《高考风向标》物理 第9章磁场 第1讲磁场磁场对电流的作用.docx

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《高考风向标》物理第9章磁场第1讲磁场磁场对电流的作用

第九章磁场

一、考纲要求

内　　容

要求

说明

1．磁场、磁感应强度、磁感线

2．通电直导线和通电线圈周围磁场的方向

3．安培力、安培力的方向

4．匀强磁场中的安培力

5．洛仑兹力、洛仑兹力的方向

6．洛仑兹力公式

7．带电粒子在匀强磁场中的运动

8．质谱仪和回旋加速器

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅰ

安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形

洛仑兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形

二、知识网络

第1讲磁场磁场对电流的作用

★一、考情直播

1．考纲解读

考纲内容

能力要求

考向定位

1．磁场、磁感应强度、磁感线

2．通电直导线和通电线圈周围磁场的方向

3．安培力、安培力的方向

4．匀强磁场中的安培力

1、理解磁感应强度的定义

2．理解磁感线的概念、基本性质以应用。

3．熟练掌握安培定则以及通电直导线和通电线圈周围磁场的方向的判断。

4．理解安培力并能运用左手定则判断安培力的方向。

考纲对磁场、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、安培力的方向均只作Ⅰ级要求．对匀强磁场中的安培力则作了Ⅱ级要求，故必须熟练掌握匀强磁场中安培力受力的分析、方向的判断及大小的计算．相比而言，新课标考纲删除了①磁性材料，②分子电流假说，③磁电式电表的原理．增加了通电直导线和通电线圈周围磁场的方向．对新增考点要引起注意．

2．考点整合

考点一磁场描述磁场的物理量

1、磁场

（1）磁场的产生

磁场是、或客观存在的一种客观物质，磁场的来源主要有：

①磁极周围有磁场。

②电流周围有磁场（奥斯特）。

③变化的电场在周围空间产生磁场（麦克斯韦）。

（2）磁场的基本性质

磁场对放入其中的和有磁场力的作用（对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线时不受磁场力作用）。

这一点应该跟电场的基本性质相比较。

（3）磁场的方向

对于磁场中某一点的方向是这样规定的：

小磁针在磁场中静止时极所指的方向就是该点的磁场方向，或者说是小磁针在磁场中静止时极的受力方向．

（4）磁极间的相互作用规律

同性相，异性相”（只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部）。

特别注意

对于通电螺旋管来说通电后相当于一条形磁铁，因此在分析条形磁铁的磁场性质时完全可以按条形磁铁的性质去分析，对于磁极间的相互作用规律在应用时，一定先要弄清楚是磁铁的内部还是磁铁的外部，因为在磁铁的内部它们的作用规律恰好与外部的作用规律相反。

另外在用下磁针来确定磁场中某一点的磁场方向时，一定要注意小磁针所处的状态是静止后N极所指的方向。

【例1】（07湛江二模）如图11-1-1所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针的正上方时，磁针的S极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是（）

①向右飞行的负离子②向左飞行的负离子

③向右飞行的正离子④向左飞行的正离子

A．①③B．②③C．①④D．②④

解析：

磁针的S极向纸内偏转，则N极向纸外偏转，即磁场的方向向外，根据安培定则可判断出电流方向水平向左．因此该带电粒子可能是向左飞行的正离子﹑或向右飞行的负离子．

答案：

C．

[规律总结]①电流的方向是规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，而负电荷定向移动的方向与电流的方向相反；②对该知识点最容易出错的地方是磁场方向的确定：

一定要强调小磁针在磁场中静止时N极所指的方向．

【例2】一小磁针静止在通电螺线管内部，螺线管通过如图11-1-2所示的电流，则下列说法中正确的是（）

A．螺线管左端是N极，小磁针左端也是N极

B．螺线管左端是S极，小磁针左端也是S极

C．螺线管左端是N极，小磁针左端是S极

D．螺线管左端是S极，小磁针左端是N极

解析：

通电螺线管相当于条形磁铁，现在小磁针位于磁铁的内部，在磁铁的内部，磁极间的相互作用规律与外部的姿极间的相互作用规律相反，在根据安培定则可知磁铁的左端为磁铁的N极，因此小磁针左端也是N极。

