精品磁场对电流的作用课件带答案.docx

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精品磁场对电流的作用课件带答案

磁场对电流的作用

考纲要求

1．磁场　磁感应强度　磁感线　（Ⅰ）

2．磁通量（Ⅰ）

3．通电直导线和通电线圈周围磁场的方向（Ⅰ）

4．安培力　安培力的方向（Ⅰ）

5．匀强磁场中的安培力（Ⅱ）

6．洛伦兹力　洛伦兹力的方向（Ⅰ）

7．洛伦兹力公式（Ⅱ）

8．带电粒子在匀强磁场中的运动（Ⅱ）

9．质谱仪和回旋加速器的基本原理（Ⅰ）、

高考考情

1．纵观近几年高考，涉及本章知识点的题目年年都有，考查次数最多的是与洛伦兹力有关的带电粒子在匀强磁场或复合场中的运动，其次是与安培力有关的通电导体在磁场中的加速或平衡问题．

2．本章知识常与电场、恒定电流以及电磁感应、交变电流等章节知识广泛联系综合考查，是高考的热点．

3．本章知识与生产、生活、现代科技联系密切，如质谱仪、回旋加速器、粒子速度选择器、等离子体发电机、电磁流量计等高科技仪器的理解及应用相联系，在复习中应做到有的放矢．

一、磁场及其描述

1．定义：

磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质．

2．方向：

磁场中任一点小磁针N极所受磁场力的方向为该点的磁场方向．

3．磁场的基本性质：

磁场对放入其中的磁体、电流和运动电荷都有磁场力的作用．

4．磁感应强度

（1）物理意义：

描述磁场强弱的物理量．

（2）方向：

小磁针静止时时N极所指的方向．

（3）大小：

B＝F/IL（通电直导线垂直于磁场）．

（4）单位：

特斯拉，符号T,1T＝1N/（A·m）．

5．磁感线：

在磁场中人为地画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线．磁感线的疏密程度表示磁场的强弱．

磁感线性质：

①．疏密表示磁场的强弱．

②．每一点切线方向表示该点磁场的方向，也就是磁感应强度的方向．

③．是闭合的曲线，在磁体外部由N极至S极，在磁体的内部由S极至N极．磁线不相切不相交。

④．匀强磁场的磁感线平行且距离相等．没有画出磁感线的地方不一定没有磁场．

⑤．磁感线是假想的闭合曲线，不相交

针对练习

1.下列关于磁场的说法中正确的是

A.磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质

B.磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的

C.磁极与磁极之间是直接发生作用的

D.磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生

2.关于磁场和磁感线，下列说法正确的是（）

A．磁体周围的磁感线是从磁体的北极出来，回到南极，所以磁体内部不存在磁场，也画不出磁感线

B．．磁场虽然看不见，摸不到，在磁体周围确实存在着磁场；而磁感线是一种假想曲线，是不存在的

C．磁场对放入其中的磁体有力的作用，当其中没放入磁体时，则既无力的作用也不存在磁场

D．在磁场中画出磁感线处存在磁场，在磁感线间的空白处不存在磁场

二、几种常见的磁场

1．条形磁铁和蹄形磁铁的磁场

2．地磁场

地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个：

（1）地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近．

（2）地磁场B的水平分量（Bx）总是从地理南极指向北极；而竖直分量（By）则南、北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．

（3）在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱相同，且方向水平向北

3．电流的磁场

直线电流的磁场

通电螺线管的磁场

环形电流的磁场

特点

无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱

与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场

环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场____

安培

定则

立体图

横截面图

纵截面图

针对练习

3.B如图所示，两根非常靠近且互相垂直的长直导线，当通以

如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的

A.区域I

B.区域Ⅱ

C.区域Ⅲ

D.区域Ⅳ

4.A图甲、乙中已知小磁针N极静止时

的指向，请画出电源正负极.

4．匀强磁场

（1）定义：

场强处处相同的磁场．

（2）磁感线特点：

匀强磁场的磁感线为间隔相同的平行直线（平行且等间距）

．

（3）常见例子：

①距离很近的两个异名磁极之间的磁场（边缘部分除外）．

②相隔一定距离的两个平行放置的通电线圈中间区域的磁场．

针对练习

5.在图中，已知磁场的方向，试画出产生相应磁场的电流方向

（1）

（2）

（3）

（4）

（4）

（5）

6　（2011·新课标全国卷·14）为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：

地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（　　）

5．磁通量

（1）公式：

Φ＝BS.

（2）单位：

韦伯（韦），符号：

Wb,1Wb＝1T·m2.

