第九章第1讲磁场及其对电流的作用.docx
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第九章第1讲磁场及其对电流的作用
第1讲磁场及其对电流的作用
过好双基关回扣基础知识训练基础題目
一'磁场、磁感应强度
1.磁场的基本性质
磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有左的作用.
2.磁感应强度
(1)物理意义:
描述磁场的强弱和方向.
(2)左义式:
5=£(通电导线垂直于磁场).
(3)方向:
小磁针静止时N极的指向.
(4)单位:
特斯拉,符号为T.
3.匀强磁场
(1)左义:
磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场.
(2)特点:
磁感线是疏密程度相同、方向相同的平行直线.
4.地磁场
(1)地磁的N极在地理南极附近,S极在地理北极附近,磁感线分布如图1所示.
地疵s极地理北极
(2)在赤道平而上,距离地球表而高度相等的各点,磁感应强度相等,且方向水平向北.
5.磁场的叠加
磁感应强度是矢量,汁算时与力的讣算方法相同,利用平行四边形立则或正交分解法进行合成与分解.
[^断正误】
(1)磁感应强度为0的地方,电流受到的安培力不一上为0.()
(2)电流受到安培力为0的地方,磁感应强度一泄为0.()
(3)磁感应强度B一左等丁务•()
(4)磁场中电流受到的安培力大的地方,磁感应强度一立大.()
【自测1】(多选)(2019四川绵阳市第二次诊断)如图2所示是我国最早期的指南仪器——司南,静止时它的
长柄指向南方,是由于地球表而有地磁场.下列与地磁场有关的说法,正确的是()
A.地磁场是一种物质,客观上存在
B.地球表而上任意位置的地磁场方向都与地而平行
C.通电导线在地磁场中可能不受安培力作用
D.运动电荷在地磁场中受到的洛伦兹力可以对运动电荷做正功二、磁感线和电流周围的磁场
1.磁感线的特点
(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向.
(2)磁感线的疏密程度立性地表示磁场的輕,在磁感线较密的地方磁场处g;在磁感线较疏的地方磁场较
弱・
2同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切.
3磁感线是假想的曲线,客观上并不存在.
2.几种常见的磁场
(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图3所示)
(2)电流的磁场
【自测2】如图4所示,甲、乙是直线电流的磁场,丙、丁是环形电流的磁场,戊、己是通电螺线管的磁场,
试在各图中补画出电流方向或磁感线方向.
三、安培力的大小和方向
1.大小茨I〃B、F=0:
若Z丄乩F=BIL.
2.方向可以用左手泄则来判泄:
伸开左手,使拇指与英余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平而内,让磁感线
从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时鯉所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向•安培力方向总垂直于乩L所决泄的平而,即一定垂直于B和人但B与z不一泄垂直.
3.两平行通电导线间的作用
同向电流相互吸引,反向电流相互排斥.
【自测3】以下说法中正确的是()
A.通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行
B.安培力的方向可以用右手泄则来判泄
C.磁感线可以形象地描述各点的磁场强弱和方向,磁感线上每一点的切线方向都和小磁针在该点静止时N极所指的方向一致
D.放置在磁场中lm长的导线,通过1A的电流,该处磁感应强度是1T,则导线受到的安培力为1N
研透命题点细硏考纲和真题分析突皎命题点
1.安培定则的应用
在运用安培泄则判泄直线电流和环形电流的磁场时应分淸“因”和“果”・
2.磁场叠加问题的解题思路
(1)确立磁场场源,如通电导线.
(2)左位空间中需求解磁场的点,利用安培左则判怎各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向.如图5所示为M、N在c点产生的磁场Bq、Bn.
(3)应用平行四边形定则进行合成,如图中的合磁场B.
