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文檔簡介
第九章|磁場第一講磁場及其對電流的作用綱舉目張·主干系統(tǒng)[微點判斷](1)磁場中某點磁感應(yīng)強度的大小,跟放在該點的試探電流元的情況無關(guān)。
(
)(2)磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向,跟放在該點的試探電流元所受磁場力的方向一致。
(
)(3)垂直磁場放置的線圈面積減小時,穿過線圈的磁通量可能增大。
(
)(4)小磁針N極所指的方向就是該處磁場的方向。
(
)(5)在同一幅圖中,磁感線越密,磁場越強。
(
)(6)將通電導(dǎo)線放入磁場中,若不受安培力,說明該處磁感應(yīng)強度為零。
(
)√×√×√×關(guān)鍵知能·逐點清障提能點(一)磁場及磁場的描述[題點自主盤查]
磁場的方向1.(2022·北京朝陽區(qū)期末)關(guān)于磁場中某一點磁感應(yīng)強度的方向,下列說法正確的是
(
)A.與一小段通電直導(dǎo)線所受磁場力的方向一致B.與運動電荷所受磁場力的方向一致C.與小磁針N極所受磁場力的方向一致D.與小磁針S極所受磁場力的方向一致解析:磁場中某一點磁感應(yīng)強度的方向,與小磁針N極受力方向一致,C正確,A、B、D錯誤。答案:C答案:BD
磁感線的認(rèn)識3.
磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示,則
(
)A.a(chǎn)點處沒有磁感線,磁感應(yīng)強度為零B.a(chǎn)點處磁感應(yīng)強度比b點處大C.b點處的磁場方向和該點的切線方向垂直D.把一個小磁針放在b點,靜止時小磁針N極的指向水平向右解析:磁感線的疏密表示磁場的強弱,由題圖可知,a點處的磁感線比b處的磁感線稀疏,則a點處的磁感應(yīng)強度比b點處的磁感應(yīng)強度小,故A、B錯誤;某點磁感線的切線方向就是磁場的方向,小磁針靜止時N極所指的方向是磁場方向,故C錯誤,D正確。答案:D答案:B3.磁感線的特點(1)磁感線上某點的切線方向就是該點的磁場方向。(2)磁感線的疏密定性地表示磁場的強弱。(3)磁感線是閉合曲線,沒有起點和終點。(4)磁感線是假想的曲線,客觀上不存在。4.磁通量(1)大小:當(dāng)S⊥B時,Φ=BS,標(biāo)量。(2)理解為穿過線圈平面的磁感線條數(shù)。提能點(二)安培定則的應(yīng)用與磁場的疊加[題點自主盤查]
安培定則的應(yīng)用1.(2022·江蘇高考)
如圖所示,兩根固定的通電長直導(dǎo)線a、b相互垂直,a平行于紙面,電流方向向右,b垂直于紙面,電流方向向里,則導(dǎo)線a所受安培力方向
(
)A.平行于紙面向上B.平行于紙面向下C.左半部分垂直紙面向外,右半部分垂直紙面向里D.左半部分垂直紙面向里,右半部分垂直紙面向外解析:根據(jù)安培定則,可判斷出導(dǎo)線a左側(cè)部分的空間磁場方向斜向右上,右側(cè)部分的磁場方向斜向右下,根據(jù)左手定則可判斷出安培力方向在左半部分垂直紙面向外,在右半部分垂直紙面向里。故選C。答案:C
答案:A3.(2021·全國甲卷)
兩足夠長直導(dǎo)線均折成直角,按圖示方式放置在同一平面內(nèi),EO與O′Q在一條直線上,PO′與OF在一條直線上,兩導(dǎo)線相互絕緣,通有相等的電流I,電流方向如圖所示。若一根無限長直導(dǎo)線通過電流I時,所產(chǎn)生的磁場在距離導(dǎo)線d處的磁感應(yīng)強度大小為B,則圖中與導(dǎo)線距離均為d的M、N兩點處的磁感應(yīng)強度大小分別為
(
)A.B、0 B.0、2BC.2B、2B
D.B、B解析:豎直方向的兩段導(dǎo)線中電流相等,且在同一直線上,可把EO與O′Q等效成一根無限長直導(dǎo)線,同理PO′與OF等效成一根無限長直導(dǎo)線。根據(jù)安培定則可知,兩根無限長直導(dǎo)線在M處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小均為B,方向相反,疊加后磁感應(yīng)強度大小為0;豎直方向的導(dǎo)線和水平方向的導(dǎo)線在N處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小均為B,方向相同,疊加后磁感應(yīng)強度大小為2B,B正確。答案:B答案:A[知能自主落實]1.電流周圍的磁場(安培定則)
