第1课磁场及磁场对电流的作用

第九章磁场考试大纲新课程标准1.磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ2.通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ3.安培力、安培力的方向Ⅰ4.匀强磁场中的安培力Ⅱ5.洛伦兹力、洛伦兹力的方向Ⅰ6.洛伦兹力的公式Ⅱ7.带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ8.质谱仪和回旋加速器Ⅰ(1)列举磁现象在生活、生产中的应用．了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响，关注与磁相关的现代技术发展.(2)了解磁场，知道磁感应强度和磁通量，会用磁感线描述磁场.(3)会判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向.(4)通过实验，认识安培力．会判断安培力的方向，会计算匀强磁场中安培力的大小.(5)通过实验，认识洛伦兹力．会判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小．了解电子束的磁偏转原理以及在科学技术中的应用.(6)认识电磁现象的研究在社会发展中的作用.复习策略：1.在弄清楚左、右手定则的内容及洛伦兹力、安培力的大小和方向的前提下，侧重带电粒子在电磁场中运动的实例，如质谱仪、回旋加速器、速度选择器、流量计等，以达到理论联系实际的目的．2．要善于运用类比和比较的方法．如磁感线与电场线、磁感应强度与电场强度、安培力与电场力、洛伦兹力与库仑力的类比和比较，不但有利于知识的理解和掌握，而且有利于发展思维能力和创新精神．3．注重过程和方法．特别在研究带电粒子在磁场中的圆周运动问题时，着重把握“一找圆心，二找半径，三找周期或时间”的规律．记忆秘诀：右手指弯如螺线，安培定则判磁(电流磁场的方)向：“力”最后一笔向左(撇)，左手定则判(磁场)力(方)向；“电”最后一笔向右(钩)，右手定则判(感应电)流(方)向．第一单元磁场安培力第1课磁场及磁场对电流的作用考点一磁场、磁感应强度、磁感线1．磁场．(1)基本性质：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N极所受磁场力的方向．2．磁感应强度．(1)磁感应强度是反映磁场性质的物理量，是用比值法定义的．(2)匀强磁场：磁感应强度处处相同，磁感线是一组平行且等间距的直线．(3)磁感应强度B与电场强度E的比较：对应名称比较项目磁感应强度B电场强度E物理意义描述磁场的强弱描述电场的强弱定义式B＝FIL，通电导线与B垂直E＝Fq大小决定由磁场决定，与检验电流无关由电场决定，与检验电荷无关方向矢量磁感线切线方向，小磁针N极受力方向矢量电场线切线方向，放入该点的正电荷受力方向场的叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和合场强等于各个电场的场强的矢量和单位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C3.磁感线．(1)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跟这点的磁感应强度方向一致．②条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布，如图所示．(2)地磁场．①地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近，磁感线分布如图所示．②地磁场B的水平分量(Bx)总是从地理南极指向北极，而竖直分量(By)，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．赤道处的地磁场沿水平方向，指向北．考点二通电直导线和通电线圈周围磁场方向电流的磁场．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，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两侧相当于N极和S极且离圆环中心越远，磁场越弱安培定则立体图横截面图考点三安培力、安培力的方向1．安培力：通电导线在磁场中受到的力．2．左手定则：伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线垂直掌心进入，并使四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．3．两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，反向电流互相排斥．考点四匀强磁场中的安培力1．几种情况：垂直于匀强磁场放置的通电导线所受的安培力为F＝BIL；平行于磁场放置的通电导线所受的安培力为0；当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，安培力为F＝BILsin_θ．2．方向：由左手定则确定．,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、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(C)A．a点B．b点C．c点D．d点解析：根据安培定则可知I1和I2电流分别在a处产生的磁场方向为垂直ac连线向上和向下，由于I1I2，且I1电流与a点的距离比I2电流与a点距离要小，故B1aB2a，则a处磁感应强度不可能为零，A错；两电流在b处产生的磁场方向均垂直ac连线向下，故B错；I1和I2电流分别在c处产生的磁场方向为垂直ac连线向下和向上，且I1电流与c点的距离比I2电流与c点距离要大，故B1c与B2c有可能等大反向，C对；两电流在d处产生的磁场方向一定成某一夹角，且夹角一定不为180°，D错．2．三根平行的长直通电导线，分别通过一个等腰直角三角形的三个顶点且与三角形所在平面垂直，如图所示．现在使每根通电导线在斜边中点O处所产生的磁感应强度大小均为B，则下列说法中正确的是(BD)A．O点处实际磁感应强度的大小为BB．O点处实际磁感应强度的大小为5BC．O点处实际磁感应强度的方向与斜边夹角为90°D．O点处实际磁感应强度的方向与斜边夹角为arctan2解析：先根据安培定则确定每根通电导线在O点所产生的磁感应强度的方向，再根据矢量合成法则求出结果．根据安培定则，I1与I3在O点处产生的磁感应强度B1、B3方向相同，I2在O点处产生的磁感应强度方向与B1、B3方向垂直，如图所示，故O点处实际磁感应强度大小为B0＝（B1＋B3）2＋B22＝5B，A错误，B正确；由几何关系可知O点处实际磁感应强度方向与斜边夹角为arctan2，C错误，D正确．