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第1课时磁场的描述磁场对电流的作用导学目标1.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.2.会计算电流在磁场中受到的安培力.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[基础导引]判断下列说法的正误(1)磁场和电场一样，是客观存在的物质．()(2)在地球北半球，地磁场的方向是向北且斜向下的．()(3)磁极与磁极、磁极与电流之间的相互作用是通过磁场发生的，而电流与电流之间的相互作用是通过电场发生的．()(4)磁场中某点的B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关．()(5)无论在何处，小磁针的指向就是磁场的方向．()(6)磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度B越大．()一、[知识梳理]1．磁场的特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有__________的作用．2．磁场的方向：小磁针静止时________所指的方向．3．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的________________．(2)大小：B＝________(通电导线垂直于磁场)．(3)方向：小磁针静止时________的指向．(4)单位：________，简称______，符号：______.4．磁通量(1)概念：在匀强磁场中，与磁场方向________的面积S和磁感应强度B的乘积．(2)公式：Φ＝________.(3)单位：1Wb＝________.二、磁感线、通电导体周围的磁场的分布[知识梳理]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________方向跟这点的磁感应强度方向一致．2．条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布(如图1所示)图13．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____与____磁铁的磁场相似，管内为____磁场且磁场____，管外为______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____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________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________，在磁感线较密的地方磁场________；在磁感线较疏的地方磁场较______．(3)磁感线是________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________、不________、不相切．(5)磁感线是假想的曲线，客观上不存在．思考：磁感线与电场线有什么相同点与不同点．三、安培力的大小和方向[基础导引]下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是()[知识梳理]1．安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，F＝______，这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：(1)当磁场与电流________时，安培力最大，Fmax＝BIL.(2)当磁场与电流________时，安培力等于零．2．安培力的方向(1)安培力：____________在磁场中受到的力．(2)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指________，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________的方向，这时________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．(3)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相______，异向电流互相________．思考：在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小就一定为零吗？考点一安培定则的应用和磁场的叠加考点解读1．高考对磁场基本知识的考查，往往同时考查多个方面，包括对磁感应强度的概念、安培定则的应用、磁场的叠加和磁感线的理解．难度以中低档题为主．解题的关键是复习中对基本概念与知识的正确理解与记忆．2．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3.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的磁感应强度图2图3叠加而成的．典例剖析例1(2011·大纲全国卷·15)如图2，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直，磁感应强度可能为零的点是()A．a点B．b点C．c点D．d点思维突破1．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．2．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．跟踪训练1(2011·新课标全国卷·14)为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()考点二安培力作用下导体运动情况的判定考点解读1．通电导体在磁场中的运动实质是在磁场对电流的安培力作用下导体的运动．2．明确磁场的分布和正确运用左手定则进行判断是解题的关键．典例剖析例2如图3所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面．当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是()A．线圈向左运动B．线圈向右运动C．从上往下看顺时针转动D．