（3）适用条件：

①匀强磁场；

②S是垂直磁场并在磁场中的有效面积．

（4）对磁通量理解

①．Φ＝B·S的含义

Φ＝BS只适用于磁感应强度B与面积S垂直的情况．当S与垂直于B的平面间的夹角为θ时，则有Φ＝BScosθ.可理解为Φ＝B（Scosθ），即Φ等于B与S在垂直于B方向上分量的乘积；也可理解为Φ＝（Bcosθ）S，即Φ等于B在垂直于S方向上的分量与S的乘积．

②．面积S的含义

S不一定是某个线圈的真正面积，而是线圈在磁场范围内的面积．如图8－1－10乙所示，S应为线圈面积的一半．

③．多匝线圈的磁通量

多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，而磁感线条数可表示磁通量的大小

④．合磁通量求法

若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在，当计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量．

针对练习

7、如图4所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量

A．是增加的；B．是减少的

C．先增加，后减少；D．先减少，后增加

8、如图所示边长为100cm的正方形闭合线圈置于磁场中，线圈AB、CD两边中点连线OO/的左右两侧分别存在方向相同、磁感强度大小各为B1＝0．6T，B2=0．4T的匀强磁场。

若从上往下看，线圈逆时针转过370时，穿过线圈的磁通量改变了多少？

9.如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直：

（1）此时穿过平面的磁通量为多少?

（2）若使框架绕OO′转过60°角，则穿过线框平面的磁通量为多少?

（3）若从初始位置转过90°角，则穿过线框平面的磁通量为多少?

此过程的磁通量的该变量为多少？

（4）若从初始位置转过120°角，则穿过线框平面的磁通量变化量为？

三、安培力的大小和方向

1．安培力的大小：

（1）F＝BILsinθ.

（2）磁场和电流垂直时：

F＝BIL.

（3）磁场和电流平行时：

F＝0.

理解：

①、通电导线与磁场方向垂直时，即θ＝900，此时安培力有最大值；通电

导线与磁场方向平行时，即θ＝00，此时安培力有最小值，F=0N;00＜B＜90时，

安培力F介于0和最大值之间.

②、安培力的方向垂直于磁感应强度B和电流I所决定的平面，但磁感应强度与电

流不一定垂直

③、公式F＝BIL一般适用于匀强磁场中I⊥B的情况，

对于非匀强磁场只是近似适用（如对电流元），

但对某些特殊情况仍适用．

如图所示，电流I1//I2,如I1在I2处磁场的磁感应强度为B，

则I1对I2的安培力F＝BI2L，方向向左，同理I2对I1，

安培力向右，即同向电流相吸，异向电流相斥．

④、根据力的相互作用原理，如果是磁体对通电导体有力的作用，则通电导体

对磁体有反作用力．两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三定律．

2、左手定则

1.用左手定则判定安培力方向的方法：

伸开左手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流方向，这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向．

2.安培力F的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直,即F跟BI所在的面垂直．但B与I的方向不一定垂直．

3.安培力F、磁感应强度B、电流1三者的关系

①已知I,B的方向，可惟一确定F的方向；

②已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定I的方向；

③已知F,1的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定．

针对练习

10、质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的平行导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为μ．有电流时aB恰好在导轨上静止，如图所示，如图10—19所示是沿ba方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是（）

11.如图所示，通电导体棒ab质量为m、长为L，水平放置在倾角为θ的光滑斜面上，通以如图示方向的电流，电流强度为I，欲使导体棒ab静止在斜面上。

（1）若磁场方向竖直向上，则磁感应强度B为多大？

（2）若要求磁感应强度最小，求磁感应强度的大小和方向。

12.如图所示，在倾角为37°的斜面上，固定着宽L=0.25m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和变阻器.电源电动势E=12V，内电阻r=1.0Ω.一质量m=20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好，导轨与金属棒的电阻不计，整个装置处于磁感应强度B=0.80T、垂直于斜面向上的匀强磁场中.若金属导轨是光滑的，取g=10m/s2,且已知sin37°=0.60，cos37°=0.80.要保持金属棒静止在导轨上.求：

（1）回路中电流的大小；

（2）滑动变阻器接入电路的阻值.

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线圈

2．工作原理：

磁场的方向总沿着半径方向均匀辐射地分布，

在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是相等的，保证B

的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈垂直．

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

越大，螺旋弹簧的形变也就越大．I与指针偏角θ成正比，表盘刻度均匀．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：

优点是精确度高，能测出很弱的电流。

缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．

针对练习

13.在倾角θ=30°的斜面上,固定一金属框,宽L=0.25m,接入电动势E=12V,

内阻不计的电池,垂直框面放有一根质量m=0.2kg的金属棒ab,它与框架

的动摩擦因数μ=

整个装置放在磁感应强度B=0.8T,垂直框面向上的

匀强磁场中,如图所示.当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时,可使

金属棒静止在框架上?

框架与棒的电阻不计,g取10m/s2.

