8.1 磁场的描述 磁场对电流的作用.pptx

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1、第八章磁场考纲要求权威解读磁场、磁感应强度、磁感线知道什么是磁场以及对磁场的两种描述方法:磁感应强度和磁感线。通电直导线和通电线圈周围磁场的方向会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。磁通量知道磁通量的概念。安培力、安培力的方向掌握安培力的计算表达式,会判断安培力的方向。匀强磁场中的安培力正确掌握公式F=BIl的使用条件,并能用来解决通电直导线在匀强磁场中的动力学问题。洛伦兹力、洛伦兹力的方向知道什么是洛伦兹力,会判断正负粒子在磁场中的受力方向。洛伦兹力公式掌握洛伦兹力的表达式,会用来进行计算。带电粒子在匀强磁场中的运动掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律。质谱仪和回旋加

2、速器理解质谱仪和回旋加速器的结构和工作原理。按Esc键退出返回目录第一节磁场的描述磁场对电流的作用按Esc键退出返回目录基础梳理基础梳理整合整合核心核心理解深化理解深化方法探究突破方法探究突破按Esc键退出返回目录基础梳理基础梳理整合整合构建能力大厦的奠基石构建能力大厦的奠基石一、磁场磁感应强度1.磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有的作用。(2)方向:小磁针的所受磁场力的方向。答案：1.(1)磁场力(2)N极(2)大小:B=(通电导线垂直于磁场)。(3)方向:小磁针静止时的指向。3.安培的分子电流假说安培认为,在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种分子电流。分子电流使

3、每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于。2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的。答案:2.(1)强弱和方向(2)(3)N极3.环形电流两个磁极按Esc键退出返回目录二、磁感线及几种常见的磁场分布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。答案：1.切线按Esc键退出返回目录2.几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示)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与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场,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,磁场安培定则(2)几种电流周围的磁

4、场分布立体图横截面图纵截面图(3)匀强磁场:在磁场的某些区域内,磁感线为的平行线,如图所示。答案：(2)越弱最强越弱(3)同向等密在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度,且方向水平。答案：(4)南极北极相等向北(4)地磁场地磁场的N极在地理附近,S极在地理附近,磁感线分布如图所示。按Esc键退出返回目录三、磁场对电流的作用安培力1.大小若IB时,;若IB时,F=BIl。2.方向总垂直于所决定的平面,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,并且都跟手掌在,把手放入磁场中,让磁感线,使伸开的四指指向的方向,那么,所指的方向,就是

5、通电导线在磁场中的受力方向。答案：1.F=02.B、I垂直同一平面内垂直穿入手心电流拇指3.两平行通电导线间的作用同向电流相互,反向电流相互。答案：3.吸引排斥按Esc键退出返回目录核心理解深化核心理解深化拓展升华思维的加油站拓展升华思维的加油站一、磁感线和电场线的比较【自主探究1】关于电场线和磁感线的下列说法中错误的是()。A.静电场的电场线总是从正电荷或无穷远出发,终止于无穷远或负电荷B.磁感线总是从磁体北极出发,到磁体南极终止C.电场中某点的电场强度方向就是电场线的切线方向,也是正电荷所受电场力的方向D.磁场中某点的磁场方向就是磁感线的切线方向,也是小磁针北极在该点的受力方向答案：B磁感

6、线电场线相似点引入目的 都是为了形象地描述场而引入的假想曲线,实际不存在疏密意义 都能定性地描述场的强弱切线方向 都是表示该点场强的方向是否相交 不相交归纳要点不同点磁感线为闭合曲线,磁体外部的磁感线由NS,内部的磁感线由SN电场线起始于正电荷或无穷远,终止于无穷远或负电荷二、对磁感应强度的理解【自主探究2】关于磁感应强度的概念,以下说法中正确的有()。A.电流元Il在磁场中受力为F,则磁感应强度B一定等于B.电流元Il在磁场中受力为F,则磁感应强度可能大于或等于C.磁场中电流元受力大的地方,磁感应强度不一定大D.磁场中某点磁感应强度的方向与电流元在此点的受力方向相同答案：BC归纳要点1.磁感

7、应强度是用比值法定义的,其大小由磁场本身的性质决定,与放入的直导线的电流I的大小、导线的长短L的大小无关。解析:判断磁感应强度的大小,需要在电流元受力最大的前提下进行,选项A、B中的力F可能小于或等于最大受力,因此,磁感应强度B可能大于或等于;电流元在磁场中受力与其放置方位有关,因此电流元受力大的地方,磁感应强度不一定大;磁场的方向规定为小磁针N极的受力方向,与电流元受力方向不相同。2.由定义式B=计算B时,通电导线必须垂直于磁场;若通电导线平行于磁场,则不受安培力,但不能说该处磁感应强度为零。3.磁感应强度是矢量,其方向是放入其中的小磁针静止时N极的指向,不是磁场中电流所受安培力的方向,而是

