8-1磁场及其对电流的作用.

第一讲►►磁场及其对电流的作用回扣教材自主学习题型归类深度剖析误区反思感悟提高习题解析反思调高考点梳理习题化厚积薄发抓基础回扣教材自主学习知识梳理一、磁场1．磁场．磁极、电流和周围存在的一种物质．2．磁场方向．在磁场中的任一点，小磁针受磁场力的方向，就是那一点的磁场方向或小磁针静止时所指方向．运动电荷北极北极3．磁场的基本特性．磁场对放入其中的磁体、电流和运动电荷都有的作用4．磁现象的电本质．磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由产生的．5．磁化与退磁．最早揭示磁现象本质的假说是．分子电流排列由无序变为有序称为，分子电流排列由有序变为无序称为．磁场力电荷的运动安培分子电流假说磁化退磁二、磁感应强度1．物理意义．用来表示磁场的物理量．用符号B表示．2．大小．当一段通电直导线放置时，其所受安培力F与导线的长度L和电流I的乘积的比值即为该处的磁感应强度的大小，即B＝F/IL.强弱和方向垂直磁场方向3．单位．特斯拉(简称特，用字母T表示)，1T＝1N/(A·m)．4．方向．磁感应强度的方向即为该处磁场的方向，与该处磁感线方向一致，也与小磁针在该处静止时所指的方向一致．切线N极三、磁感线1．概念：在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线的表示该位置的磁场方向，曲线的疏密能定性地描述磁场的，这一系列曲线称为磁感线．2．特点．(1)磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线，实际上不存在．(2)磁感线是在磁体外部由极到极，内部由极到极的闭合曲线．切线方向强弱NSSN(3)磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱．(4)磁感线上任何一点的切线方向，都跟该点的磁场(磁感应强度)方向一致．(5)磁感线不能相交，也不能相切．3．安培定则．对于通电直导线，右手大拇指代表通电直导线的方向，四个弯曲的手指方向代表的方向．对于环形电流和通电螺线管，右手大拇指代表环形导线轴线上的的方向，四个弯曲的手指方向代表方向．电流磁感线环绕磁感线环形电流4．匀强磁场．若某个区域里磁感应强度大小处处相等，方向相同，那么该区域的磁场叫匀强磁场．匀强磁场中的磁感线是平行等距的直线．如通电螺线管内部的磁场，就是匀强磁场．5．几种典型磁场的分布．在永磁体的磁场和电流的磁场中，磁感线在空间都是立体分布的，为了能正确地分析和解答各种磁场问题，不仅应熟悉条形磁场、蹄形磁铁、直线电流、通电螺线管、地磁场等几种典型的磁场分布，还要善于将磁感线分布的空间图转化为不同方向的平面图，如俯视图．典型磁场分布如下图所示．（1）常见磁体的磁场（2）、直线电流的磁场安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向.I侧视图俯视图直线电流产生的磁场的磁感线从箭尾看从箭头看（3）环形电流周围磁感线安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.侧视图俯视图环形电流周围磁感线环形电流的磁场通电螺线管的磁场就是环形电流磁场的叠加.所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场,这时,大拇指所指的方向是螺线管内部的磁场的方向.（4）通电螺线管周围磁感线四、地磁场的主要特点地球的磁场与条形磁体的磁场相似，其主要特点有三个：(1)地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图8－1－2所示．(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球极指向极，而竖直分量(By)则南北相反，在南半球垂直地面向，在北半球垂直地面向．(3)在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北．南北上下五、磁场对电流的作用——安培力1．安培力的大小：F＝BILsinθ(θ为I和B的夹角)．(1)当I⊥B时(θ＝90°)，Fmax＝BIL；(2)当I∥B时(θ＝0°)，Fmin＝0.2．安培力的方向，由左手定则判断：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个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使指向电流的方向，那么，所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．四指大拇指3．特点：安培力的方向总是垂直于B和I所决定的平面，即一定既和B垂直又和I垂直，如图8－1－3所示．六、应用：电流表的工作原理1．磁电式电流表的构造如图8－1－4所示．（左下图）图8—1--4图8—1--32．图中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是分布的．3．磁电式电流表测电流的工作原理如图8－1－5所示．图8－1－5均匀辐向由于这种磁场的方向总沿着径向均匀地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是相等的，这样不管线圈转到什么位置，线圈平面总跟它所在位置的磁感线，I与指针偏角θ成，I越大指针偏转角度越大，因而电流表可以量出电流I的大小，且刻度是的，当线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针偏转方向也随着改变，又可知道被测电流的方向．平行正比均匀考点自测考点一磁感应强度和磁感线1.图8－1－6(2012·全国)如图8－1－6，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流．a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是()A．O点处的磁感应强度为零B．a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C．c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D．a、c两点处磁感应强度的方向不同解析由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场均竖直向下，合磁感应强度一定不为零，选项A错误；由安培定则，两导线在a、b两处产生磁场方向均竖直向下，由于对称性，电流M在a处产生磁场的磁感应强度等于电流N在b处产生磁场的磁感应强虎，同时电流M在b处产生磁场的磁感应强度等于电流N在a处产生磁场的磁感应强度，所以a、b两处磁感应强度大小相等方向相同，选项B错误；根据安培定则，两导线在c、d两处产生磁场垂直c、d两点与导线连线方向向下，且产生的磁场的磁感应强度相等，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，选项C正确；a、c两处磁感应强度的方向均竖直向下，选项D错误．