专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力（讲）-2019年高考物理一轮复习讲练测 13页

‎ ‎ 第九章 磁场 ‎1.纵观近几年高考，涉及磁场知识点的题目年年都有，考查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次数最多，极易成为试卷的压轴题.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．磁感应强度、磁感线、安培力、洛伦兹力的理解及安培定则和左手定则的运用，一般以选择题的形式出现．‎ ‎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、现代科技等联系密切，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.‎ 第40讲 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力 ‎1.知道磁感应强度的概念及定义式，并能理解与应用.‎ ‎2.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.‎ ‎3.会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题．‎ 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、电流和运动电荷有磁场力的作用．‎ ‎(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向，或自由小磁针静止时北极的指向．‎ ‎2．磁感应强度 ‎(1)物理意义：描述磁场的强弱和方向．‎ ‎(2)大小： (通电导线垂直于磁场)．‎ ‎(3)方向：小磁针静止时N极的指向．‎ ‎(4)单位：特斯拉(T)．‎ ‎3．匀强磁场 ‎(1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场．‎ ‎(2)特点 匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线．‎ ‎4．磁通量 ‎(1)概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积．‎ ‎(2)公式：Φ＝BS.‎ 深化拓展　(1)公式Φ＝BS的适用条件：①匀强磁场；②磁感线的方向与平面垂直．即B⊥S.‎ ‎(2)S为有效面积．‎ ‎(3)磁通量虽然是标量，却有正、负之分．‎ ‎(4)磁通量与线圈的匝数无关．‎ 二、磁感线、通电导体周围磁场的分布 ‎1．磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的切线方向跟这点的磁场方向一致．‎ ‎2．条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布(如图所示)‎ ‎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，管内为匀强磁场且磁场最强，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，磁场越弱 安培 定则 立体图 横截面图 ‎4.磁感线的特点 ‎(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向．‎ ‎(2)磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏的地方磁场较弱．‎ ‎(3)磁感线是闭合曲线，没有起点和终点．在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极．‎ ‎(4)同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切．‎ ‎(5)磁感线是假想的曲线，客观上不存在．‎ 三、安培力、安培力的方向　匀强磁场中的安培力 ‎1．安培力的大小 ‎(1)磁场和电流垂直时，F＝BIL.‎ ‎(2)磁场和电流平行时：F＝0.‎ ‎2．安培力的方向 ‎(1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．‎ ‎(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I决定的平面．‎ 考点一 安培定则的应用和磁场的叠加 ‎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的磁场时应分清“因”和“果”.‎ 原因(电流方向)‎ 结果(磁场绕向)‎ 直线电流的磁场 大拇指 四指 环形电流的磁场 四指 大拇指 ‎2.磁场的叠加 磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解．‎ 特别提醒：　　两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1．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．在进行磁感应强度的叠加时，应注意是哪个电流产生的磁场，磁场方向如何．‎ ‎2．