dlj第29講磁場(chǎng)的描述-磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

第八章磁場(chǎng)DLJ概述本章共有五個(gè)概念、兩個(gè)公式、兩個(gè)定則。五個(gè)概念：磁場(chǎng)、磁感線、磁感強(qiáng)度勻強(qiáng)磁場(chǎng)、磁通量?jī)蓚€(gè)公式：安培力F=BIL

洛倫茲力

f=qvB兩個(gè)定則:安培定則——判斷電流的磁場(chǎng)方向左手定則——判斷磁場(chǎng)力的方向注：能力上多了“有空間想象能力”的要求。命題規(guī)律(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解和計(jì)算；(2)安培力、洛倫茲力的特點(diǎn)；(3)有界磁場(chǎng)中的臨界問題；(4)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的多解問題；(5)帶電粒子在組合場(chǎng)和復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第29講磁場(chǎng)及磁場(chǎng)對(duì)電流的作用一、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁場(chǎng)(1)產(chǎn)生：磁場(chǎng)產(chǎn)生于

和

周圍。(2)基本性質(zhì)：磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁體、電流有______的作用．2．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向．(2)定義式：B＝________(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))．(3)方向：是矢量，小磁針靜止時(shí)________的指向．(4)單位：__________，符號(hào)T.磁場(chǎng)力N極特斯拉(N/A.m)磁體電流3、磁感線及特點(diǎn)（1）疏密表示

，切線方向表示

（2）是閉合曲線，磁體外

到

,磁體內(nèi)到（3）非實(shí)際存在強(qiáng)弱B的方向NSSNBB（1）.直線電流的磁場(chǎng)立體圖橫截面圖縱截面圖判定：安培定則4．三種常見的電流的磁場(chǎng)A.B，沿y軸正方向B.B，沿y軸負(fù)方向C.B，與x軸正方向同向D.B，與x軸正方向反向√2√2√2√2CaO點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度呢？bCO

若a導(dǎo)線電流反向，c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度呢？

應(yīng)選A特點(diǎn)：無磁極、距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱B立體圖橫截面圖判定：安培定則（2）.環(huán)形電流的磁場(chǎng)縱截面圖2．如圖所示，帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸OO′以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置是（）A．N極豎直向上B．N極豎直向下C．N極沿軸線向左D．N極沿軸線向右C特點(diǎn)：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(chǎng)越弱。可等效為小磁針。３．如圖所示，a、b、c三枚小磁針分別放在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)．當(dāng)這些小磁針靜止時(shí)，小磁針N極的指向是（）A．a(chǎn)、b、c均向左B．a(chǎn)、b、c均向右C．a(chǎn)向左，b向右，c向右D．a(chǎn)向右，b向左，c向右（3）.通電螺線管的磁場(chǎng)立體圖橫截面圖縱截面圖判定：安培定則CN特點(diǎn)：與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似，管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且磁場(chǎng)由S極指向N極，管外為非勻強(qiáng)磁場(chǎng)。5、地磁場(chǎng)地球的磁場(chǎng)特點(diǎn)有三個(gè)：(1)地磁場(chǎng)的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近，磁感線分布如圖，與條形磁體的磁場(chǎng)相似。NS(2)在赤道平面上各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向

．(3)地磁場(chǎng)B的水平分量(Bx)總是從地球

極指向

極，而豎直分量(By)則南北相反。在南半球垂直地面向

，在北半球垂直地面向

By地磁S極BBBBxBxBy地理北極上水平向北1．安培力的大小

(1)當(dāng)I⊥B時(shí):F＝．(2)當(dāng)I∥B時(shí)：F＝0.

F＝BILsinθ(θ為I和B的夾角)2．安培力的方向左手定則:伸開左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向________的方向，這時(shí)______所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向．BIL電流拇指

二、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用—安培力

定義式：B

＝

(I⊥B)．F＝BILBABABAByBxF垂直紙面向里FFF

應(yīng)用安培力公式時(shí)應(yīng)注意的問題安培力常用公式F＝BIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時(shí)要滿足：(1)B與L垂直．(2)L是有效長(zhǎng)度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長(zhǎng)度．如彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端．因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效長(zhǎng)度為零，所以閉合線圈通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的安培力的矢量和為零．D【例2】如圖將一個(gè)半徑為R的導(dǎo)電金屬圓環(huán)串聯(lián)接入電路中,電路的電流為I,接入點(diǎn)a、b是圓環(huán)直徑上的兩個(gè)端點(diǎn),流過圓弧acb和adb的電流相等。金屬圓環(huán)處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與圓環(huán)所在平面垂直。則金屬圓環(huán)受到的安培力為(

)A．0 B．πBIRC．2πBIRD．2BIR６．把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來，使它的下端剛好跟杯里的水銀面相接觸，并使它組成如圖2所示的電路圖．當(dāng)開關(guān)S接通后，將看到的現(xiàn)象是

(

)

A．彈簧向上收縮B．彈簧被拉長(zhǎng)C．彈簧上下跳動(dòng)D．彈簧仍靜止不動(dòng)５．判斷平行導(dǎo)線通電的相作用方向CF同向吸引反向排斥電流元法特殊位置法等效法結(jié)論法轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法每段電流元所受安培力方向―→整段導(dǎo)體所受合力方向―→運(yùn)動(dòng)方向在特殊位置―→安培力方向―→運(yùn)動(dòng)方向環(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)分析磁體與電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),可根據(jù)牛頓第三定律,通過分析一個(gè)物體的受力情況，確定另一個(gè)物體所受磁場(chǎng)的作用力.1.判定安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的常用方法:三、安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)【例1】如圖示,用絕緣細(xì)線懸掛一個(gè)導(dǎo)線框,導(dǎo)線框是由兩同心半圓弧導(dǎo)線和直導(dǎo)線ab、cd(ab、cd在同一條水平直線上)連接而成的閉合回路,導(dǎo)線框中通有圖示方向的電流,處于靜止?fàn)顟B(tài).在半圓弧導(dǎo)線的圓心處沿垂直于導(dǎo)線框平面的方向放置一根長(zhǎng)直導(dǎo)線P.當(dāng)P中通以方向向外的電流時(shí)(