■题型1安培力的大小和方向
【例1】(2019-全国卷【・17)如图6,等边三角形线框乙由三根相同的导体棒连接而成,固左于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点与直流电源两端相接.已知导体棒受到的安培力
大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为()
A・IFB・1.5FC・0.5FD・0答案B
陵式1】(2019陕西汉中市期末)如图7所示,三根相互平行的固上长宜导线L\、S和
厶两两等距,通过山、厶2中的电流相同,Li>D中的电流方向垂直纸而向里,厶3中的电财
:
\
流方向垂直纸而向外,在三根导线与纸而的交点所构成的等边三角形的中心上放有一电/0\
流方向垂直纸面向外的通电长直导线,则该导线受到的安培力的方向为()厶6-矗匚
A.指向厶B.指向厶2
C.指向△D.背离厶
■题型2磁场的叠加
[例2】(2019-陕西渭南市教学质检
(二))有两条长直导线垂直水平纸而放巻,交纸面于a、b两点,通有大小
相等的恒泄电流.方向如图8."b的连线水平,c是ab的中点,d点与c点关于b点对称.已知c点的磁
感应强度为冏,d点的磁感应强度为则关于a处导线在d点产生磁场的磁感应强度的大小及方向,下
列说法中正确的是()
A.內+血,方向竖直向下B.3—方向竖直向上
g.•—
方向竖直向上D.*—艮,方向竖直向下""bd
俊式2】(2019•江苏泰州市上学期期末)如图9所示,在磁感应强度大小为&的匀强磁场中,两长直导线P和O垂直于纸而固泄放置,两者之间的距离为在两导线中均通有方向垂直于纸而向里且大小相等的电流时,纸面内与两导线距离为/的a点处的磁感应强度为零.若仅让P中的电流反向,则a点处磁感应强度的
大小为()
基础考点/自主悟透
命题点二安培力作用下导体运动情况的判断
1.问题特点
安培力作用下导体的运动问题与力学中的运动问题一样,同样遵从力学基本规律,只是研究对象所受的力中多分析安培力而已.
2.规律分析
判定通电导体在安培力作用下的运动方向或运动趋势,首先必须弄淸楚导体所在位置的磁感线分布情况,再弄淸楚导体中电流的方向,然后利用左手龙则准确判左导体的受力情况,进而确立导体的运动方向或运动趋势.
3・判定方法
电流元法
分割为电流元迪3安培力方向一整段导体所受合力方向一运动方向
特殊位置法
在特殊位程一安培力方向f运动方向
等效法
环形电流小磁针
条形磁铁通电螺线管多个环形电流
结论法
同向电流互相吸引,异向电流互相排斥;两不平行的直线电流相互作用
时,有转到平行且电流方向相同的趋势
转换研究对象法
定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三立律,确肚磁体所受电流磁场的作用力,从而确泄磁体所受合力及运动方向
【例3】如图10所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方,导线可以自由转动,当
导线通入图示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)()
A.顺时针方向转动,同时下降
B.顺时针方向转动,同时上升
C.逆时针方向转动,同时下降
D.逆时针方向转动,同时上升
陵式3】(2019北京海淀区3月适应性练习)如图11所示为研究平行通电宜导线之间相互作用的实验装置.接通电路后发现两根导线均发生形变,此时通过导线M和N的电流大小分别为厶和A,已知7i>/2»方向均向上.若用月和尺分别表示导线M与N受到的磁场力,则下列说法正确的是()
A.
两根导线相互排斥
B.为判断Fi的方向,需要知道厶和Z的合磁场方向
C.两个力的大小关系为Fi>F2
D.仅增大电流bFi、尺会同时增大
陵式4](2020吉林公主岭市调研)将一个质虽:
很小的金属圆环用细线吊起来,在其附近放一块条形磁铁,
磁铁的轴线与圆环在同一个平而内,且通过圆环中心,如图12所示,当圆环中通以顺时针方向的电流时,从上往下看()
A.圆环顺时针转动,靠近磁铁
B.圆环顺时针转动,远离磁铁
C.圆环逆时针转动,靠近磁铁
D.
