磁场对电流的作用.docx

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磁场对电流的作用

教学科目高三物理

授课老师陈树仁

学生张超洋

档案序号

个性化教学辅导方案

课时统计：

第（11）课时共（）课时授课时间：

2012年3月13日

教学

内容

磁场对电流的作用

教学

目标

1、知道电流周围存在磁场；

2、会用安培多则判断只直线电流、环形电流、通电螺线管的磁场；

3、理解磁场对电流的作用。

重点

难点

1、几种常见的电流的磁场；

2、磁场对电流的作用。

教

学

过

程

一、知识梳理

一、主要概念和规律

1、磁场的基本概念

（1）磁场

磁场：

存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质。

变化的电场也能产生磁场。

磁场的基本特性：

磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。

磁场的方向：

在磁场中任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向。

磁现象的电本质：

永久磁铁的磁场是磁体内分子电流产生的

电流的磁场是由形成电流的运动电荷产生的

磁体与磁体间、电流与电流间、磁体与电流间的相互作用都可归纳为运动电荷间的相互作用。

磁性材料分类：

顺磁性物质、抗磁性物质和铁磁性物质（强磁性）

奥斯特实验第一次指出电流也能产生磁场，为排除地磁场的影响，小磁针应处于南北指向位置，直导线中应通以南北方向的电流。

【例1】下列叙述正确的是：

（）

（A）安培假设中的分子电流是不存在；

（B）通电直导线周围的磁场是内部的分子电流产生的；

（C）软铁棒在磁场中被磁化是因为在外磁场作用下，软铁棒中分子电流取向变得大致相同；软铁棒中分子电流取向变得大致相同；

（D）软铁棒在磁场中被磁化是因为棒中分子电流消失

（2）磁感强度（B）

B：

是从力的角度描述磁场性质的矢量。

大小的定义式：

B=F/IL，式中的F为I与磁场方向垂直时的磁场力（此时的磁场力最大，电流I与磁场方向平行时，磁场力为零），l为通电导体的长度。

方向规定：

小磁针的N极所受磁场力的方向，即小磁针静止时N极的指向，也即磁场的方向。

单位：

T

【例2】有一小段通电导线，长为1cm，电流强度为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度B一定是

（A）B=2T（B）B2T（C）B2T（D）以上情况均有可能

【例3】在同一平面内，如图所示放置六根通电导线，通以相等的电流，方向如图。

则在a、b、c、d四个面积相等的正方形区域中，磁感线指向纸外且磁通量最大的区域是：

（A）仅在a区（B）仅在b区（C）仅在c区（D）仅在d区

（3）磁感线

在磁场中画出一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的曲线方向，亦即该点的切线方向，都跟该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感线。

磁感线的疏密：

表示磁场的强弱，磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。

磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线。

在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极。

磁感线是为了形象描述磁场和电流的磁场中，磁感线在空间都是立体分布的，为了能正确地分析和解答各种磁场问题，不仅应熟悉条形磁体、蹄形磁体、直线电流、通电螺线管、磁电式电流计内的磁场、地磁场等几种典型磁场的磁感线分布，还要善于将磁感线分布的空间图转化为不同方向的平面图，如下视图、俯视图、侧视图、和相应的剖视图。

地磁场：

地球的磁场与条形磁体的磁场相似，其主要特点有三个：

1）地磁场的N极在地球南极附近、S极在地球北极附近；

2）2）地磁场的B的水平分量（Bx），总是从地球南极指

向北极，而竖直分量（By）则南北相反，在南北球竖直向

上，在北半球竖直向下；

3）在赤道平面内（即地磁场的中性面）上，距离地球表面相等的各点，磁感强度相等，且方向水平。

匀强磁场：

磁感强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。

匀强磁场中的磁感线是分布均匀、方向相同的平行直线。

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。

在应用安培右手定则，判定直线电流和通电螺线管（环形电流可视为单匝螺线宇航局）的磁场方向时，应注意分清“因”和“果”：

在判定直线电流的磁场方向时，大拇指指“原因-电流方向”；四指指“结果-磁场绕向”，在判定通电螺线管磁场方向时，四指指“原因-电流绕向”，大拇指指“结果-螺线管内部沿中心轴线的磁感线方向，即指螺线管的N极”。

