1、第1讲磁场的描述磁场对电流的作用,知识梳理?一、磁场的描述1.磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。(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:描述磁场的强弱和方向。(2)大小:B=?(通电导线垂直于磁场放置)。(3)方向:小磁针静止时N极的指向。(4)单位:特斯拉(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)特点匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同、方向相同的平行直线。,4.磁感线(1)磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的切线方向都跟这点的磁感应强度方向一致,这样的
2、曲线叫磁感线。(2)条形磁铁、蹄形磁铁和地磁场周围的磁感线分布如图所示。?(3)电流周围磁感线分布,二、安培力,1.定义:磁场对电流的作用力叫安培力。,2.安培力的大小计算(1)当B、I、L两两垂直时F=BIL。若B与I(L)夹角为,则F=BIL sin 。(2)公式的适用条件:一般只适用于匀强磁场。,3.安培力的方向(1)判定:左手定则。(2)安培力的方向特点,FB,FI,即F垂直于B和I决定的平面。【情景素材教师备用】,1.下列关于磁场的说法,正确的是?()A.只有磁铁周围才存在磁场B.磁场是假想的,不是客观存在的C.磁场是在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生的D.磁极与磁极、磁极与电
3、流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的,答案D磁铁周围存在磁场,运动电荷周围也存在磁场,故选项A错误;磁场虽然看不到摸不着,却是客观存在的,故选项B错误;磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间的作用是通过磁场实现的,选项C错误,选项D正确。,D,2.(多选)两根通电的长直导线平行放置,电流分别为I1和I2,电流的方向如图所示,在与导线垂直的平面上有a、b、c、d四点,其中a、b在导线横截面连线的延长线上,c、d在导线横截面连线的垂直平分线上。则导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是?()A.a点B.b点C.c点D.d点,AB,答案AB由安培定则知a、b两处I1和I2形成的
4、磁场方向共线反向,若再满足大小相等,则Ba=0或Bb=0;c、d两处,I1和I2形成的磁场方向不共线,故合磁感应强度不可能为零。,3.一根容易形变的弹性导线,两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是?(),答案D通电导线在磁场中受安培力时,可用左手定则判断安培力的方向。,D,深化拓展,考点一对磁感应强度、磁感线的认识,考点二安培力大小的计算及应用,考点三与安培力有关的力学综合问题的分析方法,深化拓展考点一对磁感应强度、磁感线的认识1.对磁感应强度B的理解及磁感应强度
5、B的叠加(1)磁感应强度由磁场本身决定,就像电场强度由电场本身决定一样,跟该位置放不放通电导线无关。(2)磁感应强度B的定义式也是其度量式。用来测量某处磁感应强度B的小段通电导线通常应垂直磁感线放入磁场,如果小段通电导线平行磁感线放入磁场,则其所受安培力为零,但不能说该点的磁感应强度为零。,(3)磁感应强度是矢量,其方向为放入其中的小磁针静止时N极的受力方向。(4)合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)。,2.磁感线与电场线的比较,1-1如图,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1I2;a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点,且a、b、
6、c与两导线共面;b点在两导线之间,b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是?()?A.a点B.b点C.c点D.d点,C,答案C由安培定则画出a、b、c、d各点的磁感线的分布图,由图可知电流I1、I2在a、c两点的磁场方向相反,这两点处的磁感应强度可能为零,又I1I2,故磁感应强度为零的点距I1的距离应比I2的大,故C正确,A、B、D均错误。,1-2三根相互平行的通电长直导线放在等边三角形的三个顶点上,如图所示为其截面图,电流方向如图。若每根导线的电流均为I,每根直导线单独存在时,在三角形中心O点产生的磁感应强度大小都是B,则三根导线同时存在时的磁感应强度大小为?() A.0B.
