磁场对电流的作用.docx
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磁场对电流的作用
教学科目高三物理
授课老师陈树仁
学生张超洋
档案序号
个性化教学辅导方案
课时统计:
第(11)课时共()课时授课时间:
2012年3月13日
教学
内容
磁场对电流的作用
教学
目标
1、知道电流周围存在磁场;
2、会用安培多则判断只直线电流、环形电流、通电螺线管的磁场;
3、理解磁场对电流的作用。
重点
难点
1、几种常见的电流的磁场;
2、磁场对电流的作用。
教
学
过
程
一、知识梳理
一、主要概念和规律
1、磁场的基本概念
(1)磁场
磁场:
存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质。
变化的电场也能产生磁场。
磁场的基本特性:
磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。
磁场的方向:
在磁场中任一点,小磁针北极受力的方向,亦即小磁针静止时北极所指的方向,就是那一点的磁场方向。
磁现象的电本质:
永久磁铁的磁场是磁体内分子电流产生的
电流的磁场是由形成电流的运动电荷产生的
磁体与磁体间、电流与电流间、磁体与电流间的相互作用都可归纳为运动电荷间的相互作用。
磁性材料分类:
顺磁性物质、抗磁性物质和铁磁性物质(强磁性)
奥斯特实验第一次指出电流也能产生磁场,为排除地磁场的影响,小磁针应处于南北指向位置,直导线中应通以南北方向的电流。
【例1】下列叙述正确的是:
()
(A)安培假设中的分子电流是不存在;
(B)通电直导线周围的磁场是内部的分子电流产生的;
(C)软铁棒在磁场中被磁化是因为在外磁场作用下,软铁棒中分子电流取向变得大致相同;软铁棒中分子电流取向变得大致相同;
(D)软铁棒在磁场中被磁化是因为棒中分子电流消失
(2)磁感强度(B)
B:
是从力的角度描述磁场性质的矢量。
大小的定义式:
B=F/IL,式中的F为I与磁场方向垂直时的磁场力(此时的磁场力最大,电流I与磁场方向平行时,磁场力为零),l为通电导体的长度。
方向规定:
小磁针的N极所受磁场力的方向,即小磁针静止时N极的指向,也即磁场的方向。
单位:
T
【例2】有一小段通电导线,长为1cm,电流强度为5A,把它置于磁场中某点,受到的磁场力为0.1N,则该点的磁感应强度B一定是
(A)B=2T(B)B2T(C)B2T(D)以上情况均有可能
【例3】在同一平面内,如图所示放置六根通电导线,通以相等的电流,方向如图。
则在a、b、c、d四个面积相等的正方形区域中,磁感线指向纸外且磁通量最大的区域是:
(A)仅在a区(B)仅在b区(C)仅在c区(D)仅在d区
(3)磁感线
在磁场中画出一些有方向的曲线,在这些曲线上,每一点的曲线方向,亦即该点的切线方向,都跟该点的磁场方向相同,这些曲线称为磁感线。
磁感线的疏密:
表示磁场的强弱,磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。
磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线。
在磁体外部,从N极指向S极;在磁体内部,由S极指向N极。
磁感线是为了形象描述磁场和电流的磁场中,磁感线在空间都是立体分布的,为了能正确地分析和解答各种磁场问题,不仅应熟悉条形磁体、蹄形磁体、直线电流、通电螺线管、磁电式电流计内的磁场、地磁场等几种典型磁场的磁感线分布,还要善于将磁感线分布的空间图转化为不同方向的平面图,如下视图、俯视图、侧视图、和相应的剖视图。
地磁场:
地球的磁场与条形磁体的磁场相似,其主要特点有三个:
1)地磁场的N极在地球南极附近、S极在地球北极附近;
2)2)地磁场的B的水平分量(Bx),总是从地球南极指
向北极,而竖直分量(By)则南北相反,在南北球竖直向
上,在北半球竖直向下;
3)在赤道平面内(即地磁场的中性面)上,距离地球表面相等的各点,磁感强度相等,且方向水平。
匀强磁场:
磁感强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。
