17磁场对电流的作用学生Word下载.docx

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1.奥斯特实验：

奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了电与磁的联系．

2．安培定则

（1）通电直导线：

用右手握住导线，让大拇指指向电流的方向，则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．

（2）通电螺线管：

让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向．

3．电流磁场的分布图

通电直导线

通电螺线管

环形电流

特点

无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱

与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场

环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱

安培定则

立体图

横截面图

纵截面图

4.匀强磁场

（1）磁感应强度大小处处相等，方向处处相同．

（2）磁感线的间距相等、相互平行且指向相同．

2．19世纪20年代，以塞贝克（数学家）为代表的科学家已认识到：

温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假设：

地球磁场是由绕地球的环形电流引起的．则该假设中的电流方向是（注：

磁子午线是地球磁场N极与S极在地球表面的连线）（　　）

A．由西向东垂直磁子午线

B．由东向西垂直磁子午线

C．由南向北沿磁子午线

D．由赤道向两极沿磁子午线

1.磁通量概念

在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积．

2．公式：

Φ＝B·

S.

3．单位：

1Wb＝1_T·

m2.

3.

图8－1－2

如图8－1－2所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面．若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为（　　）

A．πBR2　　　　　　B．πBr2

C．nπBR2D．nπBr2

安培力的大小和方向

1.

图8－1－3

安培力的大小

如图8－1－3所示：

（1）一般情况下：

F＝BILsin_θ，其中θ为B与导线方向间夹角．

（2）当磁场B与电流垂直时：

F＝BIL.

（3）当磁场B与电流平行时：

F＝0.

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．

（2）安培力的方向特点：

F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I决定的平面．

4．（2012·

银川一中模拟）在赤道上，地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×

10－5T．如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40m，载有20A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是（　　）

A．4×

10－8NB．2.5×

10－5N

C．9×

10－4ND．4×

10－2N

电流磁场的叠加和安培定则的应用

1.直流电流或通电螺线管周围磁场磁感线的方向都可以应用安培定则判定．

2．磁感应强度是矢量，叠加时符合矢量运算的平行四边形定则．

图8－1－4

（2012·

大纲全国高考）如图8－1－4，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流．a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是（　　）

A．O点处的磁感应强度为零

B．a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反

C．c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同

D．a、c两点处磁感应强度的方向不同

【即学即用】

图8－1－5

海淀区模拟）有两根长直导线a、b互相平行放置，如图8－1－5所示为垂直于导线的截面图．在图中所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两导线附近的两点，它们在两导线连线的中垂线上，且与O点的距离相等．若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I，则关于线段MN上各点的磁感应强度，下列说法中正确的是（　　）

A．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同

B．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反

C．在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零

D．在线段MN上只有一点的磁感应强度为零

安培力的受力分析和平衡问题

1.安培力常用公式F＝BIL，要求两两垂直，应用时要满足：

（1）B与L垂直．

图8－1－6

（2）L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度．

如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度（如图8－1－6所示），相应的电流方向沿L由始端流向末端．因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零．

2．解题步骤

（1）把立体图转化为平面图．

（2）根据左手定则确定安培力的方向．

（3）受力分析，画出安培力和其他力．

（4）根据平衡条件列出平衡方程．

图8－1－7

天津高考）如图8－1－7所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是（　　）

A．棒中的电流变大，θ角变大

B．两悬线等长变短，θ角变小

C．金属棒质量变大，θ角变大

D．磁感应强度变大，θ角变小

2．（2011·

上海高考）如图8－1－8所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中，当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ.则磁感应强度的方向和大小可能为（　　）

图8－1－8

A．z正向，

tanθ　　　　B．y正向，

C．z负向，

tanθD．沿悬线向上，

sinθ

安培力的综合应用

1.安培力问题的计算常和闭合电路欧姆定律相结合．

2．安培力和重力、弹力、摩擦力等综合分析，可以解决平衡问题，也可以和牛顿第二定律相综合．

图8－1－9

宝鸡模拟）如图8－1－9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．

图8－1－10

上海高考）载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为B＝kI/r，式中常量k＞0，I为电流强度，r为距导线的距离．在水平长直导线MN正下方，矩形线圈abcd通以逆时针方向的恒定电流，被两根轻质绝缘细线静止地悬挂，如图8－1－10所示．开始时MN内不通电流，此时两细线内的张力均为T0.当MN通以强度为I1的电流时，两细线内的张力均减小为T1，当MN内电流强度变为I2时，两细线内的张力均大于T0.

