【物理】2019届一轮复习人教版磁场的描述磁场对通电导线的作用力学案

【物理】2019届一轮复习人教版磁场的描述磁场对通电导线的作用力学案

‎ ‎ 第37讲 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力 ‎ ‎★重难点一、对磁感应强度的理解★‎ ‎1．理解磁感应强度的三点注意事项 ‎(1)磁感应强度由磁场本身决定，因此不能根据定义式B＝认为B与F成正比，与IL成反比。‎ ‎(2)测量磁感应强度时小段通电导线必须垂直磁场放入，如果平行磁场放入，则所受安培力为零，但不能说该点的磁感应强度为零。‎ ‎(3)磁感应强度是矢量，其方向为放入其中的小磁针N极的受力方向，也是自由转动的小磁针静止时N极的指向。‎ ‎2．磁感应强度B与电场强度E的比较 磁感应强度B 电场强度E 物理意义 描述磁场强弱的物理量 描述电场强弱的物理量 定义式 B＝(L与B垂直)‎ E＝ 方向 磁感线切线方向，小磁针N极受力方向(静止时N极所指方向)‎ 电场线切线方向，正电荷受力方向 磁感应强度B 电场强度E 大小决定因素 由磁场决定，与电流元无关 由电场决定，与检验电荷无关 场的叠加 合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和 合电场强度等于各电场的电场强度的矢量和 ‎3地磁场的特点 ‎(1)在地理两极附近磁场最强，赤道处磁场最弱。‎ ‎(2)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近。‎ ‎(3)在赤道平面(地磁场的中性面)附近，距离地球表面相等的各点，地磁场的强弱程度相同，且方向水平。‎ ‎★重难点二、安培定则的应用与磁场的叠加★‎ ‎1．常见磁体的磁感线 ‎2．电流的磁场及安培定则 安培定则 磁感线 磁场特点 直线电流的磁场 无磁极、非匀强磁场，且距导线越远磁场越弱 环形电流的磁场 环形电流的两侧分别是N极和S极，且离圆环中心越远磁场越弱 通电螺线管的磁场 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场 ‎3．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 ‎4.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】‎ 解决磁场叠加问题应注意的三个要点 ‎(1)根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向。‎ ‎(2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向。‎ ‎(3)磁感应强度是矢量，多个通电导体产生的磁场叠加时，合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和。‎ ‎★重难点三、安培力的分析★‎ ‎1．判定导体运动情况的基本思路 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场磁感线分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。‎ ‎2．5种常用判定方法 电流元法 分割为电流元安培力方向→整段导体所受合力方向→运动方向 特殊位置法 在特殊位置→安培力方向→运动方向 等效法 环形电流小磁针条形磁铁通电螺线管多个环形电流 结论法 同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势 转换研究对 象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向 ‎★重难点四、安培力作用下的力电综合问题★‎ ‎1．正确掌握安培力的分析方法 ‎(1)若磁场和电流垂直：F＝BIL。‎ ‎(2)若磁场和电流平行：F＝0。‎ ‎(3)安培力的方向垂直于磁感线和通电导线所确定的平面。‎ ‎2．对有效长度的理解 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，安培力的作用点为等效长度的几何中心。‎ ‎3．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方程进行求解。‎ ‎4．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)安培力做功的实质是能量转化 ‎①安培力做正功时将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能；‎ ‎②安培力做负功时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。‎ ‎5．解题的一般步骤 ‎(1)确定研究对象。‎ ‎(2)将三维图变为二维，画出平面受力分析图。‎ ‎(3)列平衡方程、牛顿第二定律方程进行计算。‎ ‎(4)涉及功、能关系要用功的定义或动能定理 过关检测 一、选择题（本大题共8小题，每小题5分，共40分。在每小题给出的四个选项中. 1~6题只有一项符合题目要求；7~8题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）‎ ‎1．在地球赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以由西向东的直线电流，则此导线（ ）‎ A、受到竖直向上的安培力 B、受到竖直向下的安培力 C、受到由南向北的安培力 C、受到由西向东的安培力 ‎2．光滑的平行导轨（图中粗线）与电源连接后，倾斜放置，导轨上放一个质量为m的金属导体棒。通电后，导体棒电流垂直纸面向外，在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场，可以使导体棒静止平衡，下面四个图中分别加了不同方向的磁场，其中一定不能平衡的是（ ）‎ ‎3．如图所示，一个边长L、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中。若通以图示方向的电流(从A点流入，从C点流出)，电流为I，则金属框受到的磁场力的合力为 A. 0 B. ILB C. ILB D. 2ILB ‎4．如图所示，abcd四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L,0)，(L，L,0)，(L,0,0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流I，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是 A．ab边与bc边受到的安培力大小相等 B．cd边受到的安培力最大 C．cd边与ad边受到的安培力大小相等 D．ad边不受安培力作用 ‎5．通电闭合直角三角形线框abc处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，电流方向如图所示，那么三角形线框受到的磁场力的合力为( )‎ A.方向垂直于ab边斜向上 B.方向垂直于ac边斜向上 C.方向垂直于bc边向下 D.为零 ‎6．如图所示，一带负电的金属环绕轴以角速度匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是( )‎ A．N极竖直向上 B．N极竖直向下 C．N极沿轴线向左 D．N极沿轴线向右 ‎7．如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时 A．磁铁对桌面的压力增大 B．磁铁对桌面的压力减小 C．桌面受到向右的摩擦力作用 D．桌面受到向左的摩擦力作用 ‎8．如图所示，两根通电直导线用四根长度相等的绝缘细线悬挂于O、O＇两点，已知OO＇连线水平，导线静止时绝缘细线与竖直方向的夹角均为θ，保持导线中的电流大小和方向不变，在导线所在空间加上匀强磁场后绝缘细线与竖直方向的夹角均增大了相同的角度，下列分析正确的是（ ）‎ A．两导线中的电流方向一定相同 B．两导线中的电流方向一定相反 C．所加磁场的方向可能沿Z轴正向 D．所加磁场的方向可能沿y轴负向 θ 二、非选择题（本大题共2小题，每题10分，共20分）‎ ‎9．如图所示，电源电动势为3 V，内阻不计，导体棒质量60 g，长1 m，电阻1.5 Ω，匀强磁场竖直向上，B＝0.4 T．当开关S闭合后，棒从固定的光滑绝缘环的底端上滑到某一位置静止，试求在此位置上棒对每只环的压力为多少？若已知绝缘环半径0.5 m，求此位置与环底高度差为多少？‎ ‎10．如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，当线圈中通有电流I时，方向如图，在天平左右两盘各加质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡，当电流反向时（大小不变)，右盘再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡,试求（g=10m/s2）：‎ ‎（1)判定磁场的方向并推导磁感应强度的表达式 ‎（2)当L=0.1m； N=10； I=0.1A；m=9×10-3kg时磁感应强度是多少？‎ 参考答案 ‎1、A；2、C；3、B；4、B；5、D；6、C；7、BD；8、BC；‎ ‎9、【答案】0.2 m.‎ ‎【解析】以棒为研究对象，由于棒受力平衡：‎ 解得棒对每只环压力F′N＝FN＝0.5 N.‎ 又tanθ＝F/mg＝4/3，‎ 故h＝R(1－cosθ)＝0.2 m.‎ ‎10、【答案】（1) （2) 0.45T ‎【解析】（1）当B的方向垂直纸面向里，开始线圈所受安培力的方向向下，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向上，相当于右边少了两倍的安培力大小，所以需要在右边加砝码．则有，所以．‎ ‎（2）将数据L=0.1m；N=10；I=0.1A；m=9×10-3kg 代入可得