14.如图所示，PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨，相距1m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝0.2kg，棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体的质量M＝0.3kg，棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5，匀强磁场的磁感应强度B＝2T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？

方向如何？

（g＝10m/s2）

知识提醒

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．

2．由定义式B＝

计算B时，通电导线必须垂直于磁场；若通电导线平行放入磁场，则不受安培力，但不能说该处磁感应强度为零．

3．匀强磁场：

磁感应强度大小和方向处处相同，磁感线互相平行且等距．

4．磁感应强度B与电场强度E的比较

磁感应强度B

电场强度E

物理意义

描述磁场的力的性质的物理量

描述电场的力的性质的物理量

定义式

B＝

，通电导线与B垂直

E＝

大小决定

由磁场决定，与检验电流无关

由电场决定，与检验电荷无关

方向

矢量

磁感线切线方向，小磁针N极受力方向

矢量

电场线切线方向，放入该点的正电荷受力方向

场的

叠加

合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和

合场强等于各个电场的场强的矢量和

6安培力的大小和做功情况分析

（1）．安培力公式的说明

①可把安培力公式写为F＝Bsinθ·IL（θ为B与I方向夹角），即相当于只有与L垂直的磁感应强度的分量对电流产生安培力．

②L是有效长度，即为在垂直磁感应强度方向的投影长度．

（2）．通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动

①确定研究对象，对研究对象进行受力分析．

②画出受力平面图．

③依据平衡条件或牛顿第二定律列方程．

（3）．安培力做功的实质：

能量的转化

①安培力做正功：

是将电源的电能转化为导线的动能或转化为其他形式的能．

②安培力做负功：

是将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能．

对应高考题鉴赏

15．（2010·上海高考）如图8－1－17，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.当在该导线中图8－1－17

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（　　）

A．0　　　　　　　　B．0.5BIl

C．BilD．2BIl

16．（2009·全国卷Ⅰ）如图8－1－18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，大小为（

－1）ILB

17．（多选）（2011·常州模拟）如图8－1－19所示，在倾角为α的

光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为L、质量为m的直

导线，当通以电流I时，欲使导线静止在斜面上，外加匀

强磁场B的大小和方向可能是（　　）

A．B＝

，方向垂直斜面向上

B．B＝

，方向垂直斜面向下

C．B＝

，方向竖直向上

D．B＝

，方向水平向左

答案

1答案：

A2答案：

C3答案：

A4答案：

甲：

左负右正，乙：

上正下负

5答案：

（1）左进右出；

（2）从上向下；（3）逆时针；（4）下进上出；（5）从下向上.

6答案：

B7答案D

8解析：

在原图示位置，由于磁感线与线圈平面垂直，因此

Φ1＝B1×S/2＋B2×S/2＝（0．6×1/2＋0．4×1/2）Wb=0．5Wb

当线圈绕OO/轴逆时针转过370后，（见图中虚线位置）：

Φ2＝B1×Sn/2＋B2×Sn/2＝B1×Scos370/2＋B2×Scos370/2＝0．4Wb

磁通量变化量ΔΦ=Φ2－Φ1＝（0．4－0．5）Wb=－0．1Wb

所以线圈转过370后。

穿过线圈的磁通量减少了0．1Wb．

9.解：

（1）

；

（2）

；

（3）

（4）

10解析：

杆的受力情况为：

答案：

AB

11.解析：

（1）对导体棒受力分析如图所示：

由平衡条件得

BIL＝mgtanθ

B＝

（2）设安培力方向与斜面夹角为α，对导体棒受力分析如图所示：

由平衡条件得

B′ILcosα＝mgsinθ解得：

B′＝

当α＝0°时，B′最小，其最小值为

B′min＝

由于安培力方向平行斜面向上，电流方向垂直纸面向里，由左手定则可判断磁场方向垂直斜面向上。

12.解：

（1）对金属棒受力分析，

对棒受力分析知：

，由于

，故解得

（2）由闭合电路欧姆定律：

，代入数据解得：

13答案1.6Ω≤R≤4.8Ω

14.解析：

导体棒ab受力如右图所示，由平衡条件：

FN＝mg①

BIL－Ff－Mg＝0②

又Ff＝μFN③

联立①②③得I＝2A，由左手定则知电流方向由a→b.

对应高考解鉴赏

15题析：

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F＝BIl，答案为C.

16.解析：

由左手定则及力的合成可知合力方向沿纸面向上，故知选项C、D错误．再由安培力公式F＝BIL可得合力大小为（

＋1）ILB，选项A正确，B错误．

17．解析：

导线在重力、支持力和安培力三力作用下平衡，当磁场方向垂直斜面向上时，安培力沿斜面向下，三力不可能平衡，A错；当磁场方向垂直斜面向下时，安培力沿斜面向上，则有mgsinα＝BIL，故B＝

，B项正确；当磁场方向竖直向上时，安培力水平向右，三力不可能平衡，C错；当磁场方向水平向左时，安培力竖直向上，则有mg＝BIL，即B＝

，故D正确．