磁场磁感线磁感应强度安培力电流表的工作原理

1高二年级物理第1周内容：磁场磁感线、磁感应强度安培力、电流表的工作原理主讲人：孙启龙备课时间：2010年3月2日一、备课内容：磁场磁感线、磁感应强度安培力、电流表的工作原理二、课时安排：磁场磁感线（2课时）、磁感应强度安培力、电流表的工作原理（2课时，含练习与资料处理），单元小结于习题课1课时。三、教学内容：（一）教学要求：1、磁场磁感线（1）理解磁场、磁场的方向（2）知道磁感线及常见磁体的磁感线（3）理解安培定则、知道直线电流、环形电流、通电螺线管的磁感线分布及各种视图2、磁感应强度安培力、电流表的工作原理(1理解磁感应强度(2)知道知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BILsinθ。(3)知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。（4）了解磁电式电流表的工作原理。（二）典型例题：1．与磁场方向垂直的通电直导线，I＝2.5A，＝1cm，所受磁场力F＝5´10－2N，则该点的磁感应强度B＝？(1)若其电流强度增加一倍，I＝5A，则该点的磁感应强度B＝______，所受的磁场力F＝_____。(2)若I＝0，则该点的B＝______。(3)若I与B平行，则该点B＝________。该导线所受磁场力F＝______。(4)若拿走通电导线，则该点的B＝______。分析：B＝某处的磁感应强度由建立该磁场的电流情况和该点的空间位置决定，与检验通电直导线的电流强度大小、导线长短无关。答案：2T；2T、0.1N；2T；2T、0；2T。2．关于磁感线，下列说法正确的是：A．磁感线上每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时N极所指的方向一致。B．磁感线就是在磁场中的铁屑连成的曲线。C．对磁体来说，其周围的磁感线是从磁体的N极出发，到S极终止；对通电直导线来说，其周围的磁感线形成闭合曲线D．磁感线较密的地方磁感应强度也较大。分析：磁感线是为了形象地描述磁场而在磁场中画出的一些有方向的曲线，它是一组假想的线，是一个理想的模型。磁感线的形状可以用实验方法----铁屑在磁场中分布所形成的曲线---来模拟；磁感线上某点1,3,52的切线方向表示磁场的方向，即小磁针放在该点静止时N极所指的方向；磁感线都是闭合曲线；磁感线的疏密表示磁场的强弱。AD正确。注意：电场线和磁感线都是理想化的模型，在磁场中并不真的存在，它们在描述场时，有相同点也有不同点。在理解磁感线时，应与电场线对比。3．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，ab边与NM平行。关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是A、线框有两条边所受的安培力方向相同；B、线框有两条边所受的安培力大小相同；C、线框所受安培力的合力朝左；D、cd所受安培力对ab边的力矩不为零；分析：本题主要是考察学生对通电线圈受到的安培力及安培力矩的理解根据右手螺旋定则可知，导线MN右面的磁场方向为垂直纸面向里，垂直于通电矩形线框平面，所以矩形线框的四条边均受到安培力。根据左手定则可知ad边和bc边受到的磁场力大小相等，方向相反，二力平衡；ab边和cd边受到的磁场力方向相反，但ab边受力大于cd边受力。（因为ab边所在处的磁场大于cd边所在处的磁场）cd边受力过转轴（ab），所以cd所受安培力对ab边的力矩为零。BC正确4．两光滑平行导轨与水平成θ放置。导轨下端接有电池和滑动变阻器，导轨上与导轨垂直放置有导体MN，如图所示，整个装置处在磁感强度为B的匀强磁场中。