7、BC.2B D.3B,C,答案C利用安培定则将三条导线在O处的磁感应强度的方向判断出来,如图所示,由于B1=B2=B3=B,由图可知,B2与B3夹角为120,合磁感应强度大小仍为B,方向与B1相同,故三根导线在O处的合磁感应强度大小为2B,C对。,考点二安培力大小的计算及应用1.安培力大小(1)当IB时,F=BIL;(2)当IB时,F=0;(3)当I与B夹角为时,F=BIL sin 。?注意(1)当导线弯曲时,L是导线两端的有效线段的长度(如图所示)。,(2)对于任意形状的闭合线圈,其有效长度均为零,所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零。,2.安培力的方向用左手定则判断,注意安培力既
8、垂直于B,也垂直于I,即垂直于B与I决定的平面。,2-1通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内,电流方向如图所示,ad边与MN平行,关于MN中电流产生的磁场对线框的作用,下列叙述中正确的是?()?A.线框有两条边所受到的安培力方向相同B.线框有两条边所受到的安培力大小相等C.整个线框有向里收缩的趋势D.若导线MN向左微移,各边受力将变小,但合力不变,B,答案B由直线电流产生磁场的特点可知,与导线MN距离相等的位置磁感应强度大小相等,因此只有ab与cd边受到的安培力大小相等,B对;由安培定则知MN中电流在导线框处产生的磁场垂直纸面向里,由左手定则可判定ab边受安培力方向向下,c
9、d边受安培力方向向上,ad边受安培力方向向左,bc边受安培力方向向右,整个线框有向外扩张的趋势,A、C错;若MN向左微移,则线框各边所在处磁感应强度均减弱,但ad边所在处减弱更多,故各边受安培力均变小,线框所受向左的合力变小,D错。,2-2如图,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L,且abc=bcd=135。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。导线abcd所受到的磁场的作用力的合力?()?A.方向沿纸面向上,大小为(?+1)ILBB.方向沿纸面向上,大小为(?-1)ILBC.方向沿纸面向下,大小为(?+1)
10、ILB,D.方向沿纸面向下,大小为(?-1)ILB,A,答案A由左手定则及力的合成可知合力方向沿纸面向上,故知C、D选项错误。导线受安培力的有效长度为线段ad的长度,Lad=(?+1)L,再由安培力公式F=BIL可得合力大小为(?+1)ILB,选项A正确、B错误。,考点三与安培力有关的力学综合问题的分析方法1.解题基本思路:,2.求解关键:(1)电磁问题力学化。(2)立体图形平面化。,3-1(多选)如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。待发射弹体与轨道保持良好接触,并可在两平行轨道之间无摩擦滑动。电流从一条轨道流入,通过弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道平面的磁场(可视为匀强
11、磁场),磁感应强度的大小与电流I成正比。通电的弹体在安培力的作用下离开轨道,则下列说法正确的是?(),A.弹体向左高速射出B.I为原来的2倍,弹体射出的速度也为原来的2倍C.弹体的质量为原来的2倍,射出的速度也为原来的2倍D.轨道长度L为原来的4倍,弹体射出的速度为原来的2倍,BD,答案BD根据安培定则可知,弹体处的磁场方向垂直于轨道平面向里,再利用左手定则可知,弹体受到的安培力水平向右,所以弹体向右高速射出,选项A错误;设B=kI(其中k为比例系数),轨道间距为l,弹体的质量为m,射出时的速度为v,则安培力F=BIl=kI2l,根据动能定理有FL=?mv2,可得v=I?,对B、C、D项分析可
12、知,选项C错误,B、D正确。,3-2如图甲所示,在水平地面上固定一对与水平面倾角为的光滑平行导电轨道,轨道间的距离为l,两轨道底端的连线与轨道垂直,顶端接有电源。将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上,且与两轨道垂直。已知轨道和导体棒的电阻及电源的内电阻均不能忽略,通过导体棒的恒定电流大小为I,方向由a到b,图乙为图甲沿ab方向观察的侧视图。若重力加速度为g,在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场,使导体棒在轨道上保持静止。(1)请在图乙所示的侧视图中画出导体棒受力的示意图;(2)求出磁场对导体棒的安培力的大小;(3)如果改变导轨所在空间的磁场方向,试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值的大小和方向。,答案见解析,解析(1)导体棒受力如图所示?(2)根据共点力平衡条件可知,磁场对导体棒的安培力的大小F=mg tan (3)要使磁感应强度最小,则要求安培力最小。根据受力情况可知,最小安培力Fmin=mg sin ,方向平行于轨道斜向上所以最小磁感应强度Bmin=?=?根据左手定则可判断出,此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上。,