（1）分别指出强度为I1、I2的电流的方向；

（2）求MN分别通以强度为I1、I2的电流时，线框受到的安培力F1与F2大小之比；

（3）当MN内的电流强度为I3时两细线恰好断裂，在此瞬间线圈的加速度大小为a，求I3.

●磁感应强度的理解和磁感线

1．关于磁感应强度B，下列说法中正确的是（　　）

A．根据磁感应强度定义B＝

，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与I成反比

B．磁感应强度B是标量，没有方向

C．磁感应强度B是矢量，方向与F的方向相反

D．在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，不同点的磁感应强度B可能不同，磁感线密的地方磁感应强度B大些，磁感线疏的地方磁感应强度B小些

●安培定则和左手定则的应用

2．如图8－1－11所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同，其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向内．每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法中正确的是（　　）

图8－1－11

A．导线a所受合力方向水平向右

B．导线c所受合力方向水平向右

C．导线c所受合力方向水平向左

D．导线b所受合力方向水平向左

●磁通量的变化分析

图8－1－12

南京模拟）如图8－1－12所示，条形磁铁竖直放置，一水平圆环从磁铁上方位置Ⅰ向下运动，到达磁铁上端位置Ⅱ，套在磁铁上到达中部Ⅲ，再到磁铁下端位置Ⅳ，再到下方Ⅴ.磁铁从Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ过程中，穿过圆环的磁通量变化情况是（　　）

A．变大，变小，变大，变小

B．变大，变大，变小，变小

C．变大，不变，不变，变小

D．变小，变小，变大，变大

●安培力大小的计算

4．（2010·

上海高考）如图8－1－13所示，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60°

的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为（　　）

图8－1－13

A．0　　　B．0.5BIlC．BIlD．2BIl

●导体棒在磁场中的平衡问题

5．（2012·

西安高三学情调研）如图8－1－14所示，两根光滑金属导轨平行放置，导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中．金属杆ab垂直导轨放置，当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时，金属杆ab刚好静止．则（　　）

图8－1－14

A．磁场方向竖直向上

B．磁场方向竖直向下

C．金属杆ab受安培力的方向平行导轨向上

D．金属杆ab受安培力的方向平行导轨向下

针对A　对点训练——练熟基础知识

　磁感应强度及磁场的叠加

1．（多选）物理学中，通过引入检验电流来了解磁场力的特性，对检验电流的要求是（　　）．

A．将检验电流放入磁场，测量其所受的磁场力F，导线长度L，通电电流I，

应用公式B＝

，即可测得磁感应强度B

B．检验电流不宜太大

C．利用检验电流和运用公式B＝

只能应用于匀强磁场

D．只要满足长度L很短，电流很小，将其垂直放入磁场的条件，公式B＝

对任何磁场都适用

2．（单选）如图8－1－12所示，电流从A点分两路通过对称的环形分路汇合于B点，在环形分路的中心O处的磁感应强度为（　　）．

A．垂直环形分路所在平面，且指向“纸内”

B．垂直环形分路所在平面，且指向“纸外”

C．在环形分路所在平面内指向B

D．零

3．（单选）如图8－1－13所示，平行长直导线1、2通过相反方向的电流，电流大小相等．a、b两点关于导线1对称，b、c两点关于导线2对称，且ab＝bc，则关于a、b、c三点的磁感应强度B的说法中正确的是（　　）．

A．三点的磁感应强度相同

B．b点的磁感应强度最大

C．a、c两点的磁感应强度大小相同，方向相反

D．a点的磁感应强度最大

　安培力的大小及方向判断

4．（单选）如图8－1－14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．ab、bc和cd段的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°

.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．判断导线abcd所受到的磁场的作用力的合力，下列说法正确的是（　　）．

A．方向沿纸面向上，大小为（

＋1）ILB

B．方向沿纸面向上，大小为（

－1）ILB

C．方向沿纸面向下，大小为（

D．方向沿纸面向下，大小为（

－1）ILB

5．（单选）一段长0.2m、通有2.5A电流的直导线，在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况，正确的是（　　）．