匀强磁场中的磁感线是分布均匀、方向相同的平行直线。
距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部的磁场(边缘部分除外),都可以认为是匀强磁场。
在应用安培右手定则,判定直线电流和通电螺线管(环形电流可视为单匝螺线宇航局)的磁场方向时,应注意分清“因”和“果”:
在判定直线电流的磁场方向时,大拇指指“原因-电流方向”;四指指“结果-磁场绕向”,在判定通电螺线管磁场方向时,四指指“原因-电流绕向”,大拇指指“结果-螺线管内部沿中心轴线的磁感线方向,即指螺线管的N极”。
【例4】如图所示,一束带电粒子沿水平方向平行地飞过静止小磁针的正上方时,磁针的南极向西转动,这一带电粒子束可能是:
(A)由北向南飞行的正离子束;(B)由南向北的正离子束;
(C)由北向南的负离子束;(D)由南向北的负离子束。
(4)磁通量()
穿过某一面积(S)的磁感线条数。
=BScos,式中Scos为面积S在垂直于磁场方向的平面(中性面)上投影的大小。
在使用此公式时,应注意以下几点:
1)公式的适用条件:
一般只适用于计算平面在匀强磁场中磁通量;2)角的物理意义:
表示平面法线方向(n)与磁场方向(B)的夹角或平面(S)的夹角或平面中性面(oo)的夹角,如图所示,而不是平面(S)与磁场(B)的夹角()。
因为+=90,所以磁通量公式还可以表示为=BSsin;3)是双向变量,其正负表示与规定的正方向(如平面法线的方向)是相同还是相反。
若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁感线条数为1,反向磁感线条数为2,则磁通量等于穿过平面的磁感线的条数(磁通量的代数和)即=1-2。
【例5】如图所示,两个同平面、同圆心放置的金属圆环a和b,条形磁铁放在其中,通过两环的磁通量a、b相比较(A)a>b(B)a
2、磁场对电流的作用
(1)安培力
大小:
F=BILsin。
其中B为通电导线所在处的匀强磁场;I为电流强度;L为导线的有效长度;为B与I(或L)夹角;Bsin为B垂直于I的分量。
方向:
总垂直于B、I所决定的平面,即一定垂直B和I,但B与I不一定垂直。
故一般使用(电动机)左手定则判定安培力方向时,左手心应迎B的垂直于I的分量(B=Bsin)。
公式的适用范围:
一般只适用于匀强磁场;弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度,相应的电流方向由始端指向末端,因为任意形状的闭合线圈,其有效长度l=0,所以通电后在匀强磁场中,受到的安培力的矢量和一定为零。
安培力的做功特点:
可以做功,但起的是传递能量的作用。
与静摩擦力做功的作用有些相似。
【例6】如图所示,在垂直纸面向里的匀强磁场中,有一段弯成直角的金属导线abc,且ab=bc=l0,通有电流I,磁场的磁感应强度为B,若要使该导线静止不动,在b点应该施加一个力F0,则F0的方向为;B的大小为。
(2)通过线圈在磁场中的安培力矩
安培力矩的大小:
M=NBIS=NBISsin。
其中N为线圈的匝数,B为线圈所在处的匀强磁场,I为通过每一匝线圈的电流强度,S为线圈的面积,为线圈法向与磁场方向的夹角。
可见,当线圈平面与磁场方向一致时(即线圈法向与磁场方向夹角为90时),安培力矩最大,而当线圈平面与磁场方向垂直时(即线圈法向与磁场一致时),安培力矩最小。
公式的适用条件:
1)匀强磁场;2)转轴(oo)与B垂直,位置可以是任意的,而对于平行于B的任意转轴,安培力矩为零;3)任意形状的平面线圈,如三角形、圆形和梯形等;因为任意形状的平面线圈,都可以通过微元不视为无数矩形元组成的。
【例7】如图所示,半径为r的金属圆盘置于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于盘面向下。
将盘心O和盘边缘接入电路后,通过电路的电流强度为I。
求圆盘受到的磁力矩。
(3)磁场对运动电荷的作用力(洛仑兹力)
大小:
f=qvBsin
方向:
f、v、B满足左手定则。
注意:
四指应指正电荷运动方向或负电荷运动的反方向;f既垂直v、B所决定的平面。