圆环逆时针转动,远离磁铁
通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型,该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成.这类题目的难点是题图具有立体性,各力的方向不易确定•因此解题时一定要先把立体图转化为平
【例4】(2019-河南平顶山市一轮复习质检)如图14所示,金属杆用两根绝缘细线悬于天花板的0、0’点,杆中通有垂直于纸而向里的恒左电流,空间有竖直向上的匀强磁场,杆静止时处于水平,悬线与竖直方向的夹角为久若将磁场在竖直面内沿逆时针方向缓慢转过90。
,在转动过程中通过改变磁场磁感应强度大小来保持悬线与竖直方向的夹角不变,则在转动过程中.磁场的磁感应强度大小的变化情况是(
A.一直减小
B.一直增大
C.先减小后增大
D・先增大后减小陵式5]侈选)(2019河南驻马店市上学期期终)光滑斜而上放置一个通电导体棒,施加磁场后导体棒静止在
陵式6】如图15所示,长为Z的通电直导体棒放在光滑水平绝缘轨道上,劲度系数为上的水平轻弹簧一端固泄,另一端拴在棒的中点,且与棒垂直,整个装置处于方向竖直向上.磁感应强度为B的匀强磁场中,
安培力做功与动能立理结合,其解题步骤如下:
(1)选取研究对象,明确它的运动过程:
⑵分析研究对象的受力情况(若是立体图就改画成平面图)和各个力的做功情况,特别是分析安培力的大小和方向,看安培力做正功还是负功,然后求各力做功的代数和:
(3)明确初、末状态的动能:
(4)列出动能左理的方程以及其他必要的解题方程进行求解.
【例5】(多选)(2020-广东梅州市调研)如图16所示,水平放置的光滑平行金属导轨,左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连,右端与半径为Z=20cm的光滑圆弧导轨相接.导轨宽度为20cm,电阻不计.导轨所在空间有竖直方向的匀强磁场,磁感应强度
B=0.5T.一根导体棒肪垂直导轨放置,质M^=60g.电阻R=1Q,用两根长也为20cm的绝缘细线悬挂,导体棒恰好与导轨接触.当闭合开关S后,导体棒沿圆弧摆动,摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态.导体棒必速度最大时,细线与竖直方向的夹角&=53o(sin53。
=0.8,cos53。
=0.6,g=10m/'s2),贝%)
X
2
h
A.磁场方向一立竖直向上
B.电源的电动势£=8V
C.导体棒在摆动过程中所受安培力F=8N
D.导体棒摆动过程中的最大动能为0.08J
陵式刀(2019-河北寓山市第一次模拟)如图17所示,水平桌而上固定两条光滑平行导轨,导轨左端连接电源,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中.现将两根质量相同的导体棒M、N依次静宜于导轨上的同一位置,接通电源,导体棒沿导轨从桌面右侧水平抛出,始终与地而平行,落地位程与导轨右端的水平距离分別
为S]和汕不计电源和导轨电阻,导体棒与导轨垂直且接触良好,则安培力对两导体棒做功之比为()
C・51
A・1:
1
D:
y[s2
课时精练限时训练塚规范练速度
9双基巩固练
1.(2016北京理综17)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:
“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也•”进一步研究表明,地球周用地磁场的磁感线分布如图1•结合上述材料,下列说法不正确的是()
2.
