高二物理磁場(chǎng)基本概念及安培力

1、 輔導(dǎo)講義學(xué)員姓名： 年 級(jí)：高二 輔導(dǎo)科目：物理 課 題磁場(chǎng)基本概念及安培力教學(xué)目標(biāo)掌握電流的磁場(chǎng)、安培定則；了解磁性材料，分子電流假說掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感線，知道地磁場(chǎng)的特點(diǎn)掌握磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用，安培力，左手定則能夠分析計(jì)算通電直導(dǎo)線在復(fù)合場(chǎng)中的平衡和運(yùn)動(dòng)問題。重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用，安培力教學(xué)難點(diǎn)：通電直導(dǎo)線在復(fù)合場(chǎng)中的平衡和運(yùn)動(dòng)問題考點(diǎn)及考試要求磁場(chǎng)的理解,安培力的判斷及相關(guān)計(jì)算,直導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況分析.教學(xué)內(nèi)容磁場(chǎng)基本概念及安培力一、基本概念1.磁場(chǎng)的產(chǎn)生磁極周圍有磁場(chǎng)。電流周圍有磁場(chǎng)（奧斯特）。安培提出分子電流假說（又叫磁性起源假說），認(rèn)為磁極的磁場(chǎng)和電流的

2、磁場(chǎng)都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。（但這并不等于說所有磁場(chǎng)都是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的，因?yàn)辂溈怂鬼f發(fā)現(xiàn)變化的電場(chǎng)也能產(chǎn)生磁場(chǎng)。）變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)。2.磁場(chǎng)的基本性質(zhì)磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁極和電流有磁場(chǎng)力的作用（對(duì)磁極一定有力的作用；對(duì)電流只是可能有力的作用，當(dāng)電流和磁感線平行時(shí)不受磁場(chǎng)力作用）。這一點(diǎn)應(yīng)該跟電場(chǎng)的基本性質(zhì)相比較。3.磁場(chǎng)力的方向的判定磁極和電流之間的相互作用力（包括磁極與磁極、電流與電流、磁極與電流），都是運(yùn)動(dòng)電荷之間通過磁場(chǎng)發(fā)生的相互作用。因此在分析磁極和電流間的各種相互作用力的方向時(shí)，不要再沿用初中學(xué)過的“同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引”的結(jié)論（該結(jié)論只有在一個(gè)磁體在另一個(gè)

3、磁體外部時(shí)才正確），而應(yīng)該用更加普遍適用的：“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，或用左手定則判定。4.磁感線用來形象地描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的曲線。磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，也就是在該點(diǎn)小磁針靜止時(shí)N極的指向。磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁感線是封閉曲線（和靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不同）。要熟記常見的幾種磁場(chǎng)的磁感線： 地球磁場(chǎng) 通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng) 通電環(huán)行導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)安培定則（右手螺旋定則）：對(duì)直導(dǎo)線，四指指磁感線方向；對(duì)環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對(duì)長(zhǎng)直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。5.磁感應(yīng)強(qiáng)度（條件是勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，或L很小，并且LB ）。磁感應(yīng)強(qiáng)

4、度是矢量。單位是特斯拉，符號(hào)為T，1T=1N/（Am）=1kg/（As2）6.磁通量如果在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，其面積為S，則定義B與S的乘積為穿過這個(gè)面的磁通量，用表示。是標(biāo)量，但是有方向（進(jìn)該面或出該面）。單位為韋伯，符號(hào)為Wb。1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/（As2）。可以認(rèn)為穿過某個(gè)面的磁感線條數(shù)就是磁通量。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感線垂直于平面的情況下，B=/S，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)B與S的夾角為時(shí)，有=BSsin。二、安培力 （磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力）1.安培力方向的判定用左手定則。用“同性相斥，異性相吸”（只適用于磁鐵之間或磁體位于