若磁场方向竖直向上，导体MN中的电流为I1时，导体MN可静止在导轨上;若磁场方向垂直导轨平面斜向上时，导体MN中的电流为I2时，也可以静止在导轨上，则I1：I2＝______分析：根据物体的平衡条件可以解决。为了准确地画出导体MN的受力图，把立体图平面化——投影图，是非常必要的。投影后，题中所述两种情况，分别如图中的(1)和(2)所示。注意到安培力的方向与磁场方向垂直。解：由图中受力情况可得(设MN长L，质量为M)BI1L=MgtanθBI2L=Mgsinθ得I1：I2＝1/cosθ说明：还应注意到两种情况，导轨对MN的弹力也不相同，N1／N2=1／cos2θ。5．如图所示，一位于xy平面内的矩形通电线圈只能绕ox轴转动，线圈的四个边分别与x、y轴平行，线圈中的电流方向如图。当空间加上如下所述的哪种磁场时，线圈会转起来：（）A．方向沿x轴的恒定磁场B．方向沿y轴的恒定磁场C.方向沿z轴的恒定磁场D.方向沿z轴的变化磁场分析：题意给出线圈只能绕ox轴转动的条件，所以线圈要转动只能是与x轴平行的两边分别受到的3磁场力，方向相反且不在同一平面上，对ox轴形成力矩。当磁场方向沿x轴时，与x轴平行的两个边不受磁场力，线圈不能转，说明(A)选项不正确；若磁场沿z轴方向，通电线圈的四个边受到磁场力的方向都在线圈平面内，力矩为零，线圈不能转动起来，所以(C)选项和(D)选项也是不正确；当恒定磁场沿y轴方向时，通电线圈中位于x轴右侧的平行边受到磁场力的方向向下，位于x轴左侧的平行边受到磁场力的方向向上，使通电线圈绕ox轴转动。所以(B)选项正确。6．如图所示，abcd是竖直的矩形导线框，线框面积为S，放在磁感应强度为B的均匀水平磁场中，ab边在水平面内且与磁场方向成60o角，若导线框中的电流为I，则导线框所受的安培力对某竖直的固定轴的力矩等于：（）A．IBSB.C.D．由于导线框的边长及固定轴的位置未给以，无法确定分析：设oo＇为某竖直的固定轴（即轴与ab边和bc边平行)，所求的安培力矩就是ad边受安培力对oo＇轴的力矩跟bc边受安培力对oo＇的力矩之和。ad边及bc边受安培力的大小为F=BIL，安培力的方向跟电流方向有关，题中虽没有给出线圈中的电流方向，但ad边的电流方向与bc边的电流方向相反(一个向上，另一个就向下).解：图中画出了ad边和bc边在磁场中受力的方向。从图中可知安培力矩MM＝Fcos60o+Fcos60o=Flabcos60oF=BIlad所以M＝BIlabladcos60o=BIS/2说明(B)选项正确。说明：通过解此题可以看出，当线圈平面与磁场方向夹角为0o时(即磁场方向与线圈平面平行)，安培力矩最大Mmax=BIS；当线圈平面与磁场方向垂直时，安培力矩于零.如果abcd是电动机中的通电线圈，上述解题还表明，此线圈放在与磁感线平行的位置上再通电，电动机最容易转动。4四、周末练习：1.下面关于磁感线的说法中正确的是：（）A．磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极B．小磁针静止时，南极所指的方向，就是那一点的磁场方向C．不论在什么情况下，磁感线都不会相交D．沿着磁感线的方向磁场逐渐减弱2．当电子由A不断运动到B的过程中，如图所示，小磁针如何运动：（）A．不动B．N极向纸里，S极向纸外旋转C．向上运动D．N极向纸外，S极向纸里旋转3．两根非常靠近且相互垂直的长直导线分别通以相同强度的电流，方向如图所示，那么两电流所产生的磁场垂直导线平面向内且最强的在哪个区域：（）A．区域1B．区域2C．区域3D．区域44．关于磁感线和电场线的下列论述中，错误的是：（）A．