匀强磁场的磁感应强度为B课件.ppt
磁场，磁感应强度，磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 安培力，安培力的方向 匀强磁场中的安培力 洛伦兹力，洛伦兹力的方向 洛伦兹力公式 带电粒子在匀强磁场中的运动 质谱仪和回旋加速器 说明：安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形,第一讲磁场及通电导线在磁场中受到的力,一、磁场、磁感应强度1磁场(1)基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有的作用(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向,磁场力,2磁感应强度(1)物理意义：描述磁场(2)大小：B(通电导线垂直于磁场)(3)方向：小磁针静止时的指向(4)单位：特斯拉(T),强弱和方向,N极,3匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小、方向的磁场称为匀强磁场(2)特点匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、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中心轴线附近的磁场(边缘部分除外)，都可以认为是匀强磁场,处处相等,处处相同,二、磁感线及几种常见的磁场分布1磁感线：在磁场中画出一些曲线，使典线上每一点的 方向都跟这点的磁感应强度的方向一致2磁感线的特点(1)磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线(2)磁感线在磁体(螺线管)外部由 到 极，内部由 极到 极，是,切线,N极,S,S,N,闭合曲线,(3)磁感线的疏密表示磁场的，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱(4)磁感线上任何一点的，都跟该点的磁场(磁感应强度)方向一致(5)磁感线不能，也不能相切,强弱,切线方向,相交,3几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如下图所示),(2)几种电流周围的磁场分布,越弱,条形,匀强,最强,非匀强,越弱,4.安培定则(1)直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场磁感线的方向可以用 定则确定(2)对于通电直导线，可用 握住导线，大拇指指向 方向，弯曲的四指指向 的方向(3)对于环形电流和通电螺线管，则用弯曲的四指指向 环绕的方向，右手大拇指指向螺线管的磁感线的方向,安培,电流,右手,磁感线环绕,电流,轴线上,三、通电导线在磁场中受到的力安培力1安培力的大小(1)磁场和电流垂直时：F.(2)磁场和电流平行时：F0.2安培力的方向(1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向 的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受的方向(2)安培力的方向特点：FB，FI，即F垂直于_ 决定的平面,BIL,电流,安培力,B和I,四、磁电式电流表1基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的2工作原理：如图所示，磁场的方向总沿着均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是的，保证B的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈垂直,线圈,径向,相等,当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就，螺旋弹簧的形变也就I与指针偏角成正比，表盘刻度(均匀、不均匀)所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小3优、缺点：优点是 高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流,越大,越大,均匀,灵敏度,很弱,一、磁感线和电场线的比较,三、应用公式FBIL时应注意的问题,四、安培力做功的实质能量的传递1安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或其他形式的能2安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能，或储存或再转化为其他形式的能,1.关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()A磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致B磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质C磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止的D磁感线就是细铁屑连成的曲线,AB,2关于磁感应强度B，下列说法中正确的是()A磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关B磁场中某点B的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点的B值大小为零D在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大,D,319世纪20年代，以塞贝克(数学家)为代表的科学家已认识到温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差从而提出如下假设：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的该假设中的电流方向是()A由西向东垂直磁子午线B由东向西垂直磁子午线C由南向北沿磁子午线 D由赤道向两极沿磁子午线方向,B,4.如右图所示，直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远，它们的磁场互不影响，当电键S闭合后，则小磁针的北极N(黑色的一端)指示出的磁场方向正确的是()AaBbCcDD,BD,5(2009全国卷)如右图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线abcd所受到的磁场的作用力的合力(),A,6.