2017-2018學(xué)年高中物理專題七磁場的描述磁場對(duì)電流的作用學(xué)案新人教版選修

1、專題七 磁場的描述 磁場對(duì)電流的作用一、安培定則與磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解1用安培定則判斷電流周圍的磁感線(如圖1所示)(1)直線電流的磁場：伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向(2)環(huán)形電流的磁場：右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向(3)通電螺線管的磁場：彎曲的四指指向電流的方向，大拇指所指的方向就是螺旋管中心軸線上磁感線的方向圖1注意內(nèi)部磁感線方向由S極指向N極，外部由N極指向S極2磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場強(qiáng)度E的比較對(duì)應(yīng)名稱比較項(xiàng)目磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場強(qiáng)度E物理意義描述磁場的力的性質(zhì)的物理量描述電場的力的性質(zhì)的物理

2、量定義式Beq f(F,IL)，通電導(dǎo)線與B垂直Eeq f(F,q)大小決定由磁場決定，與試探電流元無關(guān)由電場決定，與試探電荷無關(guān)方向矢量磁感線的切線方向，小磁針N極受力方向矢量電場線的切線方向，放入該點(diǎn)的正電荷受力方向場的疊加合磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和合場強(qiáng)等于各個(gè)電場的電場強(qiáng)度的矢量和3.磁感線與電場線的比較(1)相同點(diǎn)：都是為形象地描述場(電場或磁場方向和強(qiáng)弱)而假想的曲線；線上各點(diǎn)的切線方向即該點(diǎn)的場(電場或磁場)的方向；都是用疏密表示場(電場或磁場)強(qiáng)弱；(2)不同點(diǎn)：磁感線是閉合曲線；靜電場中的電場線是不閉合曲線復(fù)習(xí)過關(guān)1下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的說法正確的是()A一小段

3、通電導(dǎo)體放在磁場A處，受到的磁場力比B處的大，說明A處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比B處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大B由Beq f(F,IL)可知，某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與放入該處的通電導(dǎo)線所受磁場力F成正比，與導(dǎo)線的I、L成反比C一小段通電導(dǎo)體在磁場中某處不受磁場力作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零D小磁針N極所受磁場力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向答案D解析磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，是磁場本身性質(zhì)的反映，其大小由磁場以及在磁場中的位置決定，與F、I、L都沒有關(guān)系，Beq f(F,IL)只是磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式，同一通電導(dǎo)體受到的磁場力的大小由所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度和放置的方式共同決定，所以A、B、C都是錯(cuò)誤的磁感應(yīng)

4、強(qiáng)度的方向就是該處小磁針N極所受磁場力的方向，不是通電導(dǎo)線的受力方向，所以D正確2(多選)下列說法中正確的是()A電荷在某處不受電場力的作用，則該處電場強(qiáng)度為零B一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C表征電場中某點(diǎn)電場的強(qiáng)弱，是把一個(gè)試探電荷放在該點(diǎn)時(shí)受到的電場力與試探電荷本身電荷量的比值D表征磁場中某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱，是把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí)受到的磁場力與該小段導(dǎo)線長度和電流乘積的比值答案AC解析電場和磁場有一個(gè)明顯的區(qū)別是：電場對(duì)放入其中的電荷有力的作用，磁場對(duì)通電導(dǎo)線有力的作用的條件是磁場方向不能和電流方向平行，因此A對(duì)，B錯(cuò)同理根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式Eeq f(F

5、,q)可知C正確而同樣用比值定義法定義的磁感應(yīng)強(qiáng)度則應(yīng)有明確的說明，即Beq f(F,IL)中I和B的方向必須垂直，故D錯(cuò)3(多選)彼此絕緣、互相垂直放置的兩通電直導(dǎo)線中電流方向如圖2所示，在兩導(dǎo)線周圍空間磁場較強(qiáng)的區(qū)域是()圖2A區(qū)B區(qū)C區(qū)D區(qū)答案BD4如圖3所示，兩根垂直紙面平行放置的直導(dǎo)線a和b，通有等值電流在紙面上距a、b等遠(yuǎn)處有一點(diǎn)P，若P點(diǎn)合磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向水平向左，則導(dǎo)線a、b中的電流方向是()圖3Aa中向紙里，b中向紙外Ba中向紙外，b中向紙里Ca、b中均向紙外Da、b中均向紙里答案A解析因?yàn)橥娭睂?dǎo)線周圍磁場的磁感線是一簇以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，所以直導(dǎo)線a中電流在P處

6、激發(fā)的磁場方向垂直于a、P連線，直導(dǎo)線b中電流在P處激發(fā)的磁場方向垂直于b、P連線，又因?yàn)镻點(diǎn)合磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向水平向左，所以由矢量合成法則可知，a中電流在P處激發(fā)的磁場方向垂直aP斜向下，b中電流在P處激發(fā)的磁場方向垂直bP斜向上，再根據(jù)安培定則很容易判斷a、b中的電流方向，a中向紙里，b中向紙外，故選A.5半徑為r、電流為I1的通電圓環(huán)圓心a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在圓環(huán)下方距圓心a為L的地方水平放置一根電流為I2的無限長直導(dǎo)線MN時(shí)，圓環(huán)圓心a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)榱悖O(shè)圓環(huán)平面與長直導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi)，如圖4所示，求：圖4(1)根據(jù)對(duì)稱性，直導(dǎo)線電流I2在導(dǎo)線正下方L處的b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)

