第一讲 磁场对电流的作用

考点1磁场的概念第一讲磁场对电流的作用几种电流周围的磁场分布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是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纵截面图磁感线的疏密能形象地表示磁场的强弱，但应注意：(1)只有在同一图中才能根据磁感线的疏密判定各处磁场的强弱，在不同的两个图中，不能根据磁感线的疏密判定没有联系的两个图中磁场的强弱。(2)没有画到磁感线的地方并不表示那里没磁场存在。对安培定则的认识【例1】如图所示，有一束电子正在y轴上向y轴正方向移动，则在z轴上某点A处的磁场方向应是()A.沿x轴的正方向B.沿x轴的负方向C.沿z轴的正方向D.沿z轴的负方向B1如图所示，水平直导线ab通有向右的电流I，置于导线正下方的小磁针S极将()A.向纸外偏转B.向纸内偏转C.在纸面内顺时针转动90°D.不动A考点2磁场的描述1.对磁感应强度的理解(1)磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导体长度L，电流I的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导体也无关。不能根据公式B=F/(IL)就说B与F成正比，与IL成反比。(2)由公式B=F/(IL)计算B时，通电直导线必须垂直于磁场放入。如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力F为零，但不能说该处磁感应强度B为零。(3)磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与通电导线受到的作用力的方向垂直。1.在使用公式B=F/(IL)时，必须注意前提条件：I⊥B。2.B=F/(IL)为磁感应强度的定义式，而不是决定式，磁感应强度B的大小及方向是由磁场本身决定的，与磁场中是否存在电流无关。3.磁感应强度B是矢量，但其方向不与安培力方向一致，而是与小磁针静止时N极所指的方向一致。(2)面积S的含义：S不一定是某个线圈的真正面积，而是线圈在磁场范围内的面积。如图(2)所示，S应为线圈面积的一半。(1)=B·S的含义：=BS只适用于磁感应强度B与面积S垂直的情况。当S与垂直于B的平面间的夹角为时，则有=BScos。可理解为=B(Scos)，即等于B与S在垂直于B方向上分量的乘积。也可理解为=(Bcos)S，即等于B在垂直于S方向上的分量与S的乘积。如图(1)所示。(3)多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，而磁感线条数可表示磁通量的大小。(4)合磁通量求法：若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在，当计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量。2.对磁通量的理解(1)磁通量是标量，其正、负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面。(2)同一线圈平面，如果正向穿过平面的磁感线条数与反向穿过平面的条数一样多，则=0。对磁感应强度的理解【例2】下列说法中正确的是()A.电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零B.一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零C.表征电场中某点电场的强弱，是把一个试探电荷放在该点时受到的电场力与试探电荷本身电荷量的比值D.表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流乘积的比值AC2有一小段通电导线，长为1cm，电流强度5A，把它置于磁场中，受到的磁场力为0.1N，则该处的磁感应强度B一定是()A.B=2TB.B≤2TC.B≥2TD.以上情况均可能C磁通量的理解【例3】如图所示，面积为S的矩形线圈abcd，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成角，当线框以ab为轴顺时针方向转过90°时，穿过abcd面的磁通量变化量为()A.|BS(cos-sin)|B.BS(sin+cos)C.BSsinD.BSB3如图所示，环形金属软弹簧，套在条形磁铁的中心位置。若将弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过弹簧所包围面积的磁通量将()A.增大B.减小C.不变D.无法确定如何变化B判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。现对几种常用的方法列表比较如下：电流元法把整段弯曲导线分为多段直流电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动的方向特殊位置法通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立。等效后再确定相互作用情况结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；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转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向考点3安培力1.通电导体在安培力作用下运动的判断方法安培力的方向与磁感应强度的方向垂直，而不是相同或相反，这跟电场力与电场强度方向之间的关系是不同的。(1)安培力的大小安培力常用公式F=BIL，要求两两垂直，应用时要满足：①B与L垂直；②L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端。因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零。③B并非一定是匀强磁场，但一定是导线所在处的磁感应强度值。(2)通电导线在磁场中的平衡和加速①选定研究对象；②变三维为二维，画出平面受力分析图，其中安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意F安⊥B、F安⊥I。③列平衡方程、牛顿第二定律的方程式进行求解。2.与安培力有关的力学的综合问题涉及安培力的运动及平衡问题，分析的方法是在分析了其他力的基础上又多加上了一个安培力。该类问题用动能定理或能量守恒定律有时会比较方便。【例4】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(从上往下看)()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，同时上升安培力作用下导体运动情况的判定A如图所示，在光滑的水平桌面上放着一个矩形导线框abcd，其中通有顺时针方向的电流。在矩形线框的左侧固定着一个长直导线MN，MN与ad边平行，并与线框在同一平面内。当长直导线MN中通有自下而上的电流时，矩形线框将()A.沿光滑桌面向左移动B.沿光滑桌面向右移动C.以ad边为轴逆时针转动D.以ab边为轴转动4A【例5】如图所示，在倾角=30°的斜面上，固定一金属框架，宽L=0.25m，接入电动势E=12V、内阻不计的电池。在框架上放有一根质量m=0.2kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数=，整个装置放在磁感应强度B=0.8T、垂直框架向上的匀强磁场中。当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？框架与棒的电阻不计，g取10m/s2。安培力作用下物体的平衡365【答案】(1)mg/k(2)M端(3)2.5A(4)0.10T图为一电流表的原理示意图。质量为m的匀质细金属棒MN的中心处通过一绝缘挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连，弹簧劲度系数为k。在矩形区abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外。与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数，MN的长度大于ab。当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合；当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流强度。(1)当电流表示数为零时，弹簧伸长多少？(重力加速度为g)(2)若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接？(3)若k=2.0N/m，ab=0.2m，bc=0.050m，B=0.20T，此电流表的量程是多少？(不计通电时电流产生的磁场的作用)(4)若将量程扩大2倍，磁感应强度变为多大？