磁場(chǎng)性質(zhì)和安培力

1、(28 )磁場(chǎng)性質(zhì)和安培力【復(fù)習(xí)目標(biāo)】1. 了解磁場(chǎng)的產(chǎn)生和特性，加深對(duì)場(chǎng)的理解和描述，準(zhǔn)確掌握各種磁感線特點(diǎn)。2理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念。掌握安培力大小和方向的判定。了解電流表工作原理，掌 握電流天平、電磁炮的應(yīng)用。3. 掌握各類導(dǎo)線在安培力作用下的平衡問題的處理方法。 【預(yù)習(xí)任務(wù)】完成下列任務(wù)，記憶并掌握下列概念和規(guī)律。一、磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)1. 對(duì)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁體，靜止時(shí)指 的磁極叫做南極(S極)，指的磁極叫做北極(N極)。2. 地磁南極在地理 極附近，地磁北極在地理 極附近。3. 丹麥物理學(xué)家的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。4. 磁體與磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間，以及通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作

2、用是通過發(fā)生的。二、磁感線、幾種常見的磁場(chǎng)1. 磁感線，是在磁場(chǎng)中畫出的一些有方向的(1) 磁感線上某點(diǎn)的 方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。(2) 磁感線的疏密定性地表示磁場(chǎng)的 。在磁感線較密的地方磁場(chǎng) ;在磁感線較疏的地方磁場(chǎng) 。(3) 磁感線是曲線,的特點(diǎn)：不相交、不相切、不中斷、；在磁體外部，從極指向極；在磁體內(nèi)部，由 極指向極。(4) 同一磁場(chǎng)的磁感線 中斷、相交、相切。(5) 磁感線是假想的曲線，客觀上是存在。不可認(rèn)為有磁感線的地方才有磁場(chǎng), 沒有磁感線的地方?jīng)]有磁場(chǎng)。2. 直導(dǎo)線電流的磁場(chǎng)磁感線方向判定(1) 安培定則：用_手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟 的方向一致,彎曲的四指所指

3、的方向就是 的環(huán)繞方向。(2) 磁感線特點(diǎn)：無磁極、非勻強(qiáng)且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越(3)正視圖:側(cè)視圖：俯視圖:方向一致，大拇指所指的方向就3. 通電螺線管的磁場(chǎng)磁感線方向判定方向一致，大拇指所指的方向就(1)安培定則：讓手彎曲的四指所指方向跟是通電螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)的 的方向。(2 )通電螺線管的磁感線與 磁鐵的磁場(chǎng)相似，管內(nèi)為 強(qiáng)磁場(chǎng)且磁場(chǎng)最，管外為非勻強(qiáng)磁場(chǎng)。(3) 通電螺線管的磁感線正視圖是:4. 環(huán)形電流的磁場(chǎng)磁感線方向判定(1)安培定則：讓手彎曲的四指所指方向跟是環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的 的方向(這里可把環(huán)形電流看作是一匝的線圈)。(3)環(huán)形電流的磁感線正視圖是:側(cè)視圖是:(2)環(huán)形電流的磁

4、場(chǎng)：兩側(cè)是 N極和S極，只有圓環(huán)中心的磁感線是 線。5. 勻強(qiáng)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)強(qiáng)度 、處處相同的磁場(chǎng)叫勻強(qiáng)磁場(chǎng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些 直線6. 安培分（1） 在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的 ，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè) 。（2） 磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣，都是由 產(chǎn)生的。三、磁感應(yīng)強(qiáng)度1. 定義式B=。其中要求導(dǎo)線與磁場(chǎng) 。2. B的方向?yàn)?。B的大小與I、L、F關(guān)，由決定。四、安培力1. 大小計(jì)算公式：F=。一根長為L、電流為I的直導(dǎo)線，處于大小為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。當(dāng)與B的夾角為B時(shí)，安培力大小為F=。當(dāng)9=90 °時(shí)，安培

5、力最大，值為Fmax=;當(dāng)9=0 °或9=180 °時(shí)，安培力大小為 。2. 方向判定：用 手定則，伸出 手，讓磁感線垂直穿過 ，伸直的四指跟方向一致，大拇指所指的方向就是 的方向。安培力的方向始終垂直于和所決定的平面，但 和不一定垂直。若它二者中任一量反向，F(xiàn)將。五、磁電式電流表1. 構(gòu)造：靴狀的蹄形磁鐵以及在磁鐵的兩極間的圓柱形鐵芯，鐵芯被磁化后的內(nèi)部磁感線大體與磁極平行，如圖所示。因此在線圈所在處的空隙形成一個(gè) 向磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)使得線圈無論轉(zhuǎn)到什么位置，線圈的平面都與所在處的磁感線 保持線圈所受的安培力矩都是最大值的情況。2. 當(dāng)線圈通過電流時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過的角度與線圈所

6、通過的電流I的大小成比。六、電流天平：如圖所示，天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬度為I,共N匝，線圈下端懸在勻強(qiáng) 磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面。當(dāng)線圈中通有電流I時(shí)（方 向如圖）,在天平左右兩邊加上質(zhì)量各為 mm2的砝碼， 天平平衡，當(dāng)電流反向（大小不變）時(shí)，右邊再加上質(zhì)量 為m的砝碼后，天平重新平衡，則磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 為垂直紙面向 ，大小為 七、立體圖的簡化：用正視圖、側(cè)視圖、俯視圖 等將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖， 并能將B、丨、L的方向都表現(xiàn)出來。練習(xí)：如右圖所示，光滑斜面上水平放 置一條導(dǎo)線，導(dǎo)線通入如圖的電流，當(dāng)垂直 于斜面向上有一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，恰能靜止。 請(qǐng)?jiān)谟覀?cè)方框內(nèi)畫出直觀的平面圖。（