从上往下看逆时针转动思维突破判定安培力作用下导体运动情况的常用方法图4跟踪训练2如图4所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为FN1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是()A．FN1FN2，弹簧的伸长量减小B．FN1＝FN2，弹簧的伸长量减小C．FN1FN2，弹簧的伸长量增大D．FN1FN2，弹簧的伸长量减小考点三安培力的综合应用考点解读1．安培力的综合应用，一般有两种情形，一是安培力作用下导体的平衡和加速；二是与安培力有关的功能关系问题．安培力的综合应用是高考的热点，题型有选择题，也有综合性的计算题．2．处理这类问题，需弄清楚电流所在处的磁场分布情况．要做好受力分析，搞清物体的受力情况，然后利用牛顿运动定律或者功能关系求解，在受力分析时，有时要把立体图转换成平面图，转换时要标明B的方向，以有利于确定安培力的方向．3．安培力大小的计算公式F＝ILB是在磁感应强度B与电流I垂直情况下的结果；式中L是有效长度，对通电直导线，是导线在磁场中的那段长度；对弯曲导线，当导线所在平面与磁场方向垂直，且磁场为匀图6图7图8强磁场时，L等于弯曲导线两端点连接直线的长度，如图5所示，相应的电流方向沿L由始端流向末端．图5典例剖析例3如图6所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B＝0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E＝4.5V、内阻r＝0.50Ω的直流电源．现把一个质量m＝0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0＝2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2.已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力．思维突破求解通电导体在磁场中的力学问题的方法：(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，画出平面受力分析图，判断安培力的方向时切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意F安⊥B、F安⊥I；(3)根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程式进行求解．跟踪训练3倾角为α的导电轨道间接有电源，轨道上放有一根静止的金属杆ab.现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图7所示，磁感应强度B逐渐增加的过程中，ab杆受到的静摩擦力()A．逐渐增大B．逐渐减小C．先增大后减小D．先减小后增大11.导体变速运动时的安培力分析例4(2010·四川理综·20)如图8所示，电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上，两相同的金属导体棒a、b垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好，匀强磁场垂直穿过导轨平面．现用一平行于导轨的恒力F作用在a的中点，使其向上运动．若b始终保持静止，则它所受摩擦力可能()A．变为0B．先减小后不变C．等于FD．先增大再减小解析a棒向上运动的过程中产生感应电动势E＝Blv，则a、b棒受到的安培力大小F安＝IlB＝B2l2v2R.对a棒根据牛顿第二定律有F－mgsinθ－μmgcosθ－B2l2v2R＝ma，由于速度v增大，所以加速度a减小．当加速度a＝0时，v达到最大值vm，即a棒先做加速度逐渐减小的加速运动，然后以vm做匀速直线运动．对b棒根据平衡条件有mgsinθ＝Ffb＋B2l2v2R，当v增大时，Ffb减小；当vm＝mgsinθ·2RB2l2时，Ffb＝0；当v＝vm时，若棒b所受摩擦力仍沿斜面向上，则有Ffb先减小后不变．A、B正确．答案AB图9图10图12正本清源本题的易错点在于有同学认为棒b所受的摩擦力一定是先减小后增大，最后不变.这是没有结合棒a的运动情况而对b所受摩擦力作出分析.因为棒a的最终速度大小未知，所以就存在当棒a的速度达到最大速度时，棒b所受的摩擦力还可能沿斜面向上，在这种情况下，棒b所受摩擦力就是一直减小最后不变，即B选项；而如果当棒a的速度达到最大速度时，棒b所受的摩擦力恰好减小到0，这就是A选项.跟踪训练4如图9所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为圆弧的圆心．两金属轨道之间的宽度为0.5m，匀强磁场方向如图，大小为0.5T．质量为0.05kg、长为0.5m的金属细杆置于金属轨道上的M点．当在金属细杆内通以电流强度为2A的恒定电流时，金属细杆可以沿杆向右由静止开始运动．已知MN＝OP＝1m，则()A．金属细杆开始运动时的加速度大小为5m/s2B．金属细杆运动到P点时的速度大小为5m/sC．金属细杆运动到P点时的向心加速度大小10m/s2D．金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75NA组安培力的基本应用1.如图10，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB2．在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图11所示．过c点的导线所受安培力的方向()图11A．与ab边平行，竖直向上B．与ab边平行，竖直向下C．与ab边垂直，指向左边D．与ab边垂直，指向右边B组磁场的叠加及导体在安培力作用下运动情况的判定3.已知地磁场的水平分量为B，利用这一值可以测定某一弱磁场的磁感应强度，如图12所示为测定通电线圈中央一点的磁感应强度的实验．实验方法：①先将未通电线圈平面固定于南北方向竖直平面内，中央放一枚小磁针，N极指向北方；②给线圈通电，此时小磁针N极指北偏东θ角后静止，由此可以确定线圈中电流方向(由东向西看)与线圈中央的合磁感应强度分别为图13图14()A．顺时针；BcosθB．顺时针；BsinθC．逆时针；BcosθD．逆时针；Bsinθ4.如图13所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环，可沿轴线OO′自由转动，现通以图示方向电流，沿OO′看去会发现()A．A环、B环均不转动B．A环将逆时针转动，B环也逆时针转动，两环相对不动C．A环将顺时针转动，B环也顺时针转动，两环相对不动D．A环