高中物理必备知识点：磁感应强度相关 4页

二、安培力 磁感应强度 【要点导学】 1、本节学习磁场对通电导线的作用力(安培力)、磁感应强度的定义，通过本节学习求理 解磁感应强度 B 的定义及单位、知道匀强磁场及其磁感线分布特征、会用公式 F=BIL 解 答有 关问题、知道左手定则的内容，并会用它解答有关问题． 2、磁感应强度：将一小段通电直导线垂直磁场放置时，其受到的磁场力 F 与电流强度 I 成____、与导线的长度 L 成______，其中 F/IL 是与通电导线长度和电流强度都______的物理 量，它反映了该处磁场的______，定义 F/IL 为该处的___________.其单位为_______，方向 为该点的磁感线的_________,也是小磁针在该处静止时 N 极的_______。 3、匀强磁场：如果某个区域里磁感应强度大小_______，且______相同，这个区域里的磁 场叫做匀强磁场,匀强磁场的磁感线是一组平行 且________的直线．匀强磁场是一种理想化的模 型，大的异名磁极之间的磁场、通电螺旋管内部 （扣除边缘区域）的磁场可以近似看作匀强磁场 处理，如图 15-2-1 所示. 4、安培力的方向（左手定则）：当磁场与电 流垂直时，安培力、磁场、电流构成如图 15-2-2 的三维直角坐标系．当磁场方向与电流方向不垂 直时，安培力、磁场的垂直分量、电流构成如图 15-2-2 所示的三维直角坐标系．尽管磁场与电 流方向可以不垂直，但安培力肯总是直于电流方 向、同时也垂直于磁场方向，即垂直于_____方 向和_______方向所构成的平面． 5、安培力的大小：在匀强磁场中，通电导线受到的安培力的计算公式为____________．非 匀强磁场可以看成是很多个大小、方向不同的匀强磁场的组合，通电导线在非匀强磁场中受 到的安培力，是每一小段受到的安培力的合力． 【范例精析】[来源:Zxxk.Com] 例 1、一小段通电直导线放在空间某个区域中不受到安培作用，能否说导线所在的区域的 磁感应强度为零？ 解析： 根据安培力的计算公式 sinBILF  ，导致安培力等于零的可能有两种：（1） 该处的磁感应强度为零；（2）导线与磁感线平行  00 或 1800），因此不能肯定该处的磁感应 强度一定为零． 拓展： 在电场中某点电荷不受电场力，可以肯定该点的电场强度等于零；磁场力比电 场力复杂，通电导线与磁感线平行时是不受到安培力的，真实由于这一缘故，我们不能从安 培力为零来推证磁感应强度也一定为零． 例 2、 试用电流的磁场及磁场对电流的作用力的原理，证明通有同向电流的导线相互吸 引，通有异向电流的导线相互推斥力． 解析：如图 15-2-3 所示，研究 a 对b 的磁场力：（1） 根 图 15-2-1 图 15-2-2 据安培定则画出电流 a 在导线b 处产生的磁场分布图；（2）根据左手定则可知通电导线b 受到 的磁场力是向左的；（3）根据牛顿第三定律，可知通电导线 a 受到的磁场力是向左的，即通有 同向电流的平行导线相互吸引．同理可得通有异向电流的平行导线是相互推斥的． 拓展：两根平行的通电导线之间有力的作用，这是实验所证明的结论，通电导线之间的 作用力是通过磁场相互作用的．有些同学在研究两根导线之间的相互作用力时，同时画出两 根导线在空间产生的磁场是没有必要的，也是思路不清的表现，两根导线之间的作用是通过 各自的磁场对另一方作用的，不是两个磁场的相互作用。 例 3、如图 15-2-4 所示，质量为 m 的导体棒 AB 静止在水平导 轨上，导轨宽度为 L ，已知电源的电动势为 E ，内阻为 r ，导体棒 的电阻为 R ，其余接触电阻不计，磁场方向垂直导体棒斜向上与水 平面的夹角为 ，磁感应强度为 B ，求轨道对导体棒的支持力和摩 擦力． 解析：涉及安培力时的物体的平衡问题，通过对通电棒的受力分析，根据共点力平衡方 程求解．棒的受力分析图如图 15-2-5 所示[来源:Z§xx§k.Com] 由闭合电路欧姆定律 rR EI  ① 由安培力公式 BILF  ② 由共点力平衡条件 fF sin ③ mgFN  cos ④ 整理得 rR EBLf  sin ⑤ rR EBLmgN  cos ⑥ 拓展：本题是有关安培力的典型问题，必须作好受力 分析图，原题给出的是立体图是很 难进行受力分析，应画出投影图，养成良好的受力习惯是能力培养过程中的一个重要环节． 【能力训练】 1．