【物理】2020届一轮复习人教版磁感应强度磁场对通电导线的作用学案

【物理】2020届一轮复习人教版磁感应强度磁场对通电导线的作用学案

‎2　磁感应强度　磁场对通电导线的作用 ‎[学科素养与目标要求]　‎ 物理观念：1.知道什么是安培力，知道匀强磁场中影响通电导线所受安培力大小和方向的因素.2.理解磁感应强度B的定义式和物理意义.知道磁感应强度的单位，知道用磁感线的疏密程度可以形象地描述磁感应强度的大小.3.会用公式F＝BIL进行安培力的简单计算.‎ 科学思维：通过磁感应强度的定义，掌握用比值定义物理量的方法.‎ 科学态度与责任：1.了解电动机的工作原理，知道电动机在生产、生活中的应用.2.培养将物理学原理应用于实际生活的能力.‎ 一、安培力 ‎1.定义：通电导线在磁场中受的力称为安培力.‎ ‎2.把一段通电直导线放在磁场中，当导线方向与磁场方向垂直时，它所受的安培力最大；当导线方向与磁场方向一致时，导线不受安培力；当导线方向与磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和零之间.‎ ‎3.公式：F＝BIL(导体垂直磁场放置).‎ 二、磁感应强度 ‎1.定义：一段通电直导线垂直放在磁场中所受的安培力与导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，叫磁感应强度.‎ ‎2.定义式：B＝.‎ ‎3.单位：特斯拉，简称特，符号为T.‎ ‎4.B反映了磁场的强弱.‎ ‎5.磁感应强度是矢量，小磁针的N极在磁场中某点受力的方向，就是这点磁感应强度的方向.‎ 三、安培力的方向 ‎1.安培力的方向跟磁场方向和电流方向有关.‎ ‎2.左手定则：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.‎ 四、电动机 我们使用的电动机就是利用安培力来工作的.各种电动机都有定子和转子.‎ ‎1.判断下列说法的正误.‎ ‎(1)通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用.(　×　)‎ ‎(2)通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直.(　√　)‎ ‎(3)通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零.(　×　)‎ ‎(4)B＝只是定义式，磁感应强度是磁场本身的属性，与放不放通电导线无关.(　√　)‎ ‎2.把长‎0.10m的直导线全部放入匀强磁场中，保持导线和磁场方向垂直.已知磁场的磁感应强度的大小为5.0×10－3T，当导线中通过的电流为‎3.0A时，该直导线受到的安培力的大小是________N.‎ 答案　1.5×10－3‎ 一、磁感应强度 在利用如图装置进行“探究影响安培力大小的因素”实验时，我们更换磁性强弱不同的磁体，按实验步骤完成以下实验探究：‎ 保持I与L不变，按磁性从弱到强改换磁体，观察悬线摆动的角度变化，发现磁体磁性越强，悬线摆动的角度越大，表示通电导线受的安培力越大，力F与IL的比值越大，即B变大，这表示B能反映磁场的强弱.‎ ‎1.物理意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量.‎ ‎2.大小：当导线方向与磁场方向垂直时B＝.‎ ‎3.方向：磁感应强度的方向就是小磁针北极在磁场中某点受力的方向，也就是该处的磁场方向.‎ ‎4.描述：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向.‎ ‎5.匀强磁场 如果磁场中各处的磁感应强度大小和方向都相同，则该磁场为匀强磁场.‎ 例1　关于磁感应强度，下列说法中正确的是(　　)‎ A.由B＝可知，B与F成正比、与IL成反比 B.通电导线放在磁场中的某点，那点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，那点的磁感应强度就为零 C.通电导线所受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场 D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关 答案　D 解析　磁感应强度B＝只是定义式，而不是决定式，磁感应强度B是由磁场本身决定的，与有无导体放入其中无关，故A、B错误，D正确；当导线平行于磁场方向放置时，通电导体所受到的安培力为零，而此处的B≠0，故C错误.‎ ‎1.磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁场本身决定的，与磁场中是否引入电流无关，与引入的电流是否受力无关.‎ ‎2.在定义式B＝中，通电导线必须垂直于磁场方向放置.因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关，导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同.‎ ‎3.B的大小与F、I、L无关 通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，还可能是电流方向与B的方向在一条直线上造成的.‎ ‎4.磁感应强度B的大小反映了磁场的强弱，B越大，表示该点磁场越强，B的方向即该点磁场的方向，与安培力F的方向垂直.‎ 针对训练1　下列关于磁感应强度的说法正确的是(　　)‎ A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大 B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大 C.