(2010上海单科)如右图，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形 通电导线受到的安培力大小为()A0B0.5 BIlCBIlD2BIl解析：V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可得其合力FBIl，答案为C.答案：C,C,三个平行的直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如图所示，现使每条通电导线在斜边中点O所产生的磁感应强度的大小为B.则该处的实际磁感应强度的大小和方向如何？,空间中磁场叠加，在某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个，即合磁场方向，应用平行四边形定则来求,11：如图所示，S为一垂直纸面放置的通电直导线的横截面，当通以垂直纸面向里的恒定电流I后，在距导线的轴线为R的a处产生的磁感应强度大小为B，b、c、d是与a在同一圆周上的三点，现将导线放在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，以下关于a、b、c、d四点磁感应强度的说法中正确的有(),解析：对通电导线用安培定则并结合矢量的合成法则即可得到正确答案答案：BC,如右图所示，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,A,判定安培力作用下导体运动情况的常用方法,21：如右图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，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F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，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CF1F2 DF1F2,BC,如右图所示，两平行光滑导轨相距为20 cm，金属棒MN的质量为10 g，电阻R8，匀强磁场的磁感应强度B0.8 T，方向竖直向下，电源电动势E10 V，内阻r1，当开关S闭合时，MN恰好平衡，求变阻器R1的取值为多少？(设45，g取10 m/s2),【思维点拨】找出通电导线所受的所有的力画出通电导线受力分析的平面图找出各个力之间的关系根据受力关系找出电流情况,答案：7,求解通电导体在磁场中的力学问题的方法是：(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，画出平面受力分析图，其中安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意F安B、F安I；(3)根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程式进行求解,31：如右图所示，用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝，线圈由粗细均匀、单位长度的质量为2.5 g的导线绕制而成，三条细线呈对称分布，稳定时线圈平面水平，在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁，磁铁的中轴线OO垂直于线圈平面且通过其圆心O，测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0.5 T，方向与竖直线成30角，要使三条细线上的张力为零，线圈中通过的电流至少为(),A0.1 AB0.2 AC0.05 A D0.01 A,答案：A,1画出下图中通电导线棒ab所受的各个力的方向，若导线长为l，通过电流为I，磁感应强度为B，写出安培力的大小(导线棒光滑)_解析：大小均为IlB.作各图的平面图如下图所示，各图中均有BI，故FIlB.,BIl,BIl,BIl,2.表面光滑的细导线做成的圆形闭合导线环固定在绝缘的水平面上，在环形导线上放置一直导线AB，直导线AB与环形导线相互绝缘，直导线中点与细导线环的圆心重合，如右图所示，则当两者通以图示方向的电流时，直导线AB的运动情况是()A向M方向平动B向N方向平动C静止不动 D在环形导线上转动,A,3.如右图所示，质量为m、长为L的导体棒电阻为R，初始时静止于光滑的水平轨道上，电源电动势为E，内阻不计匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成角斜向上方，电键闭合后导体棒开始运动，则()A导体棒向左运动B电键闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEL/RC电键闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BELsin/RD电键闭合瞬间导体棒MN的加速度为BELsin/mR,BD,4如下图所示的电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导致MM与NN之间的安培力的大小分别为Fa、Fb，可判断这两段导线()A相互吸引，FaFbB相互排斥，FaFbC相互吸引，FaFb D相互排斥，FaFb,D,5(2011九江模拟)质量为m的金属导体棒置于倾角为的导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数为，当导体棒通以垂直纸面向里的电流时，恰能在导轨上静止如下图所示的四个图中，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中棒与导轨间的摩擦力可能为零的是(),ACD,6(2011泉州模拟)如右图所示，两平行金属导轨间的距离L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势E4.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R02.5，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2，已知sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力,(3)导体棒受力如图，将重力正交分解F1mgsin 370.24 NF1F安，根据平衡条件mgsin 37FfF安解得Ff0.06 N答案：(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N,19安培力作用下平衡问题的处理方法一、安培力、重力、弹力作用下平衡问题的处理方法求解导体棒在安培力作用下的平衡问题时应先进行受力分析，分析物体受哪几个力的作用，在分析受力时不能漏掉安培力，同时要运用左手定则判断出安培力的方向，再根据共点力平衡的条件列方程求解在解题时此类试题往往具有空间的立体结构，为了便于理解常常要先画出平面图,如下图所示，两倾斜放置的光滑平行金属导轨间距为L，电阻不计，导轨平面与水平方向的夹角为，导轨上端接入一内阻可忽略的电源，电动势为E.