直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強磁場且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似,管內(nèi)為勻強磁場且磁場最強,管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極,且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn),磁場越弱安
培
定
則2.磁場疊加問題的解題思路(1)確定磁場場源,如通電導(dǎo)線。
(2)定位空間中需求解磁場的點,利用安培定則判定各個場源在這一點上產(chǎn)生的磁場的大小和方向。如圖所示BM、BN為導(dǎo)線M、N在c點產(chǎn)生的磁場。(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成,如圖中的合磁感應(yīng)強度B。提能點(三)安培力的大小和方向[題點自主盤查]
安培力的方向1.(2022·廣東廣州階段訓(xùn)練)一根容易發(fā)生形變的彈性導(dǎo)線,兩端固定。導(dǎo)線中通有電流,方向如圖中箭頭所示。當(dāng)沒有磁場時,導(dǎo)線呈伸直狀態(tài);當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時,描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示正確的是(
)解析:由左手定則可以判斷出,A中導(dǎo)線與磁場方向平行,所受安培力為零,B中導(dǎo)線所受安培力垂直紙面向里,C、D中導(dǎo)線所受安培力水平向右,導(dǎo)線受力以后的彎曲方向應(yīng)與受力方向一致,D正確,A、B、C錯誤。答案:D
答案:A
安培力作用下的平衡3.(2022·湖南高考)如圖(a),直導(dǎo)線MN被兩等長且平行的絕緣輕繩懸掛于水平軸OO′上,其所在區(qū)域存在方向垂直指向OO′的磁場,與OO′距離相等位置的磁感應(yīng)強度大小相等且不隨時間變化,其截面圖如圖(b)所示。導(dǎo)線通以電流I,靜止后,懸線偏離豎直方向的夾角為θ。下列說法正確的是
(
)A.當(dāng)導(dǎo)線靜止在圖(a)右側(cè)位置時,導(dǎo)線中電流方向由N指向MB.電流I增大,靜止后,導(dǎo)線對懸線的拉力不變C.tanθ與電流I成正比D.sinθ與電流I成正比[知能自主落實]1.安培力大小F=BILsinθ(1)適用條件:①L⊥B,②θ為I與B的夾角。(2)特例:①當(dāng)I⊥B時,F(xiàn)=BIL。②當(dāng)I∥B時,F(xiàn)=0。(3)通電導(dǎo)線的有效長度①當(dāng)通電導(dǎo)線彎曲時,L是導(dǎo)線兩端的有效直線長度(如圖所示)。②對于任意形狀的閉合線圈,其有效長度均為零,所以通電后在勻強磁場中受到的安培力的矢量和為零。2.安培力方向的判斷:根據(jù)左手定則,F(xiàn)既垂直于B,也垂直于I,所以安培力方向一定垂直于B與I決定的平面。3.安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題的分析思路選定研究對象通電導(dǎo)線或?qū)w棒變?nèi)S為二維畫出平面受力分析圖,其中安培力的方向要用左手定則來判斷。安培力垂直于電流和磁場方向決定的平面列方程求解根據(jù)力的平衡條件列方程提能點(四)導(dǎo)體運動情況的判定方法1
等效法(1)環(huán)形電流―→小磁針;(2)通電螺線管―→條形磁鐵;(3)通電線圈―→小磁針。
[例1]如圖所示,在固定放置的條形磁鐵S極附近懸掛一個金屬線圈,線圈與水平磁鐵位于同一豎直平面內(nèi),當(dāng)在線圈中通入沿圖示方向流動的電流時,將會看到 (
)A.線圈向左平移B.線圈向右平移C.從上往下看,線圈順時針轉(zhuǎn)動,同時靠近磁鐵D.從上往下看,線圈逆時針轉(zhuǎn)動,同時靠近磁鐵[解析]把通電線圈等效成小磁針,等效小磁針的N極垂直于紙面向外,根據(jù)同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引可知:從上往下看,線圈順時針轉(zhuǎn)動,同時靠近磁鐵,C正確。[答案]
C方法2
結(jié)論法(1)同向電流互相吸引,異向電流互相排斥。(2)兩非平行的電流相互作用時,總有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢。
[例2]
(2021·廣東高考)截面為正方形的絕緣彈性長管中心有一固定長直導(dǎo)線,長管外表面固定著對稱分布的四根平行長直導(dǎo)線。若中心直導(dǎo)線通入電流I1,四根平行直導(dǎo)線均通入電流I2,I1?I2,電流方向如圖所示,下列截面圖中可能正確表示通電后長管發(fā)生形變的是(
)[解析]因I1?I2,則可不考慮四個邊上的直導(dǎo)線之間的相互作用;兩通電直導(dǎo)線間的安培力作用滿足“同向電流相互吸引,異向電流相互排斥”,則正方形左右兩側(cè)的直導(dǎo)線I2要受到I1吸引的安培力,形成凹形,正方形上下兩邊的直導(dǎo)線I2要受到I1排斥的安培力,形成凸形,故變形后的形狀如選項C所示。[答案]
C
[例3]
把一根通電的硬直導(dǎo)線ab放在磁場中,導(dǎo)線所在區(qū)域的磁感線呈弧形,如圖所示。導(dǎo)線可以在空中自由移動和轉(zhuǎn)動,導(dǎo)線中的電流方向由a到b。下列說法正確的是 (
)A.從上往下看,導(dǎo)線ab順時針旋轉(zhuǎn)同時向上移動B.從上往下看,導(dǎo)線ab逆時針旋轉(zhuǎn)同時向下移動C.虛線框內(nèi)產(chǎn)生圖示弧形磁感線的磁場源不可能是蹄形磁鐵D.虛線框內(nèi)產(chǎn)生圖示弧形磁感線的磁場源可能是條形磁體、通電螺線管、直線電流等[解析]由題圖可知,導(dǎo)線左側(cè)所在處的磁場方向斜向下,導(dǎo)線右側(cè)所在處的磁場斜向上,則由左手定則可知,導(dǎo)線左側(cè)受力方向垂直紙面向里,導(dǎo)線右側(cè)受力方向垂直紙面向外,故從上往下看,導(dǎo)線ab順時針旋轉(zhuǎn);當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時,即導(dǎo)線與磁場垂直,由左手定則可知,導(dǎo)線ab受力向下,故可得出導(dǎo)線ab順時針旋轉(zhuǎn)同時還要向下移動,故A、B錯誤;磁感線方向從右向左,可能由水平放置的條形磁鐵提供,條形磁鐵右端是N極,左端是S極,同理可知通電螺線管、直線電流產(chǎn)生的磁感線也符合,故C錯誤,D正確。[答案]
D方法4
轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流產(chǎn)生的磁場作用下如何運動或運動趨勢如何的問題,可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,確定磁體所受電流磁場的作用力,從而確定磁體所受合力及運動方向。
[例4]
(2021·天津聯(lián)考)如圖所示,厚度均勻的木板放在水平地面上,木板上放置兩個相同的條形磁鐵,兩磁鐵N極正對。在兩磁鐵豎直對稱軸上的C點固定一垂直于紙面的長直導(dǎo)線,并通以垂直紙面向里的恒定電流,木板和磁鐵處于靜止?fàn)顟B(tài),設(shè)兩磁鐵和木板的總重力為G,則 (
)A.導(dǎo)線受到的安培力水平向左
B.導(dǎo)線受到的安培力豎直向上C.木板對地面的壓力小于G D.木板受到地面的摩擦力水平向右[解析]根據(jù)條形磁鐵磁場分布和疊加,可知兩條形磁鐵在導(dǎo)
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