高中物理 第三章 磁场 第一讲 磁场及其对电流的作用破题致胜复习检测 新人教版选修31.docx

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第一讲磁场及其对电流的作用

自主复习

知识点1磁场、磁感应强度

一、磁场

1.磁场的产生：

磁体或_________在其周围的空间产生磁场．

2.基本性质：

对放入其中的磁体、___________有力的作用．磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体和通电导体之间的相互作用都是通过磁场来完成的．

3.磁场的方向：

规定为小磁针静止时N极所指的方向．

二、磁感应强度

1.物理意义：

描述磁场______和_____的物理量．

2.大小：

_________.

3.单位：

_________，简称特，符号是T.

4.矢量性：

磁感应强度是_____，既有大小，又有方向．规定磁场中任意一点的小磁针静止时___极的指向为该点的磁场的方向．

知识点2磁感线、通电直导线和通电线圈周围磁场的方向

1.磁感线

在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的______方向跟该点的磁感应强度方向一致．

2.电流的磁场

（1）奥斯特实验：

奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了_________的联系．

（2）安培定则

①通电直导线：

用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟______的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是______的环绕方向．

②通电螺线管：

让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，______所指的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向．

3.几种常见的磁场

（1）常见磁体的磁场

（2）常见电流的磁场

通电直导线

通电螺线管

环形电流

安

培

定

则

立

体

图

横

截

面

图

知识点3安培力、安培力的方向

1.安培力的方向

（1）安培力：

通电导线在磁场中受到的力．

（2）左手定则：

伸开左手，让拇指与其余四指_____，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线垂直掌心进入，并使四指指向______方向，这时_____所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．

（3）两平行的通电直导线间的安培力：

同向电流互相______，异向电流互相________．

2．安培力的大小

当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，F＝___________，这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：

（1）当磁场与电流_____时，安培力最大，Fmax＝BIL.

（2）当磁场与电流______时，安培力等于零．

考点1电流的磁场及磁场的叠加问题深化

1.安培定则的应用：

在运用安培定则判定直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场时应分清“因”和“果”.

原因（电流方向）

结果（磁场方向）

直线电流的磁场

大拇指

四指

环形电流及通电

螺线管的磁场

四指

大拇指

2.磁场的叠加：

磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则．

例题：

若三根平行长直导线中通有大小相等、方向相同的电流，且分别垂直地通过一等边三角形ABC的三个顶点（如图所示），则在三角形的中心O处的磁感应强度大小为________．

【答案】0

考点2安培力作用下的运动、平衡问题

1.安培力作用下的物体平衡问题，解题步骤和共点力的平衡问题相似，一般是：

（1）先进行受力分析，画出受力分析图．

（2）根据共点力平衡的条件列出平衡方程进行求解．其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力．

2.安培力作用下的加速问题与动力学问题一样，关键是做好受力分析，然后根据牛顿第二定律求出加速度，最后利用运动学公式求解．

3.常见的还有安培力与闭合电路欧姆定律相结合的题目，解答时主要应用的知识有：

（1）闭合电路欧姆定律．

（2）安培力的公式F＝BIL及左手定则．

（3）物体的平衡条件、牛顿第二定律、运动学公式．

例题：

现把一个质量m＝0.04kg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R0＝2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2.已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：

（1）通过导体棒的电流；

（2）导体棒受到的安培力的大小；

（3）导体棒受到的摩擦力．

（3）导体棒所受重力沿导轨所在平面向下的分力F1＝mgsin37°＝0.24N，由于F1小于安培力，故导体棒受沿导轨所在平面向下的摩擦力Ff，如图所示，根据共点力平衡条件mgsin37°＋Ff＝F安，解得：

Ff＝0.06N.

【答案】

（1）1.5A

（2）0.3N（3）0.06N，方向沿导轨向下

考点3与安培力有关的力学综合问题

1.安培力的大小

安培力常用公式F＝BIL，要求两两垂直，应用时要满足：

（1）B与L垂直；

（2）L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度

如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度（如图所示），相应的电流方向沿L由始端流向末端．因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零．

2.通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路

（1）选定研究对象；

（2）变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I；

（3）列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解．

3.安培力做功的特点和实质

（1）安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关．

（2）安培力做功的实质：

起能量转化的作用．

①安培力做正功：

是将电源的能量传递给通电导线后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储存起来或转化为其他形式的能．

例题：

如图所示，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为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为（）

A.0B.0.5BIl

C.BIlD.2BIl

【解析】由安培定则可判断每段通电导线所受安培力的方向，如图所示，且有F1＝F2＝BIl，F1和F2之间的夹角α＝120°.所以V形通电导线受到的安培力大小F＝F1＝BIl，C正确．

【答案】C

巩固练习

1.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．靠近直导线，同时旋转90°

D．远离直导线，同时旋转90°

2.如图，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流：

a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为

、l和3l.关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是（）

A．a处的磁感应强度大小比c处的大

B．b、c两处的磁感应强度大小相等

C．a、c两处的磁感应强度方向相同

D．b处的磁感应强度为零

3.如图，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中的电流强度分别为I和2I，此时a受到的磁场力为F，若以该磁场力的方向为正，则b受到的磁场力为________；a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后，a受到的磁场力大小变为2F，则此时b受到的磁场力为___________.

参考答案与解析：

1.A

【解析】题图可等效为如图，所以线圈左、右两边所受安培力合力为零，由结论法及直线电流磁场的分布情况可知同向电流的吸引力大于反向电流的排斥力，即线圈所受安培力的合力向下，A对．

2.AD

【解析】由右手定则可以判断，a、c两处的磁场是两电流在a、c处产生的磁场相加，但a距离两导线比c近，故a处的磁感应强度大小比c处的大，A对；ｂ、c与右侧电流距离相同，故右侧电流对此两处的磁场要求等大反向，但因为左侧电流要求此两处由大小不同、方向相同的磁场，故b、c两处的磁感应强度大小不相等，B错；由右手定则可知，a处磁场垂直纸面向里，c处磁场垂直纸面向外，C错；b与两导线距离相等，故两磁场叠加为零，D对.

3.-F；-3F或5F