答案：

A

[规律总结]对于磁极间的相互作用规律在应用时，一定先要弄清楚是磁铁的内部还是磁铁的外部，不能对规律生搬硬套，否则会导致错误。

考点二、描述磁场的物理量

1、磁感线

（1）所谓磁感线，是在磁场中画出的一些有方向的曲线，使这些曲线上每一点的方向与该点的方向相同的曲线。

（2）磁感线的基本特性：

①磁感线的疏密表示磁场的。

②磁感线在空中不、不中断、是的曲线；在磁体部，从N极出发到指向S极；在磁体部，由S极指向N极。

③磁感线是为了形象描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不存在，不可认为有磁感线的地方才有磁场，没有磁感线的地方没有磁场。

（3）．安培定则：

表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则，也叫右手螺旋定则。

①通电直导线中的安培定则：

用手握住通电直导线，让大拇指指向的方向，那么四指的指向就是的环绕方向

②通电螺线管中的安培定则：

用手握住通电螺线管，使四指弯曲与方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的极

（4）．典型磁场的磁感线分布：

（4）、电场线与磁感线的异同点

电场线

磁感线

异

不封闭曲线；起于正电荷，终于负电荷．

封闭曲线；磁体外N→S，磁体内S→N．

同

1、假想曲线；2、不相交曲线

3、线的疏密表示场的强弱4、线上某点的切线方向为场的方向

特别提醒

磁感线是闭合的曲线，要值得提醒的是在磁铁的内部磁感线是从磁铁的N极指想S极，很多考生对这一点很容易出错，往往会受到磁铁外部磁感线分布情况的影响。

【例3】关于磁感线的概念和性质，下列说法中正确的是（　）

A．磁场中任意两条磁感线可能相交

B．磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强的方向

C．铁屑在磁场中分布所形成的曲线就是磁感线

D．磁感线总是从磁体N极出发指向磁体的S极

解析：

由磁感线的性质可知：

磁感线不是实际存在、是闭合曲线，在磁铁的外部磁感线由磁铁的N极指向S极，而磁体的内部磁感线由S极回到N极。

答案：

B。

[规律总结]对于一些基本规律除了要理解它的实质外，还要注意记住它的特殊情况，不要乱套原理或公式。

2、磁感应强度

①定义：

在磁场中于磁场方向的通电导线，所受的力（安培力）F跟电流I和导线长度L的IL的比值叫磁感应强度，用符号B表示．

②定义式：

。

③方向：

磁感应强度B的方向与该处方向，与小磁针静止时极受力方向相同．

④单位：

在国际单位制中是，简称，符号，（1T=N/A·m）

⑤物理意义：

磁感应强度B是表示磁场的物理量．

⑥、对B的定义式的理解：

比值F/IL是磁场中各点的位置函数，换句话说，在非匀强磁场中比值F/IL是因点而异的，也就是在磁场中某一确定位置处，无论怎样改变I和L，F都与IL的乘积大小成比例地变化，比值F/IL跟IL的乘积大小无关．因此，比值F/IL的大小反映了各不同位置处磁场的强弱程度。

所以说磁感应强度是磁场本身的一种属性，也就是说磁场某一点的磁感应强度取决于磁体本身，与外界因素无关．

特别提示

磁感应强度是磁场本身的一种属性，某处磁感应强度的大小完全由磁场本身来决定，而与外界因素无关，因此不能根据公式B=F/IL错误得说B与F成正比，与IL的乘积成反比。