一粗细均匀的金属棒电阻为R，金属棒水平放在导轨上且与导轨接触良好欲使金属棒静止在导轨上不动，则以下说法正确的是(),答案：A,二、安培力、重力、弹力、摩擦力作用下平衡问题的处理方法解此类问题仍然要先进行受力分析，画出平面图但如果物体始终处于静止状态则摩擦力为静摩擦力，静摩擦力大小和方向具有可变性，在解题时可设定静摩擦力的方向，选取最大静摩擦力作为临界条件分别进行讨论，然后列方程求解可得出所要求的范围,如下图所示，电源电压E2 V，内阻不计，竖直导轨电阻不计，金属棒的质量m0.1 kg，R0.5，它与导轨间的动摩擦因数0.4，有效长度为0.2 m，靠在导轨外面，为使金属棒不动，施一与纸面夹角37且垂直于金属棒向里的磁场(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：此磁场是斜向上还是斜向下？B的范围是多少？,答案：斜向下，1.4 TB4.5 T,练规范、练技能、练速度,1(2009海南单科)一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如下图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是(),D,2.如下图所示，带负电的金属环绕轴OO以角速度匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是()AN极竖直向上 BN极竖直向下CN极沿轴线向左DN极沿轴线向右,C,3在匀强磁场的同一位置，先后放入长度相等的两根直导线a和b，a、b导线的方向与磁场方向垂直，但两导线中的电流大小不同，下列图象中表示导线所受安培力F与通电电流I的关系，a、b各自有一组F、I的数值，在图象中各描一个点，下列图象中正确的是(),D,4如右图所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是(),B,5已知地磁场的水平分量为B，利用这一值可以测定某一弱磁场的磁感强度，如图所示为测定通电线圈中央一点的磁感强度实验方法：先将未通电线圈平面固定于南北方向竖直平面内，中央放一枚小磁针N极指向北方；给线圈通电，此时小磁针N极指北偏东角后静止，由此可以确定线圈中电流方向(由东向西看)与线圈中央的合磁感强度分别为(),A顺时针；B顺时针；C逆时针；D逆时针；,C,6(2011广东惠州调研)图中的D为置于电磁铁两极间的一段通电直导线，电流方向垂直于纸面向里在开关S接通后，导线D所受磁场力的方向是()A向上 B向下 C向左 D向右,A,7.如右图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B1 T的匀强磁场中，CO间距离为10 cm，当磁场力为 0.2 N时，闸刀开关会自动跳开则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为()A电流方向CO B电流方向OCC电流大小为1 A D电流大小为0.5 A,B,8有一小段通电导线，长为1 cm，电流强度5 A，把它置于磁场中某点，受到的安培力为0.1 N，则该点的磁感应强度B一定是()AB2 TBB 2 TCB2 T D以上情况均可能,C,9.(2011南通模拟)如右图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A.A与螺线管垂直，“”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里电键S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()A水平向左 B水平向右C竖直向下 D竖直向上,C,10.如右图所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为FN1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是()AFN1FN2，弹簧的伸长量增大DFN1FN2，弹簧的伸长量减小,C,二、非选择题11.水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)现垂直于导轨搁一根质量为m，电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为且指向右斜上方，如右图所示，问：(1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？,解析：从b向a看侧视图如图所示(1)水平方向：FFAsin 竖直方向：FNFAcos mg又FABILB L联立得：FNmg，F.(2)使ab棒受支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上，则有FAmg Bmin，根据左手定则判定磁场方向水平向右,12.如右图所示为一电流表的原理示意图质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连，绝缘弹簧劲度系数为k.在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数，MN的长度大于Lab.当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合：当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流强度(1)当电流表示数为零时，弹簧伸长多少？(重力加速度为g)(2)若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接？(3)若k2.0 N/m，Lab 0.20 m，Lcb 0.050 m，B0.20 T，此电流表的量程是多少？(不计通电时电流产生的磁场的作用)(4)若将量程扩大2倍，磁感应强度应变为多大？,解析：(1)设当电流表示数为零时，弹簧的伸长量为x，则有mgkx由式得：x.(2)为使电流表正常工作，作用于通有电流的金属棒MN的安培力必须向下，因此M端应接正极(3)设电流表满偏时通过MN间电流强度为Im.则有BImmgk(x)联立并代入数据得Im2.5 A(4)设量程扩大后，磁感应强度变为B，则有2BImmgk(x)由式得：B代入数据得：B0.10 T.答案：(1)(2)M端(3)2.5 A(4)0.10 T,
