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8.1磁场的描述、磁场对电流的作用高三总复习选修3-1一、磁场的性质1.来源：2.基本性质：对放入磁场中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用．3.方向：磁场中某点的磁场方向为该点小磁针N极所受磁场力的方向，即小磁针(能自由转动）静止时N极所指的方向。磁体、电流（运动电荷）或变化的电场均可产生磁场磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围的一种特殊物质磁极与磁极、磁极和电流、电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来传递同向电流相吸，异向电流相斥②电流南北方向最明显①丹麦，奥斯特1820发现③东西方向不动，或拨一下转180意义：首次揭示电与磁的联系（电流磁效应）磁体能吸铁、钴、镍，不能吸铜、铝。BC1、如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与磁针指向平行，能使小磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能是（）A.向右飞行的正离子束B.向左飞行的正离子束C.向右飞行的负离子束D.向左飞行的负离子束2．(2009·重庆高考)在如图所示电路中，电池均相同，当开关S分别置于a、b两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小为fa、fb，判断这两段导线()A．相互吸引，fa＞fbB．相互排斥，fa＞fbC．相互吸引，fa＜fbD．相互排斥，fa＜fbD一、磁场的性质4．本质安培分子电流假说，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流——分子电流．分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于磁极①．磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动电荷引起的②．有磁必有电，有电不一定有磁静电场周围没没有磁二、磁场的描述（一）磁感应强度1、物理意义：描述磁场强弱的物理量定量描述磁感应强度定性描述磁感线2、大小：B＝____(通电直导线垂直于磁场)．FIL①比值定义：B由磁场本身决定，不随IL的变化而变化②B=只有通电导线与磁场垂直才有意义，F=0，B不一定为0FILB与I不垂直时，F≠BIL③B是矢量，方向：小磁针静止时N极所指的方向3、单位：特斯拉，符号T,1T＝1N/(A·m)4、定义式也适用非匀强磁场，此时L应很短，IL称电流元在磁场中人为地画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线．磁感线的疏密程度表示磁场的强弱（二）磁感线：1、磁场线是为了形象地描述磁场中各点磁场强弱和方向而引起的，假想的、实际不存在2、磁场线每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致3、磁感线的疏密程度表示磁场的强弱4、磁感线是闭合曲线外部N到S，内部S到N5、磁感线不能相交，也不能相切5、几种常见的磁场空间立体化，外部多少条，内部就用多少条条形磁铁：(1)磁体外部磁感线由N极到S极；(2)磁体内部磁感线由S极到N极；(3)越靠近磁体两端磁感线越密，磁感应强度越大蹄形磁铁：(1)磁体外部磁感线由N极到S极；(2)磁体内部磁感线由S极到N极；(3)越靠近磁体两端磁感线越密，磁感应强度越大；(4)在平行两极所夹区域近似为匀强磁场三、地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个(1)分布大致象条形磁铁，地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地理南极指向北极；而竖直分量(By)则南、北半球相反，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，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱相同，且方向水平向北(4)保护地球生命，射向地球的高速带电粒子不直接到达地球。四、电流周围的磁场分布①安培定则：右手握住直导线，大姆指方向与电流的方向一致，则弯曲四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．(1)直线电流的磁场立体图纵截面图②磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆③离电流越远，磁场越弱四、电流周围的磁场分布①安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向(2)环形电流的磁场立体图②环形电流的两侧是N极和S极纵截面图③地磁场可能与环形电流有关四、电流周围的磁场分布①安培定则：右手握住通电螺线管，四指方向跟电流方向一致，大姆指所指的方向为通电螺线管内部的磁感线方向．(3)通电螺线管的磁场立体图②与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场，内部磁场比管口大。匀强磁场：物理学中，把磁感线的间距相等、相互平行且指向相同的磁场叫做匀强磁场．3、如图所示,a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧,当这些小磁针静止时,小磁针N极的指向是（）A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左,b向右,c向右D．a向右,b向左,c向右C4、如图所示，M1与M2为两根原未被磁化的铁棒，现将它们分别放置于如图所示的位置，则被通电螺线管产生的磁场磁化后()A.M1的左端为N极，M2的右端为N极B.M1和M2的左端均为N极C.M1的右端为N极，M2的左端为N极D.M1和M2的右端均为N极A(2)磁场和电流平行时：F＝0.五、安培力1.安培力的大小(3)F＝BILsinθ(1)磁场和电流垂直时：F＝BIL(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I决定的平面．2.