6 磁　 场—2021届高中物理一轮复习暑假专题学案（选修3-1）

1、一轮复习暑假专题-选修3-1学案6磁场一、磁场的描述及磁场对电流的作用1.磁场、磁感应强度 (1)磁场a.基本性质:对放入其中的有力的作用,磁体、电流之间都是通过发生相互作用的。b.方向:所受磁场力的方向。(2)磁感应强度a.物理意义:表示的物理量。b.定义式:B=。单位:,简称,符号是。c.方向:的受力方向。2.磁感线 (1)定义:在磁场中画一些曲线,使曲线上任意点的方向都跟这点的磁感应强度方向一致,这样的曲线叫作磁感线。(2)磁感线的特点a.磁感线上某点的方向就是该点的磁场方向。b.磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱,在磁感线较的地方磁场较强;在磁感线较的地方磁场较弱。c.磁感线是曲线,没有

2、起点和终点。在磁体外部,从;在磁体内部,由。d.磁场的磁感线不中断、不相交、不相切。e.磁感线是假想的曲线,客观上不存在。3.几种常见磁场的特征 (1)常见磁体磁场分布规律常见磁体磁场分布图磁场分布规律条形磁铁磁体外部磁感线由N极到S极;磁体内部磁感线由S极到N极;越靠近磁体两端磁感线越密,磁感应强度越大蹄形磁铁磁体外部磁感线由N极到S极;磁体内部磁感线由S极到N极;越靠近磁体两端磁感线越密,磁感应强度越大;在平行两极所夹区域近似为匀强磁场地球地磁场的N极在地理南极附近,S极在地理北极附近;地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向地球北极,而竖直分量By在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地

3、面向下;在赤道平面上,距离表面高度相等的各点,磁感应强度相等,且方向水平向北(2)电流周围的磁场直线电流的磁场环形电流的磁场通电螺线管的磁场特点无磁极、非匀强,且距导线越远处磁场越弱环形电流的两侧是N极和S极,且离圆环中心越远,磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场最强,管外为非匀强磁场安培定则立体图横截面图4.安培力 (1)安培力的大小a.磁场和电流垂直时,F=。b.磁场和电流平行时,F=。(2)安培力的方向a.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,让从掌心进入,并使四指指向的方向,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。

4、b.安培力的方向特点:FB,FI,即F垂直于决定的平面。(B和I可以有任意夹角)答案：磁体或运动电荷(电流)磁场小磁针的N极磁场强弱和方向特斯拉特T小磁针N极切线切线密疏闭合N极指向S极S极指向N极BIL0磁感线电流 B和I二、磁感应强度的理解和磁场的叠加1.磁感应强度的理解(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,则其所受安培力为零,但不能说该处的磁感应强度为零。(3)磁感应强度是矢量,其方向为放入其中的小磁针静止时N极所指的方向。2.安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环

5、形电流的磁场时应分清“因”和“果”。磁场原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场拇指四指环形电流的磁场四指拇指3.磁场叠加问题的一般解题思路(1)确定磁场场源,如通电导线。(2)定位空间中需求解磁场的点,利用安培定则判定各个场源在这一点产生磁场的磁感应强度大小和方向,如图所示为M、N在c点产生的磁场。(3)应用平行四边形定则进行合成,如图中的合磁场。三、安培力大小的计算和方向的判断1.安培力的方向用左手定则判定,其方向既与磁场方向垂直,又与通电导线垂直,即F跟B、I所在的面垂直。但B与I的方向不一定垂直。具体有三种情况:(1)已知I、B的方向,可确定F的方向。(2)已知F、B的方向,且导

6、线的位置确定时,可确定I的方向。(3)已知F、I的方向时,磁感应强度B的方向不能确定。2.安培力的计算公式:F=BILsin (是I与B的夹角)。通电导线与磁场方向垂直时,=90,此时安培力有最大值;通电导线与磁场方向平行时,=0,此时安培力有最小值,F=0;090时,安培力F介于0和最大值之间。安培力公式适用于匀强磁场,对于非匀强磁场只是近似适用(如对电流元)。 四、安培力作用下的平衡问题通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型,该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成。这类题目的难点是题图具有立体性,各力的方向不易确定。因此解题时一定要先把立体图转化为平面图,通过受力分析