5、螺線管外部時(shí)）。用“同向電流相吸，反向電流相斥”（反映了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)）。可以把條形磁鐵等效為長(zhǎng)直螺線管（不要把長(zhǎng)直螺線管等效為條形磁鐵）?！纠?】磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力大小為FBIL（注意：L為有效長(zhǎng)度，電流與磁場(chǎng)方向應(yīng)）F的方向可用定則來判定試判斷下列通電導(dǎo)線的受力方向BIB試分別判斷下列導(dǎo)線的電流方向或磁場(chǎng)方向或受力方向FBBFSNI【例2】如圖所示，可以自由移動(dòng)的豎直導(dǎo)線中通有向下的電流，不計(jì)通電導(dǎo)線的重力，僅在磁場(chǎng)力作用下，導(dǎo)線將如何移動(dòng)？解：先畫出導(dǎo)線所在處的磁感線，上下兩部分導(dǎo)線所受安培力的方向相反，使導(dǎo)線從左向右看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)又受到豎直向上的磁場(chǎng)的作用而向右移動(dòng)（不要說成先轉(zhuǎn)9

6、0后平移）。分析的關(guān)鍵是畫出相關(guān)的磁感線。【例3】 條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導(dǎo)線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對(duì)水平面的壓力將會(huì)（增大、減小還是不變？）。水平面對(duì)磁鐵的摩擦力大小為。NSFFF /F解：本題有多種分析方法。畫出通電導(dǎo)線中電流的磁場(chǎng)中通過兩極的那條磁感線（如圖中粗虛線所示），可看出兩極受的磁場(chǎng)力的合力豎直向上。磁鐵對(duì)水平面的壓力減小，但不受摩擦力。畫出條形磁鐵的磁感線中通過通電導(dǎo)線的那一條（如圖中細(xì)虛線所示），可看出導(dǎo)線受到的安培力豎直向下，因此條形磁鐵受的反作用力豎直向上。把條形磁鐵等效為通電螺線管，上方的電流是向里的，與通電導(dǎo)線中的電流是同向電流，所以互相吸引

7、。S N【例4】 如圖在條形磁鐵N極附近懸掛一個(gè)線圈，當(dāng)線圈中通有逆時(shí)針方向的電流時(shí)，線圈將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？解：用“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”最簡(jiǎn)單：條形磁鐵的等效螺線管的電流在正面是向下的，與線圈中的電流方向相反，互相排斥，而左邊的線圈匝數(shù)多所以線圈向右偏轉(zhuǎn)。（本題如果用“同名磁極相斥，異名磁極相吸”將出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤，因?yàn)槟侵贿m用于線圈位于磁鐵外部的情況。）【例5】 電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右，即時(shí)電流方向如圖所示。該時(shí)刻由里向外射出的電子流將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？i解：畫出偏轉(zhuǎn)線圈內(nèi)側(cè)的電流，是左半線圈靠電子流的一側(cè)為向里，右半線圈靠電子流的一側(cè)為向外。電子流的等效電流方向是向里的

8、，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，可判定電子流向左偏轉(zhuǎn)。（本題用其它方法判斷也行，但不如這個(gè)方法簡(jiǎn)潔）。2.安培力大小的計(jì)算F=BLIsin（為B、L間的夾角）高中只要求會(huì)計(jì)算=0（不受安培力）和=90兩種情況?！纠?】 如圖所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌寬L。勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。金屬桿長(zhǎng)也為L(zhǎng) ，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路總電流為I1時(shí)，金屬桿正好能靜止。求：B至少多大？這時(shí)B的方向如何？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I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？B解：畫出金屬桿的截面圖。由三角形定則得，只有當(dāng)安培力方向沿導(dǎo)軌平面向上時(shí)安培力才最小，B

9、也最小。根據(jù)左手定則，這時(shí)B應(yīng)垂直于導(dǎo)軌平面向上，大小滿足：BI1L=mgsin， B=mgsin/I1L。當(dāng)B的方向改為豎直向上時(shí)，這時(shí)安培力的方向變?yōu)樗较蛴?，沿?dǎo)軌方向合力為零，得BI2Lcos=mgsin，I2=I1/cos。（在解這類題時(shí)必須畫出截面圖，只有在截面圖上才能正確表示各力的準(zhǔn)確方向，從而弄清各矢量方向間的關(guān)系）?！纠?】如圖所示是一個(gè)可以用來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的裝置：一長(zhǎng)方體絕緣容器內(nèi)部高為L(zhǎng)，厚為d，左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C（正極）和D（負(fù)極）并經(jīng)開關(guān)S與電源連接，容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液體的密度為；將容器置于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

