磁场的描述磁场对电流的作用.pptx

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1、第八章磁场,第一节磁场的描述磁场对电流的作用,一、磁场磁感应强度,1.磁场,(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有的作用。,(2)方向:小磁针的所受磁场力的方向。,答案：1.(1)磁场力,(2)N极,(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。,3.安培的分子电流假说,安培认为,在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于。,2.磁感应强度,(1)物理意义:描述磁场的。,答案:2.(1)强弱和方向(2)(3)N极,3.环形电流两个磁极,二、磁感线及几种常见的磁场分布,1.磁感线,在磁场中画

2、出一些曲线,使曲线上每一点的方向都跟这点的磁感,应强度的方向一致。,答案：1.切线,2.几种常见的磁场,(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示),(2)几种电流周围的磁场分布,(3)匀强磁场:在磁场的某些区域内,磁感线为的平行线,如图所示。,答案：(2)越弱最强越弱(3)同向等密,在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度,且方向水平。,答案：(4)南极北极相等向北,(4)地磁场,地磁场的N极在地理附近,S极在地理附近,磁感线分布如图所示。,三、磁场对电流的作用安培力,1.大小,若IB时,;若IB时,F=BIl。,2.方向,总垂直于所决定的平面,即一定垂直于B和I,但B与I不一定垂

3、直。可以用左手定则来判定:伸开左手,使大拇指跟其余四个手指,并且都跟手掌在,把手放入磁场中,让磁感线,使伸开的四指指向的方向,那么,所指的方向,就是通电导线在磁场中的受力方向。,答案：1.F=0,2.B、I垂直同一平面内垂直穿入手心电流拇指,3.两平行通电导线间的作用,同向电流相互,反向电流相互。,答案：3.吸引排斥,一、磁感线和电场线的比较,【自主探究1】关于电场线和磁感线的下列说法中错误的是()。,A.静电场的电场线总是从正电荷或无穷远出发,终止于无穷远或负电荷,B.磁感线总是从磁体北极出发,到磁体南极终止,C.电场中某点的电场强度方向就是电场线的切线方向,也是正电荷所受电场力的方向,D.

4、磁场中某点的磁场方向就是磁感线的切线方向,也是小磁针北极在该点的受力方向,答案：B,归纳要点,二、对磁感应强度的理解,【自主探究2】关于磁感应强度的概念,以下说法中正确的有()。,A.电流元Il在磁场中受力为F,则磁感应强度B一定等于,B.电流元Il在磁场中受力为F,则磁感应强度可能大于或等于,C.磁场中电流元受力大的地方,磁感应强度不一定大,D.磁场中某点磁感应强度的方向与电流元在此点的受力方向相同,答案：BC,归纳要点1.磁感应强度是用比值法定义的,其大小由磁场本身的性质决定,与放入的直导线的电流I的大小、导线的长短L的大小无关。,解析:判断磁感应强度的大小,需要在电流元受力最大的前提下进

5、行,选项A、B中的力F可能小于或等于最大受力,因此,磁感应强度B可能大于或等于;电流元在磁场中受力与其放置方位有关,因此电流元受力大的地方,磁感应强度不一定大;磁场的方向规定为小磁针N极的受力方向,与电流元受力方向不相同。,2.由定义式B=计算B时,通电导线必须垂直于磁场;若通电导线平行于磁场,则不受安培力,但不能说该处磁感应强度为零。,3.磁感应强度是矢量,其方向是放入其中的小磁针静止时N极的指向,不是磁场中电流所受安培力的方向,而是与受到安培力的方向垂直。,4.磁感应强度与电场强度有很多方面类似,但要注意二者的区别。,(1)电荷在电场中总是受力,而电流在磁场中不一定受力,且受力情况取决于电

6、流与磁场方向的关系,两者方向平行时不受力,垂直时受力最大;,(2)电场力方向总与电场强度方向在同一条直线上,但安培力方向与,磁场方向总是垂直的,且垂直于磁场和电流决定的平面。,三、安培力的理解,【自主探究3】如图所示,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ABC=BCD=135。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。导线段ABCD所受到的磁场的作用力的合力()。,A.方向沿纸面向上,大小为(+1)IlB,B.方向沿纸面向上,大小为(-1)IlB,C.方向沿纸面向下,大小为(+1)IlB,D.方向沿纸面向下,