7、建立各力的平衡关系,如图所示。五、安培力与动量、能量的综合应用安培力与动量、能量的结合,解题步骤如下:(1)选取研究对象,明确它的运动过程。(2)分析研究对象的受力情况(若是立体图就改画成平面图)和各个力的做功情况、动量变化情况,特别是分析安培力的大小和方向,看安培力做正功还是负功,然后求各力做功的代数和。(3)明确初、末状态的动能。(4)列出关于动量、能量的方程以及其他必要的解题方程进行求解。判定安培力作用下导体运动情况的常用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

8、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课堂练习1.1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。在奥斯特实验中,将直导线沿南北方向水平放置,小指针靠近直导线,下列结论正确的是()。A.把小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针会转动B.把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针不会转动C.把小磁针平行地放在导线的下方,给导线通以恒

9、定电流,然后逐渐增大导线与小磁针之间的距离,小磁针转动的角度(与通电前相比)会逐渐减小D.把黄铜针(用黄铜制成的小指针)平行地放在导线的下方,通电后,黄铜针会转动2.(2018南昌新建二中调研)如图所示,两平行光滑金属导轨固定在绝缘斜面上,导轨间距为L,劲度系数为k的轻质弹簧上端固定,下端与水平直导体棒ab相连,弹簧与导轨平面平行并与ab垂直,直导体棒垂直跨接在两导轨上,空间存在垂直导轨平面斜向上的匀强磁场。闭合开关K后,导体棒中的电流为I,导体棒平衡时,弹簧伸长量为x1;调转图中电源极性使棒中电流反向,导体棒中电流仍为I,导体棒平衡时弹簧伸长量为x2。忽略回路中电流产生的磁场,则磁感应强度B

10、的大小为()。A.(x1+x2)B.(x2-x1) C.(x2+x1) D.(x2-x1)3.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中有两根竖直放置的平行粗糙导轨CD、EF,导轨上放一金属棒MN。现从t=0时刻起,给金属棒通以图示方向的电流且电流与时间成正比,即I=kt,其中k为常量,金属棒与导轨始终垂直且接触良好。下列关于金属棒的速度v、加速度a随时间t变化的关系图象,可能正确的是()。4.如图所示,在平面直角坐标系的第象限分布着非匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,沿y轴方向磁场分布是不变的,沿x轴方向磁感应强度与x满足关系B=kx,其中k是一恒定的正数,正方形线框ADCB边长为a,A处有一极小开口

11、AE,由粗细均匀的同种规格导线制成,整个线框放在磁场中,且AD边与y轴平行,AD边与y轴的距离为a,线框A、E两点与一电源相连,稳定时流入线框的电流为I,关于线框受到的安培力情况,下列说法正确的是()。A.整个线框受到的合力方向与BD连线垂直B.整个线框沿y轴方向所受合力为0C.整个线框在x轴方向所受合力为ka2I,沿x轴正向D.整个线框在x轴方向所受合力为ka2I,沿x轴正向一轮复习暑假专题-选修3-1学案6磁场参考答案1.C 将小磁针放在导线的延长线上,通电后,小磁针不会转动,A项错误。把小磁针平行地放在导线的下方,在导线与小磁针之间放置一块铝板,通电后,小磁针仍然会转动,B项错误。把小磁

12、针放在导线下方,给导线通以恒定电流,导线周围存在磁场,距导线越远,磁场越弱,小磁针转动的角度(与通电前相比)越小,C项正确。黄铜针没有磁性,不会转动,D项错误。2.D 由平衡条件有mgsin =kx1+BIL,调转题图中电源极性使棒中电流反向,由平衡条件有mgsin +BIL=kx2,联立解得B=(x2-x1),D项正确。3.D 从t=0时刻起,金属棒通以电流I=kt,由左手定则可知,安培力方向垂直纸面向里,使其紧压导轨,导致金属棒在运动过程中,所受到的摩擦力增大,所以加速度在减小;当滑动摩擦力小于重力时速度与加速度方向相同,所以金属棒做加速度减小的加速运动;当滑动摩擦力等于重力时,加速度为零,此时速度达到最大;当安培力继续增大时导致加速度方向竖直向上,则出现加速度与速度方向相反,因此金属棒做加速度增大的减速运动。v-t图象的斜率绝对值表示加速度的大小,A、B两项错误。对金属棒MN,由牛顿第二定律得mg-FN=ma,而FN