第1講磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解磁場(chǎng)，掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念，了解磁感線。2.會(huì)用安培定則判斷電流周?chē)拇艌?chǎng)，并且會(huì)計(jì)算磁場(chǎng)的疊加。3.會(huì)計(jì)算安培力的大小及判斷安培力的方向。會(huì)分析安培力作用下的平衡問(wèn)題和加速問(wèn)題。eq\a\vs4\al(1.,,,)eq\a\vs4\al(2.