磁场对电流的作用1.docx

1、磁场对电流的作用1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

2、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级要求对匀强磁场中的安培力则作了级要求，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，新课标考纲删除了磁性材料，分子电流假说，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：磁极周围有磁场。电流周围有磁场（奥斯特）。变化的电场在周

3、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

4、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（ ）向右飞行的负离子 向左飞行的负离子向右飞行的正离子 向左飞行的正离子A B C D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规律总结电流的方向是规定正电荷

5、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；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

6、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：磁感线的疏密表示磁场的 。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。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，

7、也叫右手螺旋定则。 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 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NS，磁体内SN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

8、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表示定义式：

9、。方向：磁感应强度B的方向与该处 方向，与小磁针静止时 极受力方向相同单位：在国际单位制中是 ，简称 ，符号 ，（1T=N/Am）物理意义：磁感应强度B是表示磁场 的物理量、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

10、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BB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DB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

11、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；090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，

12、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、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、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）。、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

13、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

14、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

15、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的大小和方向正确的是（ ）A.，方向垂直斜面向下 B.，方向垂直斜面向上C，方向垂直斜面向下 D，方向垂直斜面向上解

16、析：通电导体的受力分析如图11-1-6所示，根据受力平衡力的条件分析可知，由于支持力与重力的合力沿斜面向下，因此电流所受安培力的方向要沿斜面向上，由左手定则可知磁感应强度方向垂直斜面向上安培力的大小要与重力沿斜面方向的分力大小相等，则要有答案： 规律总结在分析通电导体在磁场中的受力平衡问题，一定要注意力学规律的综合应用，如力的平行四边形法则、力的三角形法则和力的正交分解罚，因为安培力作用下的平衡问题实质上就是一个力学问题，只不过多了一个安培力而已考点五、安培力作用下物体运动方向的判断安培力作用下通电导体运动方向的判断常用方法有：1等效法：适用于环形电流和通电螺线管与磁体或电流之间的安培力及运动

17、方向的判断因环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，同样条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，从而转化为磁体与磁体之间或电流与电流之间的作用，进而判断其运动方向2特殊位置法：适用于磁感线为曲线型的非匀强磁场中导体安培力方向及运动方向的判断具体方法为：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置（如转过90），再根据左手定则判断安培力方向，从而确定运动方向特别提醒：在分析直线电流之间的安培力及运动方向时可采用以下结论：（1）当两电流相互平行且无转动趋势时，则同向电流相互吸引，反向电流相互排斥，（2）当两电流不平行时，则有转动到相互平行且使电流方向相同的趋势例7 如图11-2-7所示，把轻质线圈用细

18、线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面，当线圈内通过图示的方向的电流时，线圈将怎样运动？解析：环形线圈可等效为一薄磁体处理，由安培定则可知，图中的环形线圈其左侧为S极，右端为N极，由磁体相互之间的作用可知两者彼此吸引，故线圈将向磁铁靠拢同理：也可视磁体为环形通电线圈，即把磁体等效为与线圈通有同向电流的线圈，而同向电流相互吸引，故两者彼此靠拢例8 如图11-2-8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 顺时针转动，同时下降 B 顺时针转动，同时上升C 逆时针转动，同时

19、下降 D 逆时针转动，同时上升解析：画出马蹄形磁铁的两条磁感线，在磁感线与电流相交处分别取一小段电流，如图11-2-8中的BC、AD两段，由左手定则可知，AD段受安培力垂直纸面向外，BC段受垂直纸面向里的安培力，故导线将绕轴线OO顺时针旋转（俯视）当导线转动90时（特殊位置法），由左手定则可知，导线受向下的安培力作用，所以导线在顺时针转动的同时还向下运动，即正确案答为A 规律总结在分析安培力作用下通电导体运动方向的判断时，通常情况下利用等效的方法，即可将电流等效为磁铁，然后根据磁场的相互作用规律进行分析二、高考热点探究安培力的综合应用本章节中在高考中常考的热点是安培力，该知识点在高考中常与电磁

20、感应、力学和运动学结合起来考查，所涉及的知识点有运动学规律的应用、动量守恒、动能定理、牛顿二定律以及能的转化与守恒。真题 (2007海南高考)据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出设两导轨之间的距离m，导轨长5.0m，炮弹质量导轨上的电流I的方向如图11-1-9中箭头所示可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B2.0，方向垂直于纸面向里若炮弹出口速度为，求通过导轨的电流I忽略摩擦力与重力的影响解析 在

21、导轨通有电流时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为IwB ，设炮弹的加速度的大小为a，则有因而F=ma ，炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而，联立式得，代入题给数据得：答案 名师指引 本题综合考查了安培力、牛顿第二定律，及匀变速直线运动的规律结合高新或热点问题进行命题是当前的一大潮流虽然这些考题披上了新颖的外衣，但若仔细分析，则可以发现落角点实际上还是比较清晰这就要求考生在平时加强培养有效提炼信息、并将信息与基本物理原理相联系的能力 新题导练如图所示，固定的竖直光滑金属导轨间距为L，上端接有阻值为R的电阻，处在方向水平、垂直导轨平面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与下端固定的竖

22、直轻质弹簧相连且始终保持与导轨接触良好，导轨与导体棒的电阻均可忽略，弹簧的劲度系数为k初始时刻，弹簧恰好处于自然长度，使导体棒以初动能Ek沿导轨竖直向下运动，且导体棒在往复运动过程中，始终与导轨垂直（1）求初始时刻导体棒所受安培力的大小F；（2）导体棒往复运动一段时间后，最终将静止设静止时弹簧的弹性势能为Ep，则从初始时刻到最终导体棒静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？三、抢分频道限时基础训练（20分钟） 班级 姓名 成绩 1关于磁感应强度，下列说法中正确的是（ ）A由B=F/IL可知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明此处一定无磁场B通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强C在确定的