课时作业一、单项选择题1．在如图所示的电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小分别为Fa、Fb，可判断这两段导线(D)A．相互吸引，Fa＞FbB．相互排斥，Fa＞FbC．相互吸引，Fa＜FbD．相互排斥，Fa＜Fb解析：无论电键置于a还是置于b，两导线中通过的都是反向电流，相互间作用力为斥力，A、C错误．电键置于位置b时电路中电流较大，导线间相互作用力也较大，故C错误，D正确．2．把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触，并使它组成如图所示的电路图．当开关S接通后，将看到的现象是(C)A．弹簧向上收缩B．弹簧被拉长C．弹簧上下跳动D．弹簧仍静止不动解析：如图所示，通电后，弹簧的每一圈都相当于一个环形电流，且各圈的电流绕向相同．任取其中两圈，其相邻两侧一定形成相异极性，因此互相吸引(或者，也可把任意两圈的相邻各段，看作两个同向电流而相互吸引)．弹簧的各圈互相吸引后，弹簧收缩，下端脱离水银面，使电路断开．电路断开后，弹簧中的电流消失，磁场作用失去，弹簧在自身重力及弹力作用下下落．于是，电路又接通，弹簧又收缩……如此周而复始，弹簧上下跳动．C项正确．3．如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的正中间的上方固定一根长直导线A，现使导线内通过垂直于纸面向里的恒定电流，则磁铁受到桌面的支持力大小变化情况是(C)A．不变B．减小C．增大D．无法判断解析：以通电直导线为研究对象，由左手定则判断其受安培力向上，则由牛顿第三定律知磁铁受通电直导线的安培力向下，即对桌面的压力增大，所以磁铁受到桌面的支持力增大．C项正确．4．在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，过c点的导线所受安培力的方向(C)A．与ab边平行，竖直向上B．与ab边平行，竖直向下C．与ab边垂直，指向左边D．与ab边垂直，指向右边解析：a处导线在c处产生的磁场B1的方向垂直于ac连线向左下方，b处导线在c处产生的磁场B2的方向垂直于bc连线向右下方，B1和B2的合磁场B的方向竖直向下，由左手定则可判断出过c点的导线所受安培力的方向与ab边垂直，指向左边，C正确．5．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，有两根竖直放置的平行导轨AB、CD，导轨上放有质量为m的金属棒MN，棒与导轨间的动摩擦因数为μ，现从t＝0时刻起，给棒通以图示方向的电流，且电流大小与时间成正比，即I＝kt，其中k为正恒量．若金属棒与导轨始终垂直，则如图所示的表示棒所受的摩擦力随时间变化的四幅图中，正确的是(C)解析：当Ff＝μBIL＝μBLktmg时，棒沿导轨向下加速；当Ff＝μBLktmg时，棒沿导轨向下减速；在棒停止运动前，棒所受摩擦力为滑动摩擦力，大小为Ff＝μBLkt；当棒停止运动时，摩擦力立即变为静摩擦力，大小为Ff＝mg，故选项C正确．6．如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下挂有一个矩形线圈，宽为l，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，当线圈中通有电流I(方向如图)时，在天平的左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码，天平平衡，当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡．由此可知(B)A．磁感应强度的方向垂直纸面朝里，大小为（m1－m2）gNIlB．磁感应强度的方向垂直纸面朝里，大小为mg2NIlC．磁感应强度的方向垂直纸面朝外，大小为（m1－m2）gNIlD．磁感应强度的方向垂直纸面朝外，大小为mgNIl解析：由于电流反向后需在右边加上砝码才能重新平衡，故知原先安培力向下，由左手定则可判断磁场方向为垂直于纸面向里，又由天平平衡条件可推出mg＝2NBIl，故B＝mg2NIl.二、不定项选择题7．在磁场中的同一位置放置一条直导线，导线的方向和磁场的方向垂直．先后在导线中通入不同的电流，导线所受的力也不一样．如图所示表现的是导线所受力F与通过导线的电流I的关系，a、b各代表一组F、I的数据，其中正确的是(BC)解析：安培力F＝BIL，当B、L确定时，F与I成正比，选项B、C正确．8．如图所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线处于同一竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以(AB)A．将a、c端接电源正极，b、d端接电源负极B．将b、d端接电源正极，a、c端接电源负极C．将a、d端接电源正极，b、c端接电源负极D．将a、d端接交流电源的一端，c、d端接交流电源的另一端解析：A选项中，由安培定则知螺线管上端为N极，MN中电流方向向右，由左手定则知MN垂直纸面向外运动，故A正确．B选项中接法使螺线管上端为S极，MN中电流由N到M，由左手定则可判知B正确．同理可知C错误．同理D错误．9．在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里．如图所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中(BCD)A．c、d两点的磁感应强度大小相等B．d、b两点的磁感应强度大小相等C．c点的磁感应强度的值最小D．a点的磁感应强度的值最大解析：通电直导线在c点的磁感应强度方向与B0的方向相反，b、d两点的磁感应强度方向与B0垂直，a点的磁感应强度方向与B0同向，由磁场的叠加知c点的合磁感应强度最小，a点的合磁感应强度最大．B、C、D项正确．10．质量为m的通电细杆置于倾角为θ的导轨上，导轨的宽度为d，杆与导轨间的动摩擦因数为μ，有垂直于纸面向里的电流通过杆，杆恰好静止于导轨上．在如图所示的A、B、C、D四个图中，杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是(CD)解析：A中通电细杆所受安培力水平向右，B中安培力竖直向上，这两种情况，即使没有摩擦力，通电细杆也可以静止在导轨上；C中安培力竖直向下，D中安培力水平向左，这两种情况，如果没有摩擦力，通电细杆均不能静止，故C、D均对．三、非选择题11．如图所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4m、质量为6×10－2kg的通电直导线，电流大小I＝1A、方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