10、，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，豎直管子a、b中的液面高度相同，開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差。若當(dāng)開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差為h，電路中電流表的讀數(shù)為I，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。AabACDS 解析：開關(guān)S閉合后，導(dǎo)電液體中有電流由C流到D，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)電液體要受到向右的安培力F作用，在液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)P，這樣a、b管中液面將出現(xiàn)高度差。在液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)P為所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為：【例8】安培秤如圖所示，它的一臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，線圈共有N匝，它的下部懸在均勻磁場(chǎng)B內(nèi)，下邊一段長(zhǎng)為L(zhǎng)，它與B垂直。當(dāng)線圈的導(dǎo)線中通有電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡

11、；然后使電流反向，這時(shí)需要在一臂上加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達(dá)到平衡。求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。解析：根據(jù)天平的原理很容易得出安培力F=，所以F=NBLI=因此磁感應(yīng)強(qiáng)度B=。三、與地磁場(chǎng)有關(guān)的電磁現(xiàn)象綜合問題地磁場(chǎng)中安培力的討論【例9】已知北京地區(qū)地磁場(chǎng)的水平分量為3.0105T.若北京市一高層建筑安裝了高100m的金屬桿作為避雷針，在某次雷雨天氣中，某一時(shí)刻的放電電流為105A，此時(shí)金屬桿所受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？分析：首先要搞清放電電流的方向.因?yàn)榈厍驇в胸?fù)電荷，雷雨放電時(shí)，是地球所帶電荷通過金屬桿向上運(yùn)動(dòng)，即電流方向向下.對(duì)于這類問題，都可采用如下方法確定空間的方向：面

12、向北方而立，則空間水平磁場(chǎng)均為“”；自己右手邊為東方，左手邊為西方，背后為南方，如圖2所示.由左手定則判定電流所受磁場(chǎng)力向右（即指向東方），大小為FBIl3.0105105100300（N）.因?yàn)榇帕εc通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度成正比，可認(rèn)為合力的作用點(diǎn)為金屬桿的中點(diǎn)，所以磁力矩MF l3001001.5104（Nm）.用同一方法可判斷如下問題：一條長(zhǎng)2m的導(dǎo)線水平放在赤道上空，通以自西向東的電流，它所受地磁場(chǎng)的磁場(chǎng)力方向如何？四、針對(duì)訓(xùn)練：1.下列說法中正確的是A.磁感線可以表示磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱B.磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于磁體的S極C.磁鐵能產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)D.放入通電螺線管內(nèi)的小磁針，

13、根據(jù)異名磁極相吸的原則，小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極2.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中錯(cuò)誤的是A.由B=可知，B與F成正比，與IL成反比B.由B=可知，一小段通電導(dǎo)體在某處不受磁場(chǎng)力，說明此處一定無磁場(chǎng)C.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力越大，說明磁場(chǎng)越強(qiáng)D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處電流受力方向3.一束電子流沿x軸正方向高速運(yùn)動(dòng)，如圖所示，則電子流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在z軸上的點(diǎn)P處的方向是A.沿y軸正方向 B.沿y軸負(fù)方向C.沿z軸正方向 D.沿z軸負(fù)方向4.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，由此可知A.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B.一定是小磁針正東

14、方向上有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C.可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過D.可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過5.兩根長(zhǎng)直通電導(dǎo)線互相平行，電流方向相同.它們的截面處于一個(gè)等邊三角形ABC的A和B處.如圖所示，兩通電導(dǎo)線在C處的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值都是B，則C處磁場(chǎng)的總磁感應(yīng)強(qiáng)度是A.2B B.B C.0 D.B6.磁鐵在高溫下或者受到敲擊時(shí)會(huì)失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說，其原因是A.分子電流消失B.分子電流的取向變得大致相同C.分子電流的取向變得雜亂D.分子電流的強(qiáng)度減弱7.根據(jù)安培假說的思想，認(rèn)為磁場(chǎng)是由于電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，這種思想對(duì)于地磁場(chǎng)也適用，而目前在地球上并沒有發(fā)