【例4】关于磁场中某点的磁感应强度，下列说法正确地是（）

A．由B=F/IL可知，B与F成正比，与IL的乘积成反比

B．B的大小与IL的乘积无关，由磁场本身决定

C．长通电螺线管周围的磁场是匀强磁场

D．B的方向与通电导线的受力方向相同

解析：

磁场的感应强度取决于磁体本身，而长通电螺线管内部的磁场才是匀强磁场，磁感强度的方向与磁场的方向相同，故与通电导线受力的方向垂直．

答案：

B．

[规律总结]公式B=F/IL是磁场强度的定义式，而磁感强度是由磁场本身决定的，它与外界因素无关，也就是磁感强度是磁场的属性，这个性质与电场强度是电场本身的属性相同；另外磁场强度方向就是该点磁场强度的方向，这个方向恰好与磁感线上该点的切线方向和小磁针静止时N极所指的方向相同．还有对于每个物理量的定义式是不能谈比的。

考点三安培力、左手定则

1．安培力

（1）定义：

磁场对的作用力称为安培力，公式：

F=．

（2）.通电导线与磁场方向垂直时，即=900，此时安培力有最值；通电导线与磁场方向平行时，即=00，此时安培力有最值，Fmin=N；0°＜＜90°时，安培力F介于0和最大值之间。

L为导线的长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端；如图11-1-3所示，几种有效长度；

（3）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力.

2．安培力方向的判断

⑴、左手定则：

伸开左手，使大拇指与其余四个手指，并且与手掌在同一个平面上，把手放入磁场中，让磁感线穿过掌心，并且使四个手指指向的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中所受的方向．安培力方向既垂直于方向，又垂直于的方向．

⑵、用“同性相，异性相”（只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时）。

⑶、用“同向电流相，反向电流相”（反映了磁现象的电本质）。

可以把条形磁铁等效为长直螺线管（不要把长直螺线管等效为条形磁铁）。

3.右手螺旋定则（安培定则）与左手定则的比较

右手螺旋定则

左手定则

作用

判断电流的磁场方向

判断电流在磁场中的受力方向

内

容

具体情况

直线电流

环型电流或通电螺旋管

电流在磁场中

具体操作

大拇指指向电流的方向

四个手指弯曲的方向指向电流的环绕方向

磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流的方向

结果

四个手指弯曲的方向表示磁场线的方向

大拇指指向轴线上的磁感线方向

大拇指指向电流所受到的安培力的方向

特别提醒

在用公式BIL计算安培力时一定要明确该公式的适用条件,它是在I垂直于B的条件下才可使用,式中的L为有效长度。

当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。

[例5]如图11-1-4所示，三根通电直导线P、Q、R互相平行，通过正三角形的三个顶点，三条导线通入大小相等，方向垂直纸面向里的电流；通电直导线产生磁场的磁感应强度B=KI/r，I为通电导线的电流强度，r为距通电导线的距离的垂直距离，K为常数；则R受到的磁场力的方向是（）

A．垂直R，指向y轴负方向B．垂直R，指向y轴正方向

C．垂直R，指向x轴正方向D．垂直R，指向x轴负方向

[解析]根据右手定则可判断出P在R处的磁感应强度方向斜向右下，Q在R点的磁感应强度方向斜向右上，合场强方向水平向右，如图11-1-5所示．再用左手定则可判断R所受安培力方向竖直向下．

[答案]A

[规律总结]最容易混淆的是左、右手的使用．必须记清楚，只有在分析受力时才使用左手，其它情况（判断磁场方向、感应电流方向）均使用右手。

考点四、安培力作用下的平衡问题

特别提醒

当通电导体在磁场所受到安培力、重力等外力的合力为零时，它将处于平衡状态，实质上通电导体在磁场中的平衡问题的实质是就是力学的中的平衡问题，因此在分析通电导体在磁场中的平衡问题时其思路与方法与分析力学中的平衡问题是一样的．因此，力的平行四边形法则、共点力的平衡条件以及力的平衡特点依旧是分析通电导体在磁场中受力平衡问题的主要方法．

【例6】如图11-1-6所示，在倾角为

的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒．在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B