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第一单元磁场安培力第1课时磁场及描述选修3-1第九章磁场基础回顾考点一磁场、磁感线(1)产生：磁场是一种物质，产生于________和________周围．(2)性质：磁场对放入其中的________或________有力的作用．(3)方向：规定磁场中任意一点的小磁针静止时________(或小磁针________)为该处磁场的方向．2．磁感线(1)概念：用来形象地描述磁场中任意点的__________而________的曲线．(2)特点：①是闭合曲线，在磁体外部是从__________极到________极，内部从________极到________极．②磁感线上每一点的________就是该点的磁场方向．③磁感线的________表示磁场的强弱．(3)两种常见的磁感线条形磁铁的磁感线和蹄形磁铁的磁感线如下图所示：3．电流磁场，安培定则用安培定则判断几种电流磁场(1)直线电流的磁场：用________握住导线，让伸直的________跟电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是________的环绕方向，如下图所示．(2)环形电流(或通电螺线管)的磁场：用________握住导线，让右手弯曲的四指跟电流的________一致，那么____________所指的方向就是环形导线中心轴上的磁感线方向(或通电螺线管的N极)，如下图所示．答案：1．(1)磁体电流(2)磁体电流(3)N极的指向N极受力的方向2．(1)磁场方向假想(2)①NSSN②切线方向③密疏3．(1)右手大拇指磁感线(2)右手环绕方向伸直的大拇指要点深化1．地磁场的认识地球的磁场(简称地磁场)与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个(1)地磁场的N极在地球地理的南极附近，地磁场的S极在地球地理的北极附近．(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向北极，而竖直分量(By)在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．(3)在赤道平面上，距地球表面等高的各点，磁感应强度大小相等，方向均水平向北．2．磁现象的电本质(1)永久磁铁的磁场是由磁体内的分子电流定向移动而产生的(安培分子电流假设)．(2)电流的磁场是由形成电流的运动电荷产生的(奥斯特的电流磁效应)．磁感线电场线不同点闭合曲线，外部从N→S，内部从S→N起始于正电荷，终止于负电荷相似点引入目的都是为了形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密都能定性描述场的强弱切线方向都是表示该点场的方向是否相交不能相交(电场中无电荷空间不相交)3．磁感线和电场线比较磁感线和电场线的疏密都能形象地表示相应场的强弱，但应注意：(1)只有在同一个图中才能根据磁感线或电场线的疏密判定各处相应场的强弱．(2)没有画出磁感线或电场线的地方并不表示那里没有磁场或电场存在．基础回顾考点二磁感应强度1．磁感应强度(1)物理意义：表示________强弱的物理量．(2)定义：在磁场中________磁场方向的通电导线，受到的安培力跟电流和导线长度的乘积的比值．(3)表达式：B＝__________.式中IL称为检验电流元，其意义是在磁场中某一点处垂直于磁感线的方向上，放置一电流强度为I、长度为L的通电导线，由于导线长度L极短，所以称为检验电流元．F为检验电流元IL在磁场中该点处所受到的磁场力大小．值得注意的是：磁感应强度B仅跟磁场本身特性有关，与IL和F无关．(4)磁感应强度B是__________，其方向为磁场中某点的磁感线的切线方向．(5)磁感应强度的单位是______，简称________，符号T，1T＝__________.2．匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小__________，方向________的磁场称为匀强磁场．(2)特点：①匀强磁场中的磁感线是疏密相同、方向相同的平行直线；②距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部的磁场(边缘部分除外)，都可以认为是匀强磁场．要点深化1．正确理解磁感应强度的公式B＝B＝是磁感应强度的定义式，式中的I一定要与B垂直．F与IL的比值反映了磁场本身的性质．就是说，在磁场中某处，垂直放入的通电导线的长度L改变，通入的电流I改变，则通电导线所受磁场力F也随之改变，但F与IL的比值并不改变．B虽然由的比值进行定义，但B和F、I、L并不存在比例关系和因果关系．通电导线只是研究磁场性质的“工具”，而磁场的性质显然与“工具”无关．这一点和我们研究电场时要引入“检验电荷”的目的是一样的．磁场中某点的磁感应强度B的大小，取决于产生磁场的磁体(或电流)以及该点在磁场中所处的位置．与磁体(或电流)距离越近，磁体的磁性(或电流)越大，磁感应强度B越大．磁感应强度B是矢量，其方向就是该点上小磁针北极的指向．当空间存在几个场源时，某点的磁感应强度B就是这几个场源单独存在时在该点所产生的磁感应强度叠加起来的矢量和．为了解题方便，也可以将某点的磁感应强度B按平行四边形定则进行分解．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物理意义描述磁场的力的性质的物理量描述电场的力的性质的物理量定义式B＝大小决定由磁场决定与检验电流无关由电场决定与检验电荷无关方向磁感线切线方向或小磁针N极受力方向电场线切线方向或放入该点正电荷受力方向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场强的矢量和单位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C注意：电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反，而磁感应强度的方向和电流受力方向垂直．题型一安培定则的应用例1：如右图所示，通电直导线AB、螺线管G、电磁铁D三者相距较远，它们的磁场互不影响．当电键S闭合后，则小磁针的北极N(黑色一端)指示出磁场方向正确的是()A．aB．bC．cD．d解析：先根据安培定则在图中画出有关磁场中经过小磁针的磁感线及其方向，即当开关S闭合后，对于通电直导线AB，根据安培定则确定，磁感线是以导线AB上各点为圆心的同心圆，且都在跟导线垂直的平面上，其方向是逆时针方向，显然磁针a标示的不对．