15、現(xiàn)相對(duì)于地球定向移動(dòng)的電荷，那么由此判斷，地球應(yīng)該（）A.帶負(fù)電 B.帶正電 C.不帶電 D.無法確定8. 關(guān)于垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線所受磁場(chǎng)作用力的方向，正確的說法是A.跟電流方向垂直，跟磁場(chǎng)方向平行B.跟磁場(chǎng)方向垂直，跟電流方向平行C.既跟磁場(chǎng)方向垂直，又跟電流方向垂直D.既不跟磁場(chǎng)方向垂直，又不跟電流方向垂直9.如圖所示，直導(dǎo)線處于足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，與磁感線成=30角，導(dǎo)線中通過的電流為I，為了增大導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力，可采取下列四種辦法，其中不正確的是A.增大電流IB.增加直導(dǎo)線的長(zhǎng)度C.使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)30D.使導(dǎo)線在紙面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)6010.如圖所示，線圈abcd邊長(zhǎng)分別為L(zhǎng)

16、1、L2，通過的電流為I，當(dāng)線圈繞OO軸轉(zhuǎn)過角時(shí)A.通過線圈的磁通量是BL1L2cosB.ab邊受安培力大小為BIL1cosC.ad邊受的安培力大小為BIL2cosD.線圈受的磁力矩為BIL1L2cos11.如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使M N垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，可以A.將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負(fù)極B.將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極C.將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極D.將a、c端接在交流電源的一端，b、d接在交流電源的另一端12.（2000年上海高考試題）如圖所示，兩根平行放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線a和b

17、載有大小相同、方向相反的電流，a受到的磁場(chǎng)力大小為F1，當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，a受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)镕2，則此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力大小變?yōu)锳.F2B.F1F2C.F1F2D.2F1F213.如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則A.磁鐵對(duì)桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用B.磁鐵對(duì)桌面的壓力減小，受到桌面的摩擦力作用C.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大，不受桌面的摩擦力作用D.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大，受到桌面的摩擦力作用14.長(zhǎng)為L(zhǎng)，重為G的均勻金屬棒一端用細(xì)線懸掛，一端擱在桌面上與桌面夾角為，現(xiàn)垂直細(xì)線和棒所在平面

18、加一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，當(dāng)棒通入如圖所示方向的電流時(shí)，細(xì)線中正好無拉力.則電流的大小為_ A.15.電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，1982年澳大利亞國立大學(xué)制成了能把2.2 g的彈體（包括金屬桿EF的質(zhì)量）加速到10 km/s的電磁炮（常規(guī)炮彈速度大小約為2 km/s），若軌道寬2 m，長(zhǎng)為100 m，通過的電流為10 A，則軌道間所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為_ T，磁場(chǎng)力的最大功率P=_ W（軌道摩擦不計(jì)）.16.如圖所示，在兩根勁度系數(shù)都為k的相同的輕質(zhì)彈簧下懸掛有一根導(dǎo)體棒ab，導(dǎo)體棒置于水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)垂直.磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，當(dāng)導(dǎo)體棒中通以自左向右的恒定電流時(shí)，兩彈簧各伸長(zhǎng)了l1；若只將電流反向而保持其他條件不變，則兩彈簧各伸長(zhǎng)了l2，求：（1）導(dǎo)體棒通電后受到的磁場(chǎng)力的大小?（2）若導(dǎo)體棒中無電流，則每根彈簧的伸長(zhǎng)量為多少?17.如圖所示，在傾角為30的光滑斜面上垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m的通電直導(dǎo)體棒，棒內(nèi)電流大小為I，方向垂直紙面向外.以水平向右為x