23、磁场中，同一点的B是确定的，不同点的B可能不同，磁感线密的地方B大些，磁感线疏的地方B小些D磁感应强度的方向总是与该处电流受力方向相同2如图1所示的四个实验现象中，不能表明电流能产生磁场的是（ ）A图甲中，导线通电后磁针发生偏转B图乙中，通电导线在磁场中受到力的作用C图丙中，当电流方向相同时，导线相互靠近D图丁中，当电流方向相反时，导线相互远离3（2008广东四校联考）关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是（ ）A磁感线总是从磁体N极出发到磁体S极终止B磁感线的疏密程度描述了磁场的强弱C磁场中某点磁场方向与可以自由转动的小磁针在该点静止时N极所指的方向相同D磁场中某处磁感应强度方向与通电导线在该

24、处所受的安培力方向相同4(2008年广州一摸)以下哪个图能正确反映通电直导线形成的磁场的磁感线分布和方向（ ）5一段长为l的通电直导线，设每米导线中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量都是q，设它们的定向移动速度大小为v.现加一匀强磁场，其方向垂直于直导线，磁感应强度为B，则磁场对这段导线的作用力为（ ）A.Bvql B.nqBl/v C.nqBlv D.qvBl/n 6（2007潮州二模）如图2所示，在两个倾角均为的光滑斜面上均水平放置一相同的金属棒，棒中通以相同的电流，一个处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B1，另一个处于垂直于斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B2，两金属棒均处于

25、静止状态，则B1、B2大小的关系为（ ）AB1B2=1cos BB1B2=1sinCB1B2= cos1 DB1B2= sin17如图3所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同.其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向内，每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用.则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法正确的是（ ）A.导线a所受合力方向水平向右 B.导线c所受合力方向水平向右C.导线c所受合力方向水平向左 D.导线b所受合力为零 8图4为一测定磁感应强度B的实验装置，天平右端挂一矩形线圈，其匝数为5匝，底边cd长2

26、0cm，放在待测匀强磁场中，设磁场方向垂直于纸面向里，当线圈中通入如图方向的电流I100mA时，天平平衡，如电流方向相反，则要在天平左盘加质量m82g砝码才能平衡，则磁感应强度B的量值为（）A 02T B 04T C 08T D 12T9如图5所示，带负电的橡胶环绕轴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极竖直向下 BN极竖直向上CN极沿轴线向左 DN极沿轴线向右10两条直导线相互垂直，如图6所示，但相隔一个小距离，其中AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图所示方向通入两条导线时，CD导线将（ ）A逆时针方向转动，同时离开导线ABB顺时针方向转动，同

27、时离开导线ABC逆时针方向转动，同时靠近导线ABD顺时针方向转动，同时靠近导线AB基础提升训练1如图11-1-11所示，小磁针可以自由转动，当电子由A不断运动到B的过程中，小磁针将（ ）A不动 BN极向纸里，S极向纸外旋转C向上运动 DN极向纸外，S极向纸里旋转2图11-1-12是一种利用电磁原理制作的一种充气泵的示意图，其工作原理类似打点计时器，当电流从电磁铁的a接线柱流入，吸引小磁铁向下运动时，下列选项中正确的是（ ）A电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极B电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极C电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极D电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极3、把电流强度

28、均为I，长度均为L的两小段通电直导线分别置于磁场中的1、2两点处时，所受磁场力的大小分别为F1和F2，已知1、2两点磁感应强度的大小B1B2，则（ ）AB1=F1/ILBB2= F2/ILCF1F2D以上都不对4在同一平面上有a、b、c三根等间距平行放置的长直导线，依次通有电流强度为1A、2A、3A的电流，各电流的方向如图11-1-13所示，则导线b所受的合力（ ）A合力为零 B方向向右C方向向左 D不能确定5如图11-1-14所示，在磁场中的同一位置，先后放入长度相等的两根直导线 a 和b，a、b导线的方向均与磁场方向垂直，但两根导线中的电流大小不同，下列图像中表示出导线所受的磁场力F与通过

29、导线电流强度I的关系a、b各自有一组F、I的数据，在图像中各描出一个点下列图像中正确的是（ ） 基础提升训练1（2008江苏南京）关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是（ ） A磁感线总是从磁体N极出发到磁体S极终止 B磁感线的疏密程度描述了磁场的强弱 C磁场中某点磁场方向与可以自由转动的小磁针在该点静止时N极所指的方向相同 D磁场中某处磁感应强度方向与通电导线在该处所受的安培力方向相同2如图11-1-15所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨区，在放电的过程中，两片云层的尖端之间形成了一个放电的通道，发现位于通道的正上方的小磁针N极转向里，S端向纸外，则关于A、B的带电情况下列说法中真确的是（ ）A带同种电荷 BA带正电 CB带负电 DA带负电3（2007南京调研）如图11-1-16所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B11T位于纸面内的细直导线，长L1m，通有I1A的恒定电流当导线与B成600夹角时，发现其受到的安培力为零则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2大小可能值（）A T B T C1 T D T4（2007上海调研）如图11-1-17，A为螺线管，B为铁芯，C为套在铁芯B上的绝缘磁环，现将A、B、C放置在天