放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同 D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 答案　D 解析　因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电导线的受力及方向都无关，所以A选项错，D选项对；因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线的放置方向有关，故B选项错；虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大，与磁场平行时受磁场力为零)，C选项错.‎ 二、安培力的大小 ‎1.当B⊥I时，F＝BIL ‎2.当B∥I时，F＝0‎ ‎3.L指的是“有效长度”.弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图1所示)；相应的电流沿L由始端流向末端.‎ 图1‎ 例2　如图2所示，一段长为‎1m、质量为‎2kg的通电导体棒用两等长的悬线悬挂于天花板上.现加一垂直纸面向里的匀强磁场，当导体棒中通入I＝‎2A的电流时悬线的张力恰好为零.g＝‎10m/s2，求：‎ 图2‎ ‎(1)所加匀强磁场的磁感应强度B的大小；‎ ‎(2)如果电流方向不变，通入电流大小变为‎1A时，磁感应强度的大小为多少？此时一根悬线拉力大小又为多少？‎ 答案　(1)10T　(2)10T　5N 解析　(1)导体棒受力如图甲所示.由平衡条件得F安＝mg 又因F安＝BIL 所以B＝＝T＝10T.‎ ‎(2)因为磁感应强度是由磁场本身的性质决定的，所以电流变为‎1 A后，磁感应强度仍为10 T.‎ 设一根悬线的拉力为F，导体棒受力如图乙所示，‎ 由平衡条件得F＝＝＝5 N.‎ 针对训练2　一根长‎0.1m、通有电流‎1.8A的导线，放在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，受到的磁场力大小可能为(　　)‎ A.0.01‎NB.0.04NC.0.1ND.0.2N 答案　A 解析　当导线垂直于磁场放置时，受的磁场力最大Fm＝BIL＝0.036N，导线所受磁场力一定小于或等于0.036N，所以只有A正确.‎ 三、安培力的方向 ‎1.可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，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.安培力的方向与磁场方向有关，与电流方向也有关.安培力的方向既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，即垂直于磁场和电流所决定的平面.‎ 例3　(多选)如图表示的是磁场对通电直导线的作用，其中正确的是(　　)‎ 答案　AD 解析　根据左手定则，可以判断B中安培力方向向左，C中安培力方向向下，A、D正确.‎ 例4　(多选)如图3所示，甲图中两导线a、b电流方向相同，乙图中c、d电流方向相反，则(　　)‎ 图3‎ A.a、b两导线间的安培力使两导线相互吸引 B.a、b两导线间的安培力使两导线相互排斥 C.c、d两导线间的安培力使两导线相互排斥 D.c、d两导线间的安培力使两导线相互吸引 答案　AC 解析　先分析b所受安培力方向，b所在处a导线电流产生的磁场方向如图所示，由左手定则可判断b受到的安培力方向向左，同理可判断a受到的安培力方向向右，A项正确，B项错误；同理可判断C项正确，D项错误.‎ 电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁感线不一定垂直穿过手心.‎ ‎1.(磁感应强度)有关磁感应强度的下列说法中，正确的是(　　)‎ A.磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量 B.若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零 C.若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是 D.由定义式B＝可知，电流I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小 答案　A 解析　磁感应强度是用来描述磁场强弱的物理量，因此选项A正确；磁感应强度是与电流I和导体长度L无关的物理量，且B＝中的B、F、L相互垂直，所以选项B、C、D错误.‎ ‎2.(安培力的大小)下列关于通电直导线在匀强磁场中所受安培力的说法，正确的有(　　)‎ A.安培力的大小只跟磁场的强弱和电流大小有关 B.若导线受到的安培力为零，导线所在处的磁感应强度必为零 C.若安培力的方向与磁场方向垂直，磁场方向必与电流方向垂直 D.若某段导线在磁场中取某一方向时受到的安培力最大，此时导线必与磁场方向垂直 答案　D ‎3.(安培力的方向)某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系图如图所示，其中正确的是(　　)‎ 答案　D 解析　由于F、B、I三者的方向关系满足左手定则，由左手定则知，D正确，A、B错误；C图中，B与I平行，导线不受安培力，C错误.‎ ‎4.(安培力的计算)在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×10－5T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长‎40m，通有‎20A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是(　　)‎ A.4×10－8N B.2.5×10－5N C.9×10－4N D.4×10－2N 答案　D 解析　磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式F＝BIL来计算此安培力的大小，其大小为F＝BIL＝5×10－5×20×40N＝4×10－2N.‎