洛仑兹力的做功特性:
不做功
当带电粒子在匀强磁场中运动时,若v‖B,则带电粒子做匀速直线运动。
当带电粒子在匀强磁场中运动时,若vB:
则带电粒子满足的基本方程为
qvB=ma=m
由此可推导得
……①
……②
②式表明:
T与v、R无关,如回旋加速器;只与磁感强度、荷质比有关,如速率选择器、质谱仪等。
故有结论:
荷质比相同的带电粒子,在同样的匀强磁场中,T、f和相同。
注意:
当带电粒子在匀强磁场中做圆周运动时,带电粒子的动能Ek可写为
Ek=
课
堂
练
习
1、示波器的示波管荧光屏上有一条水平亮线,此亮线是管内电子
束自左向右的扫描线,若将一个U形磁铁按图示的方式沿水平方向靠
近屏,则扫描线将
(A)向上弯曲(B)向下弯曲(C)左边向上弯曲,右边向下弯曲
(B)(D)左边向下弯曲,右边向上弯曲
2、质量为m、带电量为q的粒子在洛仑兹力作用下,在匀强磁场中做匀速圆周运动,相当于一个环形电流,这个环形电流的强度大小
(A)与带电量成正比(B)与磁感应强度成正比
(C)与粒子的运动速率成正比(D)与带电粒子的质量m成反比。
3、一个带电粒子,沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,
粒子的一段径迹如图所示,径迹上的每一小段都可近似看成是圆
弧,由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小(带
电量不变),从图中可以确定:
(A)粒子从a到b,带正电(B)粒子从b到a,带正电
(B)(C)粒子从a到b,带负电(D)粒子从b到a,带负电。
4、两极板M、N相距为d,板长为5d,两板未带电,板间有垂直于纸面的匀强磁场,如图所示,一大群电子沿平行于板的方向从各个位置以速度v射入板间。
为了使电子都不从板间穿出,磁感应强度B的范围为_____(设电子量为e,质量为m)。
5、如图所示为氢原子的模型。
电子绕核做快速圆周运动,可等效为环形电流。
它产生一个磁场,用B0表示其磁感强度的大小。
现加一不变的强外磁场,其磁感强度大小用B表示,方向在图中垂直于纸面向里。
这时,环形电流在环内区域中的磁场和外加磁场叠加,叠加后的磁感强度大小用B表示。
已知电子的轨道半径不变,结论是
(A)B=B+B0;(B)B=B-B0;(C)B>B+B0;
(D)B=B-B0;(E)B+B0>B>B-B0
6、得出上题结论的原因是:
外加磁场后:
(A)洛仑兹力不做功,电子速率不变;(B)洛仑兹力沿半径向外,电子速率变大;
(C)洛仑兹力沿半径向外,电子速率变小;(D)洛仑兹力沿半径向里,电子速率变小;
(E)洛仑兹力沿半径向外,电子速率变大
课
后
作
业
1.如图4-1所示,abc是弯成直角的导线,
,
,通以电流I,并放在和均匀磁场
垂直的平
面内,则导线所受到磁场力为[]
(A)
;(B)
;(C)
;(D)
。
2.
两个在同一平面内的同心圆线圈,大圆半径为R,通有电流I1,
小圆半径为r,通有电流I2,电流方向如图4-2所示,且
,
那么,在小线圈从图示位置转到两线圈平面相互垂直位置的过程
中,磁力矩所作的功A为[]
(A)
;(B)
;
(B)(C)
;(D)
。
3.如图4-3所示,平行放置在同一平面内的载流长直导线,要使
AB导线受的安培力等于零,则
的值为[]
(A)
;(B)
;(C)
;(D)
。
4.如图4-4,匀强磁场中有一矩形通电线圈,它的平面与磁场平行,在磁场作用下,线圈发生转动,其方向是[]
(A)ab边转入纸内,cd边转出纸外;
(B)ab边转出纸外,cd边转入纸内;
(C)ad边转入纸内,bc边转出纸外;
(D)ad边转出纸外,bc边转入纸内。
课
后
小
结
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完全能接受□部分能接受□不能接受□
学生的接受程度:
很积极□比较积极□一般□不积极□
学生上次的作业完成情况:
数量%完成质量:
优□良□中□
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- 磁场 电流 作用