【例4】如图所示，一束带电粒子沿水平方向平行地飞过静止小磁针的正上方时，磁针的南极向西转动，这一带电粒子束可能是：

（A）由北向南飞行的正离子束；（B）由南向北的正离子束；

（C）由北向南的负离子束；（D）由南向北的负离子束。

（4）磁通量（）

穿过某一面积（S）的磁感线条数。

=BScos，式中Scos为面积S在垂直于磁场方向的平面（中性面）上投影的大小。

在使用此公式时，应注意以下几点：

1）公式的适用条件：

一般只适用于计算平面在匀强磁场中磁通量；2）角的物理意义：

表示平面法线方向（n）与磁场方向（B）的夹角或平面（S）的夹角或平面中性面（oo）的夹角，如图所示，而不是平面（S）与磁场（B）的夹角（）。

因为+=90，所以磁通量公式还可以表示为=BSsin；3）是双向变量，其正负表示与规定的正方向（如平面法线的方向）是相同还是相反。

若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为1，反向磁感线条数为2，则磁通量等于穿过平面的磁感线的条数（磁通量的代数和）即=1-2。

【例5】如图所示，两个同平面、同圆心放置的金属圆环a和b，条形磁铁放在其中，通过两环的磁通量a、b相比较（A）a>b（B）a

2、磁场对电流的作用

（1）安培力

大小：

F=BILsin。

其中B为通电导线所在处的匀强磁场；I为电流强度；L为导线的有效长度；为B与I（或L）夹角；Bsin为B垂直于I的分量。

方向：

总垂直于B、I所决定的平面，即一定垂直B和I，但B与I不一定垂直。

故一般使用（电动机）左手定则判定安培力方向时，左手心应迎B的垂直于I的分量（B=Bsin）。

公式的适用范围：

一般只适用于匀强磁场；弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度，相应的电流方向由始端指向末端，因为任意形状的闭合线圈，其有效长度l=0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零。

安培力的做功特点：

可以做功，但起的是传递能量的作用。

与静摩擦力做功的作用有些相似。

【例6】如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，有一段弯成直角的金属导线abc，且ab=bc=l0，通有电流I，磁场的磁感应强度为B，若要使该导线静止不动，在b点应该施加一个力F0，则F0的方向为；B的大小为。

（2）通过线圈在磁场中的安培力矩

安培力矩的大小：

M=NBIS=NBISsin。

其中N为线圈的匝数，B为线圈所在处的匀强磁场，I为通过每一匝线圈的电流强度，S为线圈的面积，为线圈法向与磁场方向的夹角。

可见，当线圈平面与磁场方向一致时（即线圈法向与磁场方向夹角为90时），安培力矩最大，而当线圈平面与磁场方向垂直时（即线圈法向与磁场一致时），安培力矩最小。

公式的适用条件：

1）匀强磁场；2）转轴（oo）与B垂直，位置可以是任意的，而对于平行于B的任意转轴，安培力矩为零；3）任意形状的平面线圈，如三角形、圆形和梯形等；因为任意形状的平面线圈，都可以通过微元不视为无数矩形元组成的。