磁感线和电场线分别是用来形象地描述磁场和电场的强弱和方向的一些假想曲线B．磁感线是闭合的曲线，电场线则是不闭合的，它从正电荷出发，或终止于负电荷，或伸展到无限远C．磁感线或电场线上每一点的切线方向跟该点的磁场方向或电场方向相同D．电场线可能跟仅受电场力作用下运动的点电荷的运动轨迹重合，磁感线可能跟仅受磁场力作用下运动的电荷的运动轨迹重合5．如图所示，三根长直导线通电电流大小相同，通电方向为b导线和d导线垂直纸面向里，c导线向纸外，a点为bd的中点，ac垂直bd，且ab=ad=ac。则a点磁感应强度的方向为：（）A．垂直纸面指向纸外B．垂直纸面指向纸里C．沿纸面由d指向bD．沿纸面由a指向c6．对于通电螺线管，下列说法中不正确的是：（）A．通电螺线管表现出来的磁性相当于条形磁铁，一端相当于N极，另一端相当于S极B．通电螺线管外部的磁感线也是从N极出来，进入S极的C．通电螺线管内部的磁感线与螺线管轴线平行，由S极指向N极D．把小磁针放在通电螺线管内，小磁针静止时，小磁针的N极指向螺线管的S极7．固定不动的绝缘直导线MN和可以自由移动的矩形线圈ABCD在同一平面内，MN与AD、BC边平行并较靠近AD边，当导线和线圈中通以如图所示的电流时，线圈的运动情况是：（）A．静止不动B．向左方移动C．向右方移动．D．绕MN为轴转动8．如图是一个用均匀金属导线做成的圆环，A、B是圆环直径的两个端点，当电流I从A点流入，从B电流出时，在环中心处的磁场方向是：（）5A．在圆环所在的平面内，且指向BB．垂直圆环平面，且指向纸外C．垂直圆环平面，且指向纸内D．磁感应强度为零：无方向9．如图所示，一带负电的金属环绕轴0D＇以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是：（）A．N极竖直向LB．N极竖直向下C．N极沿轴线向左D．N极沿轴线向右10．两个相同的圆形扁平线圈，能在一个光滑绝缘的圆柱体上自由滑动，设大小不同的电流按图中所示的方向分别通入两个线圈，则两线圈的运动情况是：（）A．都绕圆柱体转动B．彼此相向平动，且电流大的加速度的值较大C．彼此背向平动，且电流大的加速度的值较大D．彼此相向平动，且具有相同的加速度值11．关于磁感应强度的定义式的理解，正确的是：（）A．磁感应强度B的大小与磁场力F成正比，与电流强度I和导线长度L乘积成反比B．磁感应强度B的方向由安培力F的方向决定C．磁感应强度B的方向与小磁针N极的指向相同D．处在磁场中且与磁场方向垂直的通电导线，在任何情况下所受磁场力F与电流强度和导线长度的乘积IL的比都是恒定的，且不为零12．ab导线水平放置，并被固定。cd导线在ab导线附近与ab导线有一段距离，竖直放置，cd导线能自由移动，当导线中通入如图所示方向的电流时，cd导线的运动情况将是：（）A．不动B．顺时针转动，且靠近abC．顺时针转动，且远离abD．逆时针转动，且远离ab13．在蹄形磁铁的上方用橡皮绳悬挂一根通电直导线CD，如图所示，问在磁场力的作用下，直导线CD将：（）A．向下平动，橡皮绳再伸长一些B．向纸面外平动，橡皮绳再伸长一些C．C端向纸面外转动，D端向纸里转动，橡皮绳再伸长一些D．D端向纸面外转动，C端向纸里转动，橡皮绳缩短一些14．条形磁铁放在水平桌面上，左端为N极，右端为S极，在其正中央上方固定一根直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则磁铁对桌面压力______________(填增大、减小或不变)，受桌面的摩擦力作用方向___________(填向左、向右或不受摩擦力)。参考答案1．C2．B3．C4．D5．C6．D7．B8．D9.C10.D11．D12．B13．C14．增大，不受摩擦力6