不同情况下安培定则的应用 安培定则(右手螺旋定则)‎ 作用 判断电流的磁场方向 内 容 具体情况 直线电流 环形电流或通电螺线管 条件(电流方向)‎ 大拇指指向电流的方向 四根手指弯曲方向指向电流的环绕方向 结果(磁场方向)‎ 四根手指弯曲方向表示磁感线的方向 大拇指指向表示轴线上的磁感线方向 牢记判断电流的磁场的方法——安培定则，并能熟练应用，建立磁场的立体分布模型．‎ ‎3．求解有关磁感应强度问题的关键 ‎(1)磁感应强度―→由磁场本身决定．‎ ‎(2)合磁感应强度―→等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)‎ ‎(3)牢记判断电流的磁场的方法―→安培定则，并能熟练应用，建立磁场的立体分布模型。‎ ‎（4）记住几种常见磁场的立体分布图 ‎①常见磁体的磁场 ‎②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 纵截面图 ‎★典型案例★如图所示，半径为的虚线圆上有一弦AB，弦长为，C为弦AB的垂直平分线与圆右侧的交点，现给ABC三点放置三个长度均为、方向与纸面垂直的直线电流，电流的大小相等，AB方向相同，B与C相反。已知直线电流在周围产生磁场的磁感应强度的表达式为，其中为常数， 为电流， 为空间某点到直线电流的距离。若A对B的磁场力大小为,则（ ）‎ A． B对C的磁场力大小为 B． A对C的磁场力大小为 C． C所受到的磁场力大小为 D． C所受到的磁场力大小为 ‎【答案】 C ‎【解析】设A、B的电流方向垂直纸面向里，C的电流方向垂直纸面向外，连接AC、AB，过C作AB的垂线CD，如图所示：‎ 由力的合成法得： ，C正确，D错误；选C.‎ ‎【点睛】三根导线通过的电流大小相等，距离相等，故三根导线之间的互相作用力都相等；对C受力分析，根据力的合成法求出C所受的合力.‎ ‎★针对练习1★如图所示，A、B、C是等边三角形的三个顶点，O是A、B连线的中点.以O为坐标原点，A、B 连线为x轴，O、C连线为y轴，建立坐标系.过A、B、C、O四个点各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等、方向向里的电流。则过C点的通电直导线所受安培力的方向为（ ）‎ A． 沿y轴正方向 B． 沿y轴负方向 C． 沿x轴正方向 D． 沿x轴负方向 ‎【答案】 B 考点：安培定则；左手定则 ‎【名师点睛】此题还可用这一规律判断：通电导线的电流方向相同时，则两导线相互吸引；当通电导线的电流方向相反时，则两导线相互排斥。‎ ‎★针对练习2★如图所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器-电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，若他测得CD段导线长度4×10-2m，天平（等臂）平衡时钩码重力4×10-5N，通过导线的电流I=0.5A由此，测得通电螺线管中的磁感应强度B为 A． 2.0×10-3T 方向水平向右 B． 5.0×10-3T 方向水平向右 C． 2.0×10-3T 方向水平向左 D． 5.0×10-3T 方向水平向左 ‎【答案】 A ‎【解析】天平平衡时，CD段导线所受的安培力大小为：F=mg；由F=BIL得： ；根据左手定则可知磁感应强度的方向向右，所以A正确、BCD错误．故选A．‎ 考点二 判断通电导体(或磁铁)在安培力作用下运动的常用方法 方法阐述及实例分析 具体方法 实例 分析 电 流 元 法 把整段电流等效分成很多电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向，注意一般取对称的电流元分析 判断能自由移动的导线运动情况 把直线电流等效为AO、BO两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向如图所示．可见，导线将沿俯视逆时针方向转动 特 殊 位 置 法 根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置 用导线转过90°的特殊位置(如图所示的虚线位置)来分析，判得安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动 等 效 分 析 法 环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁)，条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁 判断环形电流受到的安培力方向 把环形电流等效成如图所示右边的条形磁铁，可见两条形磁铁相互吸引，不会有转动．电流受到的安培力方向向左 结 论 法 ‎(1)两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥(2)两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势 判断光滑杆上的同向电流的运动方向 同向电流直接相吸，两个环形电流会相互靠拢 转 换 研 究 对 象 法 定性分析磁体在电流产生的磁场中受力方向时，可先判断电流在磁体磁场中的受力方向，然后再根据牛顿第三定律判断磁体受力方向 判断图中所示磁铁受到的地面摩擦力方向 电流受到的磁铁的作用力方向如图所示，所以反过来电流对磁铁的作用力方向斜向右下．可知地面对磁铁的作用力方向向左 ‎★典型案例★（多选）如图，台秤上放—光滑平板，其左边固定一挡板，—轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向如图所示电流后，台秤 数为F2,以下说法正确的是 A． 弹簧长度将变长 B． 弹簧长度将变短 C． F1>F2‎ D． F1