7、度大小是多少？方向如何？(2)如果把圓環(huán)平移到b點(diǎn)，使圓環(huán)的圓心與b點(diǎn)重合，則圓環(huán)電流與直線電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是多少？方向如何？答案(1)B垂直紙面向外(2)2B垂直紙面向外解析(1)圓環(huán)電流在圓心a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外，加上直導(dǎo)線后，a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，說明，直導(dǎo)線I2在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里又因?yàn)閍、b兩點(diǎn)到直導(dǎo)線的距離相等，因此，直導(dǎo)線I2在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外(2)當(dāng)把圓環(huán)平移到b點(diǎn)后，圓環(huán)在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向外；和直導(dǎo)線I2在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度合成后，可得：b點(diǎn)的磁

8、感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，方向垂直紙面向外二、安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)問題判定安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的常用方法電流元法分割為電流元安培力方向整段導(dǎo)體所受合力方向運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法在特殊位置安培力方向運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流小磁針條形磁鐵通電螺線管多個(gè)環(huán)形電流結(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轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢的問題，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(yùn)動(dòng)方向注意磁感線方向不一定垂直于電流方向，但安培力方向一定與磁場方向

9、和電流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面復(fù)習(xí)過關(guān)6如圖5所示，有一通電直導(dǎo)線放在蹄形電磁鐵的正上方，導(dǎo)線可以自由移動(dòng)，當(dāng)電磁鐵線圈與直導(dǎo)線中通以圖示的電流時(shí)，有關(guān)直導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)情況的說法中正確的是(從上往下看)()圖5A順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升答案C解析在導(dǎo)線兩側(cè)取兩小段，左邊一小段所受的安培力方向垂直紙面向外，右側(cè)一小段所受安培力的方向垂直紙面向里，從上往下看，知導(dǎo)線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)，導(dǎo)線所受的安培力方向向下，所以導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降故C正確，A、B、D錯(cuò)誤7如圖6所示

10、，通電直導(dǎo)線ab位于兩平行導(dǎo)線橫截面MN的連線的中垂線上，當(dāng)平行導(dǎo)線通以同向等值電流時(shí)，以下說法中正確的是()圖6Aab順時(shí)針旋轉(zhuǎn)Ba端向外，b端向里旋轉(zhuǎn)Cab逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)Da端向里，b端向外旋轉(zhuǎn)答案B解析導(dǎo)線M和N的磁感線都是同心圓因此對(duì)ab上半段，M導(dǎo)線的磁感線指向右下，可以用左手定則判斷a端受向外的力N導(dǎo)線的磁感線指向右上，也使a端受向外的力，同理也可以分析出b端受向里的力從而使得a端轉(zhuǎn)向紙外，b端轉(zhuǎn)向紙里，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤三、導(dǎo)體的平衡與加速求解通電導(dǎo)體在磁場中的力學(xué)問題的方法1選定研究對(duì)象；2變?nèi)S為二維，畫出平面受力分析圖，判斷安培力的方向時(shí)切忌跟著感覺走，一定要用左手定則來

11、判斷，注意F安B、F安I；3根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律列方程進(jìn)行求解復(fù)習(xí)過關(guān)8如圖7所示，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點(diǎn)為圓弧的圓心兩金屬軌道之間的寬度為0.5m，勻強(qiáng)磁場方向如圖，大小為0.5T質(zhì)量為0.05kg、長為0.5m的金屬細(xì)桿置于金屬軌道上的M點(diǎn)當(dāng)在金屬細(xì)桿內(nèi)通以電流強(qiáng)度為2A的恒定電流時(shí)，金屬細(xì)桿可以沿桿向右由靜止開始運(yùn)動(dòng)已知N、P為導(dǎo)軌上的兩點(diǎn)，ON豎直、OP水平，且eq xto(MN)eq xto(OP)1m，g取10m/s2，則()圖7A金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小為5m/s2B金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的速度大小為5m/sC金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的向心加速度大小

12、為10m/s2D金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)對(duì)每一條軌道的作用力大小為0.75N答案D解析金屬細(xì)桿在水平方向受到安培力作用，安培力大小F安BIL0.520.5 N0.5 N，金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小為aeq f(F安,m)10 m/s2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)金屬細(xì)桿從M點(diǎn)到P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析，安培力做功W安F安(eq xto(MN)eq xto(OP)1 J，重力做功WGmgeq xto(ON)0.5 J，由動(dòng)能定理得W安WGeq f(1,2)mv2，解得金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的速度大小為v2eq r(5) m/s，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的加速度可分解為水平方向的向心加速度和豎直方向的重力加速度，水平方向的向心加速度大小為aeq f(v2,r)20 m/s2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在P點(diǎn)金屬細(xì)桿受到軌道水平向左的作用力F，水平向右的安培力F安，由牛頓第二定律得FF安eq f(mv2,r)，解得F1.5 N，每一條軌道對(duì)金屬細(xì)桿的作用力大小為0.75 N，由牛頓第三定律可知金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)對(duì)每一條軌道的作用力大小為0.75 N，選項(xiàng)D正確9如圖8所示，PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距L1m導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m