安培力的方向(1)用左手定则判定：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F⊥B，F⊥I，但B与I不一定垂直分解B或分解I都行B1B2B3、画出图中安培力的方向。FFFF×注:安培力的方向总与导线垂直,与磁感应强度垂直。4、画出图中通电导线棒所受安培力的方向。(3)F=BIL,L是有效长度，即垂直于磁感应强度方向的长度有效长度L等于始端流向末端的直线长度F＝BI·2RF＝0闭合导线有效长度L=0F＝BI·L25、[2009·全国卷Ⅰ]如图所示，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．导线ab、bc和cd段的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.通过导线的电流为I，方向如图中箭头所示．则导线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)BILB.方向沿纸面向上，大小为(2－1)BILC.方向沿纸面向下，大小为(2＋1)BILD.方向沿纸面向下，大小为(2－1)BILA四、磁电式电流表1．基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的线圈四、磁电式电流表2.工作原理3．优点：优点是精确度高，能测出很弱的电流(1)磁场方向沿半径方向均匀辐射分布，距轴线等距离处的B的大小总是相等的(2)导线受安培力作用，线圈转动，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力越大，螺旋弹簧的形变也越大(3)I与指针偏角θ成正比，表盘刻度均匀4．缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．6.如图所示，两个完全相同的通电圆环A、B，圆心O重合、圆面相互垂直的放置，通电电流相同，电流方向如图所示，设每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度都为B0，则O处的磁感应强度大小为()A．0B．2B0C.2B0D．无法确定C同向电流相互吸引，异向电流相互排斥两电流不平行有转动趋势变式：可自由移动的线圈B和一个和一个固定线圈A相互绝缘垂直放置且两个线圈的圆心重合，当两个线圈通过图示电流，从左向右看B将。顺时针转动7．(2011年江苏徐州模拟)如图所示，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，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后，线圈的运动情况()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A.电流元法等效法8.如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()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A9.在同一平面上有四根彼此绝缘的通电直导线，如图所示，四根导线中电流I4＝I3I2I1，要使O点磁场增强，则应切断哪一根导线中的电流()A.I1B.I2C.I3D.I4D10、如图甲所示，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，导线与磁场垂直，现给导线中通以垂直于纸面向外的电流，则下列说法正确的是()A.磁铁对桌面的压力减小B.磁铁对桌面的压力增大C.磁铁对桌面的压力不变D.以上说法都不可能A11、质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，如图所示，求棒MN受到的支持力和摩擦力．由平衡条件有水平方向：Ff＝Fsinθ，竖直方向：FN＝Fcosθ＋mg，且F＝BIL，从而得Ff＝BILsinθ，FN＝BILcosθ＋mg.12、如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一金属框，框宽l＝0.25m，接入电动势E＝12V、内阻不计的电池．垂直框面放有一根质量m＝0.2kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数μ＝66.整个装置放在磁感应强度B＝0.8T、垂直框面向上的匀强磁场中．当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围时，可使金属棒静止在框架上？(框架与棒的电阻不计，g取10m/s2)【答案】1.4Ω≤R≤8.2Ω13、在水平面上平行放置着两根长度均为L的金属导轨MN和PQ，导轨间距为d，导轨和电路的连接如图所示．在导轨的MP端放置着一根金属棒，与导轨垂直且接触良好．空间中存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B.将开关S1闭合，S2断开，电压表和电流表的示数分别为U1和I1，金属棒仍处于静止状态；再将开关S2闭合，电压表和电流表的示数分别为U2和I2，金属棒在导轨上由静止开始运动，运动过程中金属棒始终与导轨垂直．设金属棒的质量为m，金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ.忽略导轨的电阻以及金属棒运动过程中产生的感应电动势，重力加速度为g，求：(1)金属棒到达NQ端时的速度大小；(2)金属棒在导轨上运动的过程中，电流在金属棒中产生的热量．(1)2BdI2－μmgLm(2)I22U1I12LmBdI2－μmg[解析](1)当通过金属棒的电流为I2时，金属棒在导轨上做匀加速运动，设加速度为a，根据牛顿第二定律，BdI2－μmg＝ma设金属棒到达NQ端时的速度为v，根据运动学公式，v2＝2aL，由以上两式解得：v＝2BdI2－μmgLm.(2)当金属棒静止不动时，金属棒的电阻r＝U1I1，设金属棒在导轨上运动的时间为t，电流在金属棒中产生的热量为Q，根据焦耳定律，Q＝I22rt根据运动学公式，L＝v2t，将(1)的结果代入，解得Q＝I22U1I12LmBdI2－μmg.14、如图所示，金属棒AB的质量m＝5g，放置在宽L＝1m、光滑的金属导轨的边沿，两金属导轨处于水平平面内，该处有竖直向下B＝0.5特的匀强磁场。电容器的电容C＝200μF，电源的电动势E＝16V，导轨平面距地面高度h＝0.8m。在电键K与“1”接通并稳定后，再使它与“2”接通，则金属棒AB被抛到s＝0.064m的地面上，试求这时电容器上的电压。＝8V8V