•••
A.地理南、北极与地磁场的北、南极不重合
B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近
C.地球表而任意位巻的地磁场方向都与地而平行
D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
3.磁场中某区域的磁感线如图2所示,贝%)
A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba>Bb
B.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba C.同一通电导线放在a处受力一圧比放在b处受力大 D.同一通电导线放在a处受力一立比放在b处受力小 4.(2019徽蚌埠市第三次质量检测)一段导线abcde位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸而向里)垂直.线段血、be、cd和血的长度均为Z,且Zabc=Zcde=120。 ,流经导线的电流为L方向如图3中箭头所示•导线段4力届所受到的磁场的作用力的合力大小为() A・2BIL C.(羽+2朋 5.(2019-四川成都市第二次诊断乂2是竖直固左的长直导线,Li、D是水平固左且关于厶2对称的长直导线,三根导线均通以大小相同、方向如图4所示的恒立电流,则导线厶2所受的磁场力情况是() A.大小为零 B.大小不为零,方向水平向左0@ c.大小不为零,方向水平向右L'“ D.大小不为零,方向竖直向下b 6.(2019福建泉州市5月第二次质检)如图5,光滑斜而上放巻一根通有恒泄电流的导体棒,空间有垂直斜而向上的匀强磁场导体棒处于静止状态•现将匀强磁场的方向沿图示方向缓慢旋转到水平方向,为了使导 体棒始终保持静I上状态,匀强磁场的磁感应强度应同步() A.增大B.减小 C.先增大,后减小D.先减小,后增大 7. 两个完全相同的通电圆环A.B的圆心重合、圆面相互垂直放置,通过的电流大小相同,电流方向如图6所示,两圆环彼此绝缘,设每个圆环在英圆心O处独立产生的磁感应强度为Bo,则O处的磁感应强度大小为() A・0B・2Bq C.y/2BQD.无法确定7•侈选)(2018•全国卷1120)如图7,纸而内有两条互相垂直的长直绝缘导线几、厶2,Z1中的电流方向向左, D中的电流方向向上: b的正上方有“、b两点,它们相对于D对称.整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为Bo,方向垂直于纸面向外.已知a、b两点的磁感应强度大小分别为如。 和扌Bo,方向也垂直于纸而向外.贝%) b丿 O Li A.流经厶的电流在b点产生的磁感应强度大小为令° B.流经Z】的电流在a点产生的磁感应强度大小为扣° C.流经Z2的电流在b点产生的磁感应强度大小为扣0 D.流经心的电流在a点产生的磁感应强度大小为令o 8.(2019辽宁大连市第二次模拟)如图8所AC是四分之一圆弧,O为圆心,D为圆弧中点,A.D、C处各有一垂直纸而的通电直导线,电流大小相等,方向垂直纸面向里,整个空间还存在一个磁感应强度大小为E的匀强磁场,O处的磁感应强度恰好为零.如果将D处电流反向,其他条件都不变,则O处的磁感应强 ®、T-\'DA 直c ■ 度大小为() A.2(72-1)5 B.2(72+1)5 C・IB D・0 9综合提升练 9.(多选)如图9所示,台秤上放一光滑平板,其左边固左一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来,此时台秤读数为尺,现在磁铁上方中心偏左位宜固立一导体棒,当导体棒中通以方向如图所示的电流后,台秤读数为F2,则以下说法正确的是() A. 弹簧长度将变长 B.弹簧长度将变短 C.F^Fi D.F\ 10.(2019-福建福州市期末质量检测)如图10所示,一根长为厶的金属细杆通有电流/时,水平静止在倾角为&的光滑绝缘固左斜面上.斜面处在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中.若电流和磁场的方向均不变,电流大小变为0.5人磁感应强度大小变为4从重力加速度为g.则此时金属细杆() A. 电流流向垂直纸而向外 B.受到的安培力大小为2BIL沁8 C.对斜而压力大小变为原来的2倍 D.将沿斜而加速向上运动,加速度大小为gsm011•如图11所示,长为£、质量为加的导体棒",置于倾角为&的光滑斜面上•导体棒与斜面的水平底边始终平行.已知导体棒通以从6向a的电流,电流为Z,重力加速度为g- (1)若匀强磁场方向竖直向上,为使导体棒静止在斜而上,求磁感应强度B的大小: (2)若匀强磁场的大小、方向都可以改变,要使导体棒能静止在斜而上,求磁感应强度的最小值和对应的方向. 12•如图12所示,在倾角为0=37。 的斜而上,固泄一宽为Z=1.0m的平行金 属导轨•现在导轨上垂直导轨放宜一质量加=0.4kg、电阻&=2.0Q、长为1.0m的金属棒ab,它与导轨间的动摩擦因数为“=05整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B=2T的匀强磁场中•导轨所接电源的电动势为£=12V,内阻r=1.0Q,若最大静摩擦力等于滑动摩擦力,滑动变阻器的阻值符合要求,其他电阻不汁,取g=10口品sin37^=06,心37。 =08现要保持金属棒在导轨上静止不动,求: (1)金属棒所受安培力的取值范用; ⑵滑动变阻器接入电路中的阻值范国・
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- 第九 磁场 及其 电流 作用