A．如果B＝2T，F一定是1N

B．如果F＝0，B也一定为零

C．如果B＝4T，F有可能是1N

D．如果F有最大值，通电导线一定与B平行

6．（单选）如图8－1－15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

图8－1－15

D．以上说法都不对

7．（单选）如图8－1－16所示，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，导线中均通有大小相等的恒定电流，方向垂直纸面向里．过c点的导线所受安培力的方向是（　　）．

A．与ab边平行，竖直向上

B．与ab边平行，竖直向下

图8－1－16

C．与ab边垂直，指向左边

D．与ab边垂直，指向右边

　安培力作用下的平衡

图8－1－17

8．（2013·

云南一模）（单选）如图8－1－17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的大小为（　　）．

A.

（x1＋x2）B.

（x2－x1）

C.

（x2＋x1）D.

（x2－x1）

9．（多选）如图8－1－18所示，质量为M、长为L的直导线通有垂直纸面向外的电流I，被一绝缘线拴着并处在匀强磁场中，导线能静止在倾角为θ的光滑斜面上，则磁感应强度B的大小和方向可能是（　　）．

A．大小为

，方向垂直斜面向上

B．大小为

，方向垂直纸面向里

图8－1－18

C．大小为

，方向水平向右

D．大小为

，方向沿斜面向下

10．（单选）如图8－1－19所示，一水平导轨处于与水平方向成45°

角左上方的匀强磁场中，一根通有恒定电流的金属棒，由于受到安培力作用而在粗糙的导轨上向右做匀速运动．现将磁场方向沿顺时针缓慢转动至竖直向上，在此过程中，金属棒始终保持匀速运动，已知棒与导轨间的动摩擦因数为μ，则（　　）．

A．金属棒所受摩擦力一直在减小

B．导轨对金属棒的支持力先变小后变大

图8－1－19

C．磁感应强度先变小后变大

D．金属棒所受安培力恒定不变

图8－1－20

11．（2013·

河南名校联考）（单选）如图8－1－20所示，PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L＝1m．PM间接有一个电动势E＝6V，内阻r＝1Ω的电源和一只滑动变阻器，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝0.2kg，棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连，物体的质量M＝0.3kg.棒与导轨的动摩擦因数为μ＝0.5（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，导轨与棒的电阻不计，g取10m/s2），匀强磁场的磁感应强度B＝2T，方向竖直向下，为了使物体保持静止，滑动变阻器连入电路的阻值不可能是（　　）．

A．2ΩB．4ΩC．5ΩD．6Ω

12．（多选）光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，右端与半径为L＝20cm的两段光滑圆弧导轨相接，一根质量m＝60g、电阻R＝1Ω、长为L的导体棒ab，用长也为L的绝缘细线悬挂，如图8－1－21所示，系统空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5T，当闭合开关S后，导体棒沿圆弧摆动，摆到最大高度时，细线与竖直方向成θ＝53°

角，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态，导轨电阻不计，sin53°

＝0.8，g＝10m/s2则（　　）．

A．磁场方向一定竖直向下

B．电源电动势E＝3.0V

C．导体棒在摆动过程中所受安培力F＝3N

D．导体棒在摆动过程中电源提供的电能为0.048J

13．（2013·

重庆理综，7）小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验，其装置如图8－1－22所示．在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，此时电子测力计的读数为G1，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计．直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路，总阻值为R.若让铜条水平且垂直于磁场，以恒定的速率v在磁场中竖直向下运动，这时电子测力计的读数为G2，铜条在磁场中的长度为L.

（1）判断铜条所受安培力的方向，G1和G2哪个大．

（2）求铜条匀速运动时所受安培力的大小和磁感应强度的大小．

14．如图8－1－23所示，在倾角为θ＝30°

的斜面上，固定一宽L＝0.25m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R.电源电动势E＝12V，内阻r＝1Ω，一质量m＝20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好．整个装置处于磁感应强度B＝0.80T、垂直于斜面向上的匀强磁场中（导轨与金属棒的电阻不计）．金属导轨是光滑的，取g＝10m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：

（1）金属棒所受到的安培力的大小．

（2）通过金属棒的电流的大小．

（3）滑动变阻器R接入电路中的阻值．