答案C2．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的．对磁场认识正确的是()A．磁感线有可能出现相交的情况B．磁感线总是由N极出发指向S极C．某点磁场的方向与放在该点小磁针静止时N极所指方向一致D．若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，则该区域的磁感应强度一定为零解析磁感线是用来形象描述磁场强弱及方向的．其切线方向为该点的磁场方向．磁感线相交，表明在此处有两个方向，这不可能．磁感线是闭合曲线，因此要注意在磁铁外部才是由N极指向S极．磁场的方向我们规定为小磁针N极的受力方向即为该处的磁场方向，故C项对；通电导线与磁场平行时，不受力，因此不能根据导线不受力就确定该处磁感强度为零．可见A、B、D三项均错误．答案C3、(2012·天津)如图8－1－7所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是()A．棒中的电流变大，θ角变大B．两悬线等长变短，θ角变小C．金属棒质量变大，θ角变大D．磁感应强度变大，θ角变小考点二安培力解析棒中电流变大，金属棒所受安培力变大，θ角变大，选项A正确；两悬线等长变短，θ角不变，选项B错误；金属棒质量变大，θ角变小，选项C错误；磁感应强度变大，金属棒所受安培力变大，θ角变大，选项D错误．答案A4．如图8－1－8所示，接通电键的瞬间，用细线悬挂于一点可自由转动的通电直导线AB的变化情况是()图8－1－8A．A端向上移动，B端向下移动B．A端向下移动，B端向上移动C．A端向纸外移动，B端向纸内移动D．A端向纸内移动，B端向纸外移动解析当接通电键后，直导线AB在磁场中受到力的作用，A端向纸外移动，B端向纸内移动，C正确．答案C典型问题模型化重点突破学方法题型归类深度剖析疑难辨析疑难点一磁感应强度与电场强度有很多相似之处，试从物理意义、定义式、方向、单位、叠加等方面对二者作比较．名师在线对比内容磁感应强度B电场强度E物理意义B在数值上等于垂直于磁场方向长1m、电流为1A的导线所受磁场力的大小E在数值上等于电场对单位电荷作用力的大小定义式B＝FILE＝Fq方向矢量，磁感线切线方向、小磁针N极的受力方向矢量，电场线切线方向、正电荷在电场中的受力方向单位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C场的叠加合磁场的磁感应强度等于各个分量的矢量和合电场的电场强度等于各个电场的电场强度的矢量和疑难点二判定通电导体在安培力作用下的运动方向常用哪些方法？试总结说明.名师在线安培力作用下导线的运动方向的判定方法．(1)电流元分析法：即把整段电流分为多段直线电流元，先用左手定则判断出每个电流元所受安培力的方向，再判断整段电流所受合力的方向，从而确定其运动方向．(2)等效法：环形电流可等效为小磁针，也可等效为条形磁铁，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁．(3)特殊位置法：将通电导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向，从而确定运动方向．(4)利用电流相互作用的结论分析：两电流相互平行时无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势．(5)转换研究对象法：电流与电流间、磁体与电流间的相互作用均满足牛顿第三定律，因此定性分析时可以灵活地转换研究对象．疑难点三试说明安培力做功的特点和实质．名师在线(1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关．(2)安培力做功的实质：起传递能量的作用．①安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线后或转化为导线的动能或转化为其他形式的能．②安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能．典例剖析题型一安培定则的应用和磁场的叠加【例1】在纸面上有一个等边三角形ABC，其顶点处均有通有相同电流的三根长直导线垂直于纸面放置，电流方向如图8－1－9所示，每根通电导线在三角形的中心产生的磁感应强度大小为B0，则中心O处的磁感应强度大小为__________．[思路分析]空间几个磁场叠加以后，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，求该点磁感应强度方向要应用平行四边形定则．[解析]本题考查磁感应强度的矢量运算方法．直线电流的磁场的磁感线是以直线电流为中心的一组同心圆，故中心O点处三个直线电流的磁场方向如图8－1－10所示，由于对称性，它们互成120°角，且它们的大小相等均为B0，根据矢量合成的特点，可知它们的矢量和为0.图8－1－10[答案]0【变式训练1】两根长直导线a、b平行放置，如图8－1－11所示为垂直于导线的截面图，图中O点为两根导线连线ab的中点，M、N为ab的中垂线上的两点且与a、b等距，两导线中通有等大、同向的恒定电流，已知直线电流在某点产生的磁场的磁感应强度B的大小跟该点到通电导线的距离r成反比，则下列说法中正确的是()A．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同B．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反C．在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零D．若在N点放一小磁针，静止时其北极沿ON指向O点解析由安培定则、通电直导线周围磁场特点及矢量的合成知BM垂直MN向下，BN垂直MN向上，且BM＝BN；而O点的磁感应强度B0＝0，B项对，A、C两项错误；若在N点放一小磁针，静止时其北极垂直MN向上．答案B题型二安培力作用下导体的运动问题【例2】如图8－1－12所示，导线ab固定，导线cd与ab垂直且与ab相隔一段距离，cd可以自由移动，试分析cd的运动情况.[思路分析]判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向问题，可根据问题的需要灵活选用直线电流元分析法、特殊位置分析法等方法．[解析]首先分析固定导线ab的磁感线的分布情况，如图8－1－13所示(用安培定则)，然后再用左手定则分析cd导线在磁场中的受力方向，