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1、第19講磁場的描述磁場對電流的作用,一 磁場及其描述,二 安培力,教材研讀,突破一 安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加,突破二 判斷安培力作用下導(dǎo)體的運動,突破三 安培力作用下的平衡與加速問題,重難突破,一、磁場及其描述,教材研讀,1.磁場 (1)磁場是磁極、電流周圍存在的一種特殊物質(zhì)。 (2)磁場的方向:小磁針靜止時N極所指的方向。 (3)基本特征:對放入其中的磁體、電流和運動電荷都有力的作用。,2.磁感應(yīng)強度 (1)定義:在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線,所受的安培力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強度。 (2)定義式:B=。(通電導(dǎo)線垂直于磁場) (3)方向:小磁針靜止時N極的指向

2、。,3.磁感線 (1)定義:在磁場中畫出一些曲線,使曲線上任意點的切線方向都跟該點磁場方向一致,這樣的曲線即磁感線。 (2)特點:磁感線是假想的曲線;在磁體外部由N極到S 極,內(nèi)部由S極到N極,磁感線的疏密表示磁場的強弱;磁感線不能相交,也不能相切。 (3)幾種常見磁場的磁感線 a.常見磁體的磁場,b.電流的磁場,二、安培力,1.定義:人們把通電導(dǎo)線在磁場中受的力稱為安培力。,2.安培力大小的計算 (1)當B與I(L)垂直時F=BIL,若B與I(L)夾角為,則F=BIL sin 。 (2)公式的適用條件:一般只適用于勻強磁場。 3.安培力的方向判定 用左手定則判定:伸開左手,使拇指與其余四個手

3、指垂直,并且都與手掌,在同一個平面內(nèi);讓磁感線從掌心進入,并使四指指向電流的方向,這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。,1.判斷下列說法的正誤: (1)小磁針N極所指的方向就是該處磁場的方向。() (2)磁感線越密表示磁場越強。() (3)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。() (4)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。() (5)安培力一定不做功。(),2.關(guān)于電場和磁場,下列說法正確的是(D) A.雖然電場不是客觀存在的,但是可以用試探電荷去探測它的存在和強弱 B.電場線和磁感線是可以形象描述電場強弱和方向的

4、客觀存在的曲線 C.磁感線和電場線一樣都是閉合的曲線 D.磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的,磁場和電場一樣,都是客觀存在的物質(zhì),3.如圖所示,豎直放置的長直導(dǎo)線通有恒定電流,側(cè)旁小磁針N極的最終指向應(yīng)為(D) A.平行紙面向右B.平行紙面向左 C.垂直紙面向里D.垂直紙面向外,4.如圖所示,一導(dǎo)體棒ab靜止在U形鐵芯的兩臂之間。開關(guān)閉合后導(dǎo)體棒受到的安培力方向(D) A.向上B.向下C.向左D.向右,突破一安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加,重難突破,1.安培定則的應(yīng)用,2.磁場的疊加 磁感應(yīng)強度是矢量,計算時與力的計算方法相同,利用平行四邊形定則或正交分解法進行合成與分解。,解析設(shè)A、B處的電流

5、在O點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B1,方向如圖所示,有2B1=B0,即B1=,由rAC=2rAO及B=可知,A、B處的電流在C點產(chǎn)生 的磁感應(yīng)強度大小為B2==,方向如圖所示,由平行四邊形定則及頂 角C為120可知合磁感應(yīng)強度大小為,C正確。,1-1如圖所示,a、b兩根垂直紙面的直導(dǎo)線通有等值的電流,兩導(dǎo)線旁有一點P,P點到a、b的距離相等,關(guān)于P點的磁場方向,以下判斷正確的是(A) A.若a中電流方向向紙外,b中電流方向向紙里, 則P點的磁場方向向右 B.若a中電流方向向紙外,b中電流方向向紙里,則P點的磁場方向向左 C.若a中電流方向向紙里,b中電流方向向紙外,則P點的磁場方向向右 D.若a中

6、電流方向向紙外,b中電流方向向紙外,則P點的磁場方向向左,解析若a中電流方向向紙外,b中電流方向向紙里,根據(jù)安培定則判斷可知:a在P處產(chǎn)生的磁場Ba方向垂直于a、P連線斜向上,b在P處產(chǎn)生的磁場Bb方向垂直于b、P連線斜向下,根據(jù)平行四邊形定則進行合成,如圖所示,P點的磁感應(yīng)強度方向水平向右,故A正確,B錯誤。若a中電流方向向紙里,b中電流方向向紙外,則可得P點的磁感應(yīng)強度方向水平向左,故C錯誤。若a、b中電流方向均向紙外,同理可知, P點的磁感應(yīng)強度方向豎直向上,故D錯誤。,突破二判定安培力作用下導(dǎo)體的運動,1.判定導(dǎo)體運動情況的基本思路 判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢,首先必須