【例7】如图所示，半径为r的金属圆盘置于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盘面向下。

将盘心O和盘边缘接入电路后，通过电路的电流强度为I。

求圆盘受到的磁力矩。

（3）磁场对运动电荷的作用力（洛仑兹力）

大小：

f=qvBsin

方向：

f、v、B满足左手定则。

注意：

四指应指正电荷运动方向或负电荷运动的反方向；f既垂直v、B所决定的平面。

洛仑兹力的做功特性：

不做功

当带电粒子在匀强磁场中运动时，若v‖B，则带电粒子做匀速直线运动。

当带电粒子在匀强磁场中运动时，若vB：

则带电粒子满足的基本方程为

qvB=ma=m

由此可推导得

……①

……②

②式表明：

T与v、R无关，如回旋加速器；只与磁感强度、荷质比有关，如速率选择器、质谱仪等。

故有结论：

荷质比相同的带电粒子，在同样的匀强磁场中，T、f和相同。

注意：

当带电粒子在匀强磁场中做圆周运动时，带电粒子的动能Ek可写为

Ek=

课

堂

练

习

1、示波器的示波管荧光屏上有一条水平亮线，此亮线是管内电子

束自左向右的扫描线，若将一个U形磁铁按图示的方式沿水平方向靠

近屏，则扫描线将

（A）向上弯曲（B）向下弯曲（C）左边向上弯曲，右边向下弯曲

（B）（D）左边向下弯曲，右边向上弯曲

2、质量为m、带电量为q的粒子在洛仑兹力作用下，在匀强磁场中做匀速圆周运动，相当于一个环形电流，这个环形电流的强度大小

（A）与带电量成正比（B）与磁感应强度成正比

（C）与粒子的运动速率成正比（D）与带电粒子的质量m成反比。

3、一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，

粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段都可近似看成是圆

弧，由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小（带

电量不变），从图中可以确定：

（A）粒子从a到b，带正电（B）粒子从b到a，带正电

（B）（C）粒子从a到b，带负电（D）粒子从b到a，带负电。

4、两极板M、N相距为d，板长为5d，两板未带电，板间有垂直于纸面的匀强磁场，如图所示，一大群电子沿平行于板的方向从各个位置以速度v射入板间。

为了使电子都不从板间穿出，磁感应强度B的范围为_____（设电子量为e，质量为m）。

5、如图所示为氢原子的模型。

电子绕核做快速圆周运动，可等效为环形电流。

它产生一个磁场，用B0表示其磁感强度的大小。

现加一不变的强外磁场，其磁感强度大小用B表示，方向在图中垂直于纸面向里。

这时，环形电流在环内区域中的磁场和外加磁场叠加，叠加后的磁感强度大小用B表示。

已知电子的轨道半径不变，结论是

（A）B=B+B0；（B）B=B-B0；（C）B>B+B0；

（D）B=B-B0；（E）B+B0>B>B-B0

6、得出上题结论的原因是：

外加磁场后：

（A）洛仑兹力不做功，电子速率不变；（B）洛仑兹力沿半径向外，电子速率变大；

（C）洛仑兹力沿半径向外，电子速率变小；（D）洛仑兹力沿半径向里，电子速率变小；

（E）洛仑兹力沿半径向外，电子速率变大

课

后

作

业

1．如图4-1所示，abc是弯成直角的导线，

，

，通以电流I，并放在和均匀磁场

垂直的平

面内，则导线所受到磁场力为[]

（A）

；（B）

；（C）

；（D）

。

2．

两个在同一平面内的同心圆线圈，大圆半径为R，通有电流I1，

小圆半径为r，通有电流I2，电流方向如图4-2所示，且

，

那么，在小线圈从图示位置转到两线圈平面相互垂直位置的过程

中，磁力矩所作的功A为[]

（A）

；（B）

；

（B）（C）

；（D）

。

3．如图4-3所示，平行放置在同一平面内的载流长直导线，要使

AB导线受的安培力等于零，则

的值为[]

（A）

；（B）

；（C）

；（D）

。

4．如图4-4，匀强磁场中有一矩形通电线圈，它的平面与磁场平行，在磁场作用下，线圈发生转动，其方向是[]

（A）ab边转入纸内，cd边转出纸外；

（B）ab边转出纸外，cd边转入纸内；

（C）ad边转入纸内，bc边转出纸外；

（D）ad边转出纸外，bc边转入纸内。

课

后

小

结

本节课知识传授完成情况：

完全能接受□部分能接受□不能接受□

学生的接受程度：

很积极□比较积极□一般□不积极□

学生上次的作业完成情况：

数量%完成质量：

优□良□中□

下节课的教学内容：

备注

核查

时间

教研组长

核查

教学主任

核查