7、大小为(-1)IlB,答案：A解析:将导线分为三段直导线,根据左手定则分别判断出安培力的方向,根据F=BIl计算出安培力的大小,再求合力。导线所受合力F=BIl+2BIlsin 45=(+1)IlB,方向沿纸面向上。,归纳要点：安培力的方向取决于电流和磁场方向决定的平面,且总与该平面垂直,处理此类问题首先要把立体图改画为截面图,要正确判断出通电导线与磁场方向的关系,注意分析二者是否垂直;分析出安培力及其他力来,这类问题本质上是力学问题。,另外,计算弯曲导线受的安培力,要注意弯曲导线的有效长度L等于两端点连接直线的长度(如图所示),相应的电流方向沿L由始端流向末端。,同一平面内任何形状的闭合线圈

8、,通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和一定为零,因为有效长度L=0。,易错辨析,请你判断下列表述正确与否,对不正确的,请予以更正。,1.电流在磁场中受力为零,说明该处磁感应强度为零。,2.磁体的磁感线不论在磁体外部还是在内部都是由N极指向S极。,3.同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,与此类似,同向电流相互排斥,异向电流相互吸引。,4.安培力F、磁感应强度B、电流I三者方向总相互垂直。,5.安培力计算公式F=BIL的成立条件是磁感应强度B垂直于电流I,即BI。,答案:1.错误。电流在磁场中受力为零,磁感应强度有可能不为零,如,电流方向与磁场方向平行。,2.错误。在磁体外部磁感线由N极指向S极

9、,在内部是由S极指向N极。,3.错误。同向电流相互吸引,异向电流相互排斥。,4.错误。安培力F与磁感应强度B、电流I一定垂直,但磁感应强度B与电流I方向不一定垂直。,5.正确。,提升应用技巧的突破口,【例1】,如图所示,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。当开关S闭合后,则小磁针的北极N(黑色一端)指示出的磁,命题研究一、安培定则的应用,场方向正确的是()。,A.a、c,B.b、c,C.c、d,D.a、d,思路点拨:由安培定则判断出磁场的分布,小磁针的N极总是指向磁场的方向。,解析:据安培定则判断出:(1)AB直导线磁场在小磁针a所在位置垂直纸面向外,所以磁针a的N

10、极指向正确;(2)C左侧为N极,内部磁场向左,所以磁针c的N极指向正确,磁针b的N极指向不正确;(3)D左端为S极,右端为N极,所以磁针d的N极指向也不正确。,规律总结：在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时有所不同,在判定直线电流的磁场方向时,大拇指指向电流方向,四指指向磁场绕向;在判定环形电流磁场方向时,四指指向电流绕向,大拇指指向环内沿中心轴线的磁感线方向。,答案：A,拓展链接1磁铁放久了,其磁性将变弱,为了保持其磁性,我们需要给磁铁充磁,充磁的方式有两种。图甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中,图乙是将条形磁铁夹在电磁铁之间,a、b和c、d接直流电源,下列接线正确的是()。,C.a接电

11、源负极,b接电源正极,c接电源正极,d接电源负极,B.a接电源正极,b接电源负极,c接电源负极,d接电源正极,D.a接电源负极,b接电源正极,c接电源负极,d接电源正极,答案：B解析:充磁时,应使外加磁场方向与磁铁的磁场方向相同,甲图中,因磁铁在螺线管内部,应使螺线管内部磁感线方向从右向左,由安培定则可判定,a接电源正极,b接电源负极;乙图中,同理可知,右端为螺线管N极,左端为S极,由安培定则可判定c接电源负极,d接电源正极,故B正确。,A.a接电源正极,b接电源负极,c接电源正极,d接电源负极,【例2】,如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 T的匀强磁场中,在以导线截面的中心为圆心

12、、r为半径的圆周上有A、B、C、D四个点。已知A点的磁感应强度为0,则下列叙述正确的是()。,命题研究二、磁场的叠加问题,A.直导线中的电流方向垂直纸面向里,B.B点的实际磁感应强度为 T,方向斜向右上方,与竖直方向的夹角为45,C.C点的实际磁感应强度也为0,D.D点的实际磁感应强度与B点相同,思路点拨:由A点的实际磁感应强度为0,根据安培定则判断出电流方向,每一点的磁感应强度为电流的磁场和匀强磁场的叠加,遵从矢量合成法则。,解析:A点的实际磁感应强度为0,即直线电流在A处的磁感应强度与匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为0,所以直线电流在A处的磁感应强度为1 T,方向向左,由安培定则可得直

13、导线中的电流方向垂直纸面向里,由于圆周上各点到直导线的距离相同,所以直线电流在圆周上各处的磁感应强度大小均为1 T,但方向不同,在B处向上,在C处向右,在D处向下,则B、C、D三处的实际磁感应强度分别为 T,方向斜向右上方与竖直方向成45夹角;2 T,方向向右;T,方向斜向右下方与竖直方向成45夹角,选项A、B正确。,规律总结: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求解。,答案：AB,拓展链接2(2011全国理综)如图,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1I2;A、B、C、D为导线某一横截面所在平面内的四点