8、与受到安培力的方向垂直。4.磁感应强度与电场强度有很多方面类似,但要注意二者的区别。(1)电荷在电场中总是受力,而电流在磁场中不一定受力,且受力情况取决于电流与磁场方向的关系,两者方向平行时不受力,垂直时受力最大;(2)电场力方向总与电场强度方向在同一条直线上,但安培力方向与磁场方向总是垂直的,且垂直于磁场和电流决定的平面。三、安培力的理解【自主探究3】如图所示,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。导线段ABCD所受到的磁场的作用力的合力()。

9、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)IlBD.方向沿纸面向下,大小为(-1)IlB答案：A解析:将导线分为三段直导线,根据左手定则分别判断出安培力的方向,根据F=BIl计算出安培力的大小,再求合力。导线所受合力F=BIl+2BIlsin45=(+1)IlB,方向沿纸面向上。归纳要点：安培力的方向取决于电流和磁场方向决定的平面,且总与该平面垂直,处理此类问题首先要把立体图改画为截面图,要正确判断出通电导线与磁场方向的关系,注意分析二者是否垂直;分析出安培力及其他力来,这类问题本质上是力学问题。另外,计算弯曲导线受的安培

10、力,要注意弯曲导线的有效长度L等于两端点连接直线的长度(如图所示),相应的电流方向沿L由始端流向末端。同一平面内任何形状的闭合线圈,通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和一定为零,因为有效长度L=0。易错辨析请你判断下列表述正确与否,对不正确的,请予以更正。1.电流在磁场中受力为零,说明该处磁感应强度为零。2.磁体的磁感线不论在磁体外部还是在内部都是由N极指向S极。3.同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,与此类似,同向电流相互排斥,异向电流相互吸引。4.安培力F、磁感应强度B、电流I三者方向总相互垂直。5.安培力计算公式F=BIL的成立条件是磁感应强度B垂直于电流I,即BI。答案:1.错误。电

11、流在磁场中受力为零,磁感应强度有可能不为零,如电流方向与磁场方向平行。2.错误。在磁体外部磁感线由N极指向S极,在内部是由S极指向N极。3.错误。同向电流相互吸引,异向电流相互排斥。4.错误。安培力F与磁感应强度B、电流I一定垂直,但磁感应强度B与电流I方向不一定垂直。5.正确。按Esc键退出返回目录方法探究突破方法探究突破提升应用技巧的突破口提升应用技巧的突破口【例1】如图所示,直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远,它们的磁场互不影响。当开关S闭合后,则小磁针的北极N(黑色一端)指示出的磁命题研究一、安培定则的应用场方向正确的是()。A.a、cB.b、cC.c、dD.a、d思路点拨:由

12、安培定则判断出磁场的分布,小磁针的N极总是指向磁场的方向。解析:据安培定则判断出:(1)AB直导线磁场在小磁针a所在位置垂直纸面向外,所以磁针a的N极指向正确;(2)C左侧为N极,内部磁场向左,所以磁针c的N极指向正确,磁针b的N极指向不正确;(3)D左端为S极,右端为N极,所以磁针d的N极指向也不正确。规律总结：在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时有所不同,在判定直线电流的磁场方向时,大拇指指向电流方向,四指指向磁场绕向;在判定环形电流磁场方向时,四指指向电流绕向,大拇指指向环内沿中心轴线的磁感线方向。答案：A拓展链接1磁铁放久了,其磁性将变弱,为了保持其磁性,我们需要给磁铁充磁,充

13、磁的方式有两种。图甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中,图乙是将条形磁铁夹在电磁铁之间,a、b和c、d接直流电源,下列接线正确的是()。C.a接电源负极,b接电源正极,c接电源正极,d接电源负极B.a接电源正极,b接电源负极,c接电源负极,d接电源正极D.a接电源负极,b接电源正极,c接电源负极,d接电源正极答案：B解析:充磁时,应使外加磁场方向与磁铁的磁场方向相同,甲图中,因磁铁在螺线管内部,应使螺线管内部磁感线方向从右向左,由安培定则可判定,a接电源正极,b接电源负极;乙图中,同理可知,右端为螺线管N极,左端为S极,由安培定则可判定c接电源负极,d接电源正极,故B正确。A.a接电源正极,b接电源

14、负极,c接电源正极,d接电源负极【例2】如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中,在以导线截面的中心为圆心、r为半径的圆周上有A、B、C、D四个点。已知A点的磁感应强度为0,则下列叙述正确的是()。命题研究二、磁场的叠加问题A.直导线中的电流方向垂直纸面向里B.B点的实际磁感应强度为T,方向斜向右上方,与竖直方向的夹角为45C.C点的实际磁感应强度也为0D.D点的实际磁感应强度与B点相同思路点拨:由A点的实际磁感应强度为0,根据安培定则判断出电流方向,每一点的磁感应强度为电流的磁场和匀强磁场的叠加,遵从矢量合成法则。解析:A点的实际磁感应强度为0,即直线电流在A处的磁感应强