7、提示:該題時(shí)應(yīng)該用側(cè)視圖。）【自主檢測(cè)】1.如圖表示一個(gè)通電螺線管的縱截面，ABCDE在此縱截面內(nèi)5個(gè)位置上的小磁針是該螺線管通電前的指向，當(dāng)螺線管通入 如圖所示的電流時(shí)，5個(gè)小磁針將怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)？2. （11年新課標(biāo)卷）為了解釋地球的磁性，安培假設(shè)地球的磁場(chǎng)是由繞過地心的軸的 環(huán)形電流I引起的。在下列四個(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是（西-I淚(i)acNfAZCABDIBi、B 2妙上4>右ABCD3. 下列說法中正確的是（）A .電荷在某處不受電場(chǎng)力的作用，則該處電場(chǎng)強(qiáng)度為零B .一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場(chǎng)力作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C. 表征電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱，是把

8、一個(gè)檢驗(yàn)電荷放在該點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力與檢驗(yàn)電 荷本身電荷量的比值D. 表征磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，是把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí)受到的磁場(chǎng)力與該小 段導(dǎo)體長度和電流乘積的比值4. 討論如下幾種情況安培力的大小計(jì)算，并用左手定則對(duì)其方向進(jìn)行判斷。L A* Ba O b（A）【例2】（13年海南卷）三條在同一平面（紙面）內(nèi)的長直絕緣 導(dǎo)線組成一等邊三角形， 在導(dǎo)線中通過的電流均為 I，方向如圖所示。 a、b和c三點(diǎn)分別位于三角形的三個(gè)頂角的平分線上，且到相應(yīng)頂 點(diǎn)的距離相等。將 a、b和c處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別記為 和B3,下列說法正確的是（）A. Bl=B2<B3B. Bl=B2=B3C. a和

9、b處磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外，c處磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里D. a處磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外，b和c處磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里二、左手定則的應(yīng)用【例3】（08年寧夏卷）在等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn) a、b、c處， 各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電 流，方向如圖所示。過 c點(diǎn)的導(dǎo)線所受安培力的方向（）A .與ab邊平行向上B .與ab邊平行向下C.與ab邊垂直向左D .與ab邊垂直向右三、安培力大小的計(jì)算【例4】（12年重慶卷）如圖所示，正方形區(qū)域MNPQ內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 一正方形閉合導(dǎo)線框沿 QN方向勻速運(yùn)動(dòng)， t = 0時(shí)，其四個(gè)頂點(diǎn) M'、N'、P&#

10、39;、Q"恰好在磁場(chǎng)邊界中點(diǎn)。下圖中 【課堂探究】一、安培右手定則及磁場(chǎng)的疊加【例1】（13年上海卷）如圖，足夠長的直線ab靠近通 電螺線管，與螺線管平行。用磁傳感器測(cè)量ab上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的大致圖像是（）訶少2能反映線框所受安培力 f的大小隨時(shí)間t變化規(guī)律的是（四、安培力作用下的平衡問題【例5】如圖所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成a角，導(dǎo)軌寬L。勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B。金屬桿長也為L，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路總電流為Ii時(shí)，金屬桿正好能靜止。求：（1）B至少多大？這時(shí) B的方向如何？（2）若保持B的大小不變而將 B的方向改為豎直向上，應(yīng) 把回路總電流12

11、調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？五、安培力作用下的動(dòng)力學(xué)問題【例6】（11年新課標(biāo)）電磁軌道炮工作原理如圖所示。待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之 間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸。電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面得磁場(chǎng)（可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)），磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比。通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出?，F(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的方法是（ A 只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍 B .只將電流I增加至原來的2倍 C.只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D 將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度 原來的2倍，其它量不變【例7】（12年上

12、海卷）載流長直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B= kI/r，式中常量k>0, I為電流強(qiáng)度，r為距導(dǎo)線的距離。在水平長直導(dǎo)線MN正下方，矩形線圈 abed通以逆時(shí)針方向的恒定電流，被兩根輕質(zhì)絕緣細(xì)線靜止地懸掛，如圖所示。開始時(shí)MN內(nèi)不通電流，此時(shí)兩細(xì)線內(nèi)的張力均為T0。當(dāng)MN通以強(qiáng)度為I1的電流時(shí)，兩細(xì)線內(nèi)的張力均減小為T1，當(dāng)MN內(nèi)電流強(qiáng)度變?yōu)?2時(shí)，兩細(xì)線內(nèi)的張力均大于 To。（1）分別指出強(qiáng)度為 h、12的電流的方向；（3）當(dāng)MN內(nèi)的電流強(qiáng)度為 求I3的大小。（2） 求MN分別通以強(qiáng)度為11、I2的電流時(shí)，線框受到的安培力F1與F2大小之比;I3時(shí)兩細(xì)線恰好斷裂，在此瞬間線圈的加速度大小為a,MNa-bdc六、判定安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的常用方法1 電流元法：分割為電流元 t安培力方向t整段導(dǎo)體所受合力方向 t運(yùn)動(dòng)方向；2. 特殊位置法：在特殊位置 t安培力方向t運(yùn)動(dòng)方向；3等效法：看能否把導(dǎo)體看成環(huán)形電流、小磁針、條形磁鐵和通電螺線管；4結(jié)論法：同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)， 有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)；5轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法：