)A．導(dǎo)線框?qū)⑾蜃髷[動(dòng)B．導(dǎo)線框?qū)⑾蛴覕[動(dòng)C．從上往下看，導(dǎo)線框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．從上往下看，導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)線框各邊受力情況怎樣？【例2】

一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個(gè)線圈的圓心重合,如圖示.當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí),從左向右看,線圈L1將(

).A．不動(dòng)B．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．在紙面內(nèi)平動(dòng)【例3】【例4】．CD固定，AB可以以其中心為軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)，彼此相隔一段很小的距離，當(dāng)分別通以圖示方向的電流I時(shí)，AB的運(yùn)動(dòng)情況是(

)A．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)、同時(shí)靠近導(dǎo)線CDB．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)、同時(shí)離開導(dǎo)線CDC．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)、同時(shí)靠近導(dǎo)線CDD．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)、同時(shí)離開導(dǎo)線CDCCDABFF【例5】如圖，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)(

)

A．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降

B．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升

C．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降

D．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C

例6

如圖，在光滑水平面上一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來，此時(shí)磁鐵對(duì)水平面的壓力為N1，現(xiàn)在磁鐵左上方位置固定一導(dǎo)體棒，當(dāng)導(dǎo)體棒中通以垂直紙面向里的電流后，磁鐵對(duì)水平面的壓力為N2，則以下說法正確的是(

)A．彈簧長(zhǎng)度將變長(zhǎng) B．彈簧長(zhǎng)度將變短C．N1>N2 D．N1<N2BCBFNSF四、安培力作用下的平衡問題1.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中平衡問題的分析思路(1)選定研究對(duì)象．(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I.(3)列平衡方程.[審題指導(dǎo)]

(1)磁場(chǎng)豎直向上時(shí)，安培力的方向如何？處于靜止時(shí)，安培力的大小應(yīng)滿足什么關(guān)系？(2)安培力沿什么方向時(shí)，維持導(dǎo)體棒靜止所需安培力最小？【例1】如圖示,金屬棒MN兩端由等長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛,處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,棒中通以由M向N的電流,平衡時(shí)兩懸線與豎直方向夾角均為θ.如果僅改變下列某一個(gè)條件,θ角的相應(yīng)變化情況是(

).A．棒中的電流變大，θ角變大B．兩懸線等長(zhǎng)變短，θ角變小C．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大D．磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，θ角變小

【例2】如圖示，在傾角為θ＝37°的斜面上，固定一寬為L(zhǎng)＝1.0m的平行金屬導(dǎo)軌。現(xiàn)在導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置一質(zhì)量m＝0.4kg、電阻R0＝2.0Ω、長(zhǎng)為1.0m的金屬棒ab，它與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5。整個(gè)裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。導(dǎo)軌所接電源的電動(dòng)勢(shì)為E＝12V，內(nèi)阻r＝1.0Ω，若最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，滑動(dòng)變阻器的阻值符合要求，其他電阻不計(jì)，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。現(xiàn)要保持金屬棒ab在導(dǎo)軌上靜止不動(dòng)，求：(1)金屬棒所受安培力的取值范圍；(2)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值范圍。轉(zhuǎn)原題五、安培力做功、動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用安培力做功的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)(1)安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場(chǎng)力做功與路徑無關(guān)．(2)安培力做功的實(shí)質(zhì)：起能量轉(zhuǎn)化的作用．①安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能．②安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲(chǔ)存起來或轉(zhuǎn)化為其他形式的能．【典例2】如圖所示，質(zhì)量為60g的導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L1＝20cm，棒兩端分別與長(zhǎng)度L2＝30cm的細(xì)導(dǎo)線相連，懸掛在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T．當(dāng)導(dǎo)體棒中通以穩(wěn)恒電流I后，棒向上擺動(dòng)(擺動(dòng)過程中I始終不變)，最大偏角θ＝45°，求：導(dǎo)體棒中電流I的大小(g取10m/s2)．總結(jié)提升：在處理物理問題時(shí)要注意物理過程和狀態(tài)的分析，明確物體所處的狀態(tài)是平衡態(tài)還是非平衡狀態(tài)．只有平衡態(tài)，物體所受的合力才為零，否則易走入誤區(qū)．

如圖所示，閉合金屬圓環(huán)從高為h的曲面左側(cè)自由滾下，又滾上曲面右側(cè)，環(huán)平面與運(yùn)動(dòng)方向均垂直于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，環(huán)在運(yùn)動(dòng)過程中摩擦阻力不計(jì)，則下列說法不正確的是A.環(huán)滾上曲面右側(cè)的高度等于hB.運(yùn)動(dòng)過程中環(huán)內(nèi)有感應(yīng)電流C.環(huán)滾上曲面右側(cè)的高度小于hD.運(yùn)動(dòng)過程中安培力對(duì)環(huán)一定做負(fù)功【典例1】√(多選)間距為L(zhǎng)＝20cm的光滑平行導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌左端通過開關(guān)S與內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢(shì)為E的電源相連，右端與半徑為L(zhǎng)