15、度与匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为0,所以直线电流在A处的磁感应强度为1T,方向向左,由安培定则可得直导线中的电流方向垂直纸面向里,由于圆周上各点到直导线的距离相同,所以直线电流在圆周上各处的磁感应强度大小均为1T,但方向不同,在B处向上,在C处向右,在D处向下,则B、C、D三处的实际磁感应强度分别为T,方向斜向右上方与竖直方向成45夹角;2T,方向向右;T,方向斜向右下方与竖直方向成45夹角,选项A、B正确。规律总结:空间中磁场叠加,在某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个,即合磁场方向,应用平行四边形定则求解。答案：AB拓展链接2(2011全国理综)如图,两根相互平行的长直

16、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、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点答案：C解析:空间某点的磁感应强度的大小和方向是I1、I2各自产生的磁场叠加的结果。距离导线越近的地方,磁场越强。根据安培定则,只有在C点,两条导线电流各自产生的磁场才有可能大小相等,方向相反,叠加后互相抵消,磁感应强度为零。【例3】如图所示,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

17、上往下看)()。命题研究三、导体在安培力作用下的定性分析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,同时上升思路点拨:首先明确常见磁场的磁感线分布情况,然后取“电流元”,用左手定则判定其受力方向,特别注意导线旋转后,磁场有了垂直于纸面的分量而导致向下受力。解析:(1)电流元法如图所示,把直线电流等效为AO、OO、OB三段(OO段极短)电流元,由于OO段电流方向与该处磁场方向平行,所以不受安培力作用;AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向上,根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外;OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下,同理可知其所受

18、安培力方向垂直于纸面向里。综上可知导线将以OO段为轴顺时针转动(俯视)。(2)特殊位置法把导线转过90的特殊位置来分析,根据左手定则判得安培力方向向下,故导线在顺时针转动的同时向下运动。综上所述,选项A正确。答案：A电流元法分割为电流元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规律总结1.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法2.在本题中,除了已用到的两种方法外,还可以应用“转换研究对象法”,即假设导线固定不动

19、,判断出蹄形磁铁的N、S极受力方向,从而确定蹄形磁铁的转动方向,再根据实际情况,将结论反过来即可。拓展链接3如图所示,用细橡皮筋悬吊一轻质线圈,置于一固定直导线上方,线圈可以自由运动。当给两者通以图示电流时,线圈将()。A.靠近直导线,两者仍在同一竖直平面内B.远离直导线,两者仍在同一竖直平面内C.靠近直导线,同时旋转90D.远离直导线,同时旋转90答案：A解析:由安培定则知,通电直导线在线圈处产生的磁场垂直于纸面向外。为了判定通电线圈在这一磁场内的受力方向,不妨将它分成足够多的等份来处理,这样每一小段便可看做是一小段通电直导线。结合左手定则可判定出各段受力皆背离圆心。但由于直线电流的磁场不均

20、匀,靠近直导线的部分磁场较强,因而线圈靠近直导线的部分受力较大。考虑对称性特点,将各段受力合成时,合力方向一定竖直向下,这样线圈必定靠近直导线,并仍处于竖直平面内。【例4】如图所示,质量为60g的铜棒长为a=20cm,棒两端与长为l=30cm的细软铜线相连,吊在磁感应强度B=0.5T、竖直向上的匀强磁场中,当棒中通过恒定电流I后,铜棒向上摆动,最大偏角=60,g取10m/s2,求:命题研究四、通电导线在安培力作用下的力学问题(1)铜棒中电流I的大小及方向;(2)铜棒在摆动过程中的最大速度(结果保留一位有效数字)。解析:(1)因铜棒的最大摆角为=60,由运动对称性可知,铜棒上摆30时速度最大,此

21、处铜棒所受的合力为零。对铜棒受力分析如图所示,由左手定则可知,电流的方向向左。由平衡条件有BIa=mgtan30,代入数据得I=2A。(2)当铜棒上摆30时速度最大,设最大速度为v,由动能定理可得BIa-mgl(1-cos30)=mv2而BIa=mgtan30,结合以上两式得v2=gltan30-2gl(1-cos30)代入数据得:v=1m/s。规律总结:为了便于分析,此类问题首先要画出截面图,要正确判断出电流方向与磁场方向的关系,注意分析二者是否垂直;分析出安培力及其他力来,这类问题本质上是力学问题。答案:(1)2A方向向左(2)1m/s拓展链接4(2011课标全国理综)电磁轨道炮工作原理如

22、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。电流I从一条轨道流入,通过导电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面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是()。A.只将轨道长度l变为原来的2倍B.只将电流I增加至原来的2倍C.只将弹体质量减至原来的一半D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度l变为原来的2倍,其他量不变答案：BD解析:弹体所受安培力为BIL,由动能定理得BILl=mv2,只将轨道长度l变为原来的2倍,其速度将增加至原来的倍,A错误;只将电流I增加至原来的2倍,其磁感应强度也随之增加至原来的2倍,其速度将增加至原来的2倍,B正确;只将弹体质量减至原来的一半,其速度将增加至原来的倍,C错误;将弹体质量减至原来的一半,轨长度l变为原来的2倍时,其速度将增加至原来的2倍,D正确。按Esc键退出返回目录本课结束本课结束本课结束本课结束谢谢观看谢谢观看谢谢观看谢谢观看