关于磁感强度下列说法中正确的是【 】 （A）由 B=F/IL 知，磁场中某点的磁感强度的大小与 IL 的乘积成反比，与 F 成正比 （B）无论 I 的方向如何都可由 B=F/IL 求磁感强度的大小 （C）磁场中某处磁感强度方向与通电导线在该处的安培力的方向相同 （D）磁场中某点的磁感强度大小是由磁场本身因素决定的，而与有无检验电流无关 2 ． 磁 感 应 强 度 单 位 是 特 斯 拉 ， 1 特 斯 拉 相 当 于 【 】 [来源:学#科#网] (A) 1kg/A·s2 (B) 1kg·m/A·s2 （C）1kg·m2/s2 (D) 1kg·m2/A·s2 3．如图 15-2-6 所示,两根平行的直导线,通以大小相等、方向相反的电流，下列说法中正 确的是【 】 (A)两根导线之间不存在磁场[来源:Z&xx&k.Com] (B)两根导线之外不存在磁场 (C)两根导线之间存在磁场,方向垂直纸面向里 (D)两根导线之间存在磁场,方向垂直纸面向外 图 15-2-6 图 15-2-8 4．如图 15-2-7 所示，一根质量为 m 的金属棒 AC 用软线悬挂在磁感强度为 B 的匀强磁场 中，通入 A→C 方向的电流时，悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，可以采用的办法是【 】 (A)不改变电流和磁场方向，适当增大电流 (B)只改变电流方向，并适当减小电流 ( C)不改变磁场和电流方向，适当减小磁感强度 (D)同时改变磁场方向，并适当增大磁感强度 5．如图 15-2-8 所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线， 导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则【 】 (A)磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用 (B)磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用 (C)磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用 (D)磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用 6．一根导线长 0．2m，通以 3A 的电流，在磁场中某处受到的最大的磁场力是 6×10－2N， 则该处的磁感应强度 B 的大小是____T．如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的 B 的 大小是______T． 7．在赤道上，地球磁场磁感应强度的大小是 0.5×10－4T，则沿东西方向、长为 20m，通 有由西向东 30A 电流的水平导线，受地磁场作用力的大小为________，方向为________。 8．在磁感应强度 B＝0.3T 的匀强磁场中，放置一根长l ＝10cm 的直导线，导线中通过 I ＝2A 的电流.求以下情况，导线所受的安培力：(1)导线和磁场方向垂直；(2)导线和磁场方向 的夹角为 30°；(3)导线和磁场方向平行. 【素质提高】[来源:Zxxk.Com] 9．如图 15-2-9 所示，两根平行放置的长直导线 a 和 b 载有大小相同、方向相反的电流， a 受到的磁场力大小为 F1．当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a 受到磁场力大小变 为 F2，则此时 b 受到的磁场力大小变为 【 】 （A）F2 （B）F1-F2 （C）F1+F2 （D）2F1-F2 10．如图 15-2-10 所示, 在与水平 方向成 600 角的光 滑金 属导轨间连一电源, 在相距 1M 的 平行导轨上, 放一 重力为 3N 的金属棒 ab, 棒上通过 3A 的电流, 磁场方向竖直向上, 这时棒恰好静止. 求：(1) 匀强磁场的 B=?(2) ab 棒对导轨的压力多大? 二、安培力 磁感应强度 图 15-2-7 图 15-2-9 图 15-2-10 1．D 2．A 3．C 4．AD 5.A 6．1×10－1，1×10－1 7．3×10－2N 竖直向上 8．0.060N 0.030N 0 9．A 10．(1) 3 T (2) 6N.