对电磁铁D(与蹄形磁铁相似)，由安培定则确定，电磁铁的左端为N极，右端为S极，可见小磁针b标示正确．对通电螺线管G的磁感线及方向(与条形磁铁相似)，由安培定则确定，螺线管内的磁感线是由右指向左，外部的磁感线是由左向右，故c所示正确，d所示错误．因此答案为BC.答案：BC题型训练1.如图所示为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图．其工作原理类似打点计时器，当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是()A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极解析：当电流从a端流向电磁铁时，根据安培定则，判断出电磁铁的上端为S极，此时能吸引小磁铁向下运动，故说明小磁铁的下端为N极．答案：D题型二对磁感应强度叠加的理解在xOy坐标原点O处放置一根与坐标平面垂直的通电直导线，电流方向指向纸内(如下图所示)，此坐标范围内还存在一个平行于xOy平面的匀强磁场．已知在以直导线为圆心的圆周上的a、b、c、d四点上，a点的磁感应强度最大，则此匀强磁场的方向()A．沿x轴正方向B．沿x轴负方向C．沿y轴负方向D．沿y轴正方向解析：先根据安培定则确定通电直导线在圆周上的a、b、c、d四点上所产生的磁感应强度的方向，再根据矢量的合成法判断出结果，可知C选项正确．答案：C点评：本例考查根据平行四边形定则合成磁感应强度和运用安培定则来判断通电直导线形成的磁场在某处磁感应强度的方向．解题时应注意磁感应强度在某处的方向是以直导线为圆心的圆周在该处的切线方向．题型训练2.三根平行的长直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如右图所示，现在使每根通电导线在斜边中点O处所产生的磁感强度大小均为B.则O点实际磁感强度的大小和方向如何？解析：根据安培定则，I1和I3在O点处产生的磁感应强度方向相同，I2在O点处产生的磁感应强度方向与它们垂直，由大小均为B可知，O点处实际磁感应强度的大小，方向在三角形所在的平面内与斜边夹角θ＝arctan2.答案：方向在三角形所在的平面内与斜边夹角θ＝arctan2.警示不能正确运用安培定则进行分析如图甲所示，关于地磁场的起因，有人提出如下假说：地磁场是随绕地球的自转的电子的定向运动而引起的．则此假说中的电子运动方向应()A．沿纬线由东向西，如图(a)B．沿纬线由西向东，如图(b)C．沿经线由北向南，如图(c)D．沿经线由南刚北，如图(d)错解：利用安培定则，四指的方向与电流方向相同，故电子运动的方向沿纬线由东向西，故选A.有的同学还会错选C，认为电子运动的方向就是地磁场的方向．分析纠错：磁场的方向与电流的方向关系，要通过安培定则来判断．判断得出的电流方向如图(a)，但电子的方向与电流的方向相反，故应该选择B.电子运动的方向与地磁场的方向是不相同的，电子运动构成的环形面与磁场互相垂直．答案：B磁通量⑴定义：磁场中穿过磁场某一面积S的磁感线条数，用Φ表示；⑵计算公式：Φ＝BS；⑶单位：韦伯，符号Wb，1Wb＝1T·m2.说明：磁通量是标量，但有正负，其正负代表磁感线是正穿还是反穿，若正穿为正，则反穿为负．多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，而磁感线条数可表示磁通量的大小．F、B、I方向关系BIF示意图安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面左手定则：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平面内;让磁感应线从掌心进入,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遵循左手定则BIF再次提醒：一定要使用左手！IBFFIBFIBIBF二、安培力方向的判断FIBFIBααBBIFαBI30°FFIIIBBB二、安培力方向的判断问题：如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用请使用刚学过的知识解释本实验结果。同向电流相互吸引。反向电流相互排斥。结论:FFF同向电流F反向电流公式：F=ILBsinθθ表示磁场方向与电流方向间的夹角注：在中学阶段，此公式仅适用于匀强磁场问题1:若B与I不垂直时，F安与B和I方向关系可以概括为哪句话？这时左手定则对磁感应线有何要求？三、安培力的大小结论：F一定与B垂直，一定与I垂直。但B与I不一定垂直。问题2：F、B、I一定两两垂直吗？LF=BILF=BIL中的L为有效长度LL思考与讨论试指出下述各图中的安培力的大小。5、试画出下列各图中通电导体棒ab所受安培力的方向：课堂练习通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内，如图所示，ab边与MN平行．关于MN的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是()．A．线框有两条边所受的安培力方向相同B．线框有两条边所受的安培力大小相等C．线框所受的安培力的合力方向向左D．线框所受的安培力的合力方向向右如图所示，把一通电导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动．当导线通过电流I时，如果只考虑安培力的作用，则从上往下看，导线的运动情况是()．A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升图8－1－8例题：如图所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位置上，金属棒中通入由a到b的稳定电流I，这时两根细线被拉紧，现要想使两根细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法：()（A）适当增大电流I（B）将电流反向并适当改变大小（C）适当增大磁场（D）将磁场反向并适当改变大小ACabIA7、在赤道上空，水平放置一根通以由西向东的电流的直导线，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D、受到由西向东的安培力课堂练习12、如图所示，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