14、,且A、B、C与两导线共面;B点在两导线之间,B、D的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是()。,A.A点B.B点C.C点D.D点,答案：C解析:空间某点的磁感应强度的大小和方向是I1、I2各自产生的磁场叠加的结果。距离导线越近的地方,磁场越强。根据安培定则,只有在C点,两条导线电流各自产生的磁场才有可能大小相等,方向相反,叠加后互相抵消,磁感应强度为零。,【例3】如图所示,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)()。,命题研究三、导体在安培力作用下的定性分析,A.顺时针方向转动,同时下降,

15、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,思路点拨:首先明确常见磁场的磁感线分布情况,然后取“电流元”,用左手定则判定其受力方向,特别注意导线旋转后,磁场有了垂直于纸面的分量而导致向下受力。,解析:(1)电流元法如图所示,把直线电流等效为AO、OO、OB三段(OO段极短)电流元,由于OO段电流方向与该处磁场方向平行,所以不受安培力作用;AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向上,根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外;OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下,同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里。综上可知导线将以OO段为轴顺时针转动(俯视)。,(

16、2)特殊位置法,把导线转过90的特殊位置来分析,根据左手定则判得安培力方向向下,故导线在顺时针转动的同时向下运动。综上所述,选项A正确。,答案：A,规律总结1.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法,2.在本题中,除了已用到的两种方法外,还可以应用“转换研究对象法”,即假设导线固定不动,判断出蹄形磁铁的N、S极受力方向,从而确定蹄形磁铁的转动方向,再根据实际情况,将结论反过来即可。,拓展链接3,如图所示,用细橡皮筋悬吊一轻质线圈,置于一固定直导线上方,线圈,可以自由运动。当给两者通以图示电流时,线圈将()。,A.靠近直导线,两者仍在同一竖直平面内,B.远离直导线,两者仍在同一竖直平面内,C.靠

17、近直导线,同时旋转90,D.远离直导线,同时旋转90,答案：A,解析:由安培定则知,通电直导线在线圈处产生的磁场垂直于纸面向外。为了判定通电线圈在这一磁场内的受力方向,不妨将它分成足够多的等份来处理,这样每一小段便可看做是一小段通电直导线。结合左手定则可判定出各段受力皆背离圆心。但由于直线电流的磁场不均匀,靠近直导线的部分磁场较强,因而线圈靠近直导线的部分受力较大。考虑对称性特点,将各段受力合成时,合力方向一定竖直向下,这样线圈必定靠近直导线,并仍处于竖直平面内。,【例4】如图所示,质量为60 g的铜棒长为a=20 cm,棒两端与长为l=30 cm的细软铜线相连,吊在磁感应强度B=0.5 T、

18、竖直向上的匀强磁场中,当棒中通过恒定电流I后,铜棒向上摆动,最大偏角=60,g取10 m/s2,求:,命题研究四、通电导线在安培力作用下的力学问题,(1)铜棒中电流I的大小及方向;,(2)铜棒在摆动过程中的最大速度(结果保留一位有效数字)。,解析:(1)因铜棒的最大摆角为=60,由运动对称性可知,铜棒上摆30时速度最大,此处铜棒所受的合力为零。,对铜棒受力分析如图所示,由左手定则可知,电流的方向向左。,由平衡条件有BIa=mgtan 30,代入数据得I=2 A。,(2)当铜棒上摆30时速度最大,设最大速度为v,由动能定理可得,BIa-mgl(1-cos 30)=mv2,而BIa=mgtan 3

19、0,结合以上两式得,v2=gltan 30-2gl(1-cos 30),代入数据得:v=1 m/s。,规律总结:为了便于分析,此类问题首先要画出截面图,要正确判断出电流方向与磁场方向的关系,注意分析二者是否垂直;,分析出安培力及其他力来,这类问题本质上是力学问题。,答案:(1)2 A方向向左(2)1 m/s,拓展链接4(2011课标全国理综)电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培

20、力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是()。,A.只将轨道长度l变为原来的2倍,B.只将电流I增加至原来的2倍,C.只将弹体质量减至原来的一半,D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度l变为原来的2倍,其他量不变,答案：BD,解析:弹体所受安培力为BIL,由动能定理得BILl=mv2,只将轨道长度l变为原来的2倍,其速度将增加至原来的倍,A错误;只将电流I增加至原来的2倍,其磁感应强度也随之增加至原来的2倍,其速度将增加至原来的2倍,B正确;只将弹体质量减至原来的一半,其速度将增加至原来的倍,C错误;将弹体质量减至原来的一半,轨长度l变为原来的2倍时,其速度将增加至原来的2倍,D正确。,本课结束谢谢观看,