7、弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場磁感線分布情況,然后利用左手定則準確判定導(dǎo)體的受力情況,進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向。,2.五種常用判定方法,,典例2(2018浙江11月選考,7,3分)電流天平是一種測量磁場力的裝置,如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈和,線圈固定,線圈置于天平托盤上。當兩線圈均無電流通過時,天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是(A) A.當天平示數(shù)為負時,兩線圈電流方向相同 B.當天平示數(shù)為正時,兩線圈電流方向相同 C.線圈對線圈的作用力大于線圈對線圈的作用力 D.線圈對線圈的作用力與托盤對線圈的作用力是一對相互作用力,解析裝置的構(gòu)造模型為兩個線圈和一個杠桿,當線圈中通有同向

8、電流時互相吸引,通有異向電流時互相排斥,當天平示數(shù)為負數(shù)時表示互相吸引,所以為同向電流,A正確,B錯誤。根據(jù)作用力與反作用力可知線圈對線圈的作用力等于線圈對線圈的作用力C錯誤。線圈還受重力的作用,故D錯誤。,2-1(2017浙江4月選考,9,3分)如圖所示,兩平行直導(dǎo)線cd和ef豎直放置,通以方向相反、大小相等的電流,a、b兩點位于兩導(dǎo)線所在的平面內(nèi)。則(D) A.b點的磁感應(yīng)強度為零 B.ef導(dǎo)線在a點產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里 C.cd導(dǎo)線受到的安培力方向向右 D.同時改變兩導(dǎo)線的電流方向,cd導(dǎo)線受到的安培力方向不變,解析根據(jù)安培定則可知,b點的磁場方向為垂直紙面向外,所以選項A錯誤;c

9、d中電流在a處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里,ef中電流在a處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外,所以選項B錯誤;根據(jù)左手定則可判斷,電流方向相反的兩根導(dǎo)線互相排斥,所以選項C錯誤;不管電流方向如何,只要電流方向相反,就互相排斥,選項D正確。,突破三安培力作用下的平衡與加速問題,1.安培力的大小 計算安培力常用公式F=BIL,應(yīng)用時要滿足: (1)B與L垂直。 (2)L是有效長度,即垂直磁感應(yīng)強度方向的長度。如圖所示通電導(dǎo)線,在判斷和計算安培力的方向和大小時均可等效為計算和判斷ac直導(dǎo)線的安培力的大小和方向。,,2.安培力作用下的平衡問題 (1)解決安培力相關(guān)問題的“關(guān)鍵步驟” 通電導(dǎo)體棒在磁場中的平衡問

10、題是一種常見的力學(xué)綜合模型,該模型一般由傾斜導(dǎo)軌、導(dǎo)體棒、電源和電阻等組成。這類題目的難點是題圖具有立體性,各力的方向不易確定。因此解題時一定要先把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖,通過受力分析建立各力的平衡關(guān)系,如圖所示。,,(2)求解安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問題的基本思路,解析當電流改為反方向且大小不變時,右盤中需加砝碼才能平衡,說明此時安培力方向向上。由左手定則判斷可知磁場方向垂直紙面向里。圖示平衡時滿足m1g=m2g+F,電流改為反方向時滿足m1g=(m2+m)g-F,而F=NILB,由此可得B=。故選項B正確。,3-1(多選)如圖,AB、CD是兩根長度均為L=4.0 m,質(zhì)量分別為m1=0.6 kg

11、和m2=0.2 kg的金屬棒,兩根等長的細金屬桿將兩節(jié)干電池與兩個金屬棒串聯(lián)成閉合回路,整個回路用絕緣細線懸掛在天花板上,保證金屬棒水平。整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度B=1.0 T,電路中的電流I=0.5 A,待系統(tǒng)穩(wěn)定之后(金屬棒、細金屬桿在力的作用下不會發(fā)生變形,取g=10 m/s2),則(AC) A.絕緣細線與豎直方向的夾角為0 B.絕緣細線與豎直方向的夾角為45 C.細金屬桿與豎直方向的夾角為45 D.細金屬桿與豎直方向的夾角為90,解析以整體為研究對象,共受到四個力的作用,水平方向上,兩金屬棒受到力的大小均為F=BIL、方向相反的安倍力,這兩個力互相平衡,豎直方向上,

12、絕緣細線的拉力與總重力平衡,因為重力的方向豎直向下,所以,絕緣細線的拉力一定是豎直向上,也就是說,絕緣細線與豎直方向的夾角為0,故選項A正確,B錯誤;以cd棒為研究對象,cd棒受三個力而平衡, 受力情況如圖所示: 安培力F=BIL=10.54 N=2 N,cd棒的重力m2g=0.2 10 N=2 N,由平衡條件得F=m2g tan ,解得=45,即細 金屬桿與豎直方向的夾角為45,故選項C正確,D錯誤。,典例4如圖所示,PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌,相距1 m,導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上,棒的質(zhì)量為m=0.2 kg,棒的中點用細繩經(jīng)滑輪與物體相連,物體的質(zhì)量M=0.3 kg,棒與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)為=0.5,勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=2 T,方向豎直向下,為了使物體以加速度a=3 m/s2加速上升,應(yīng)在棒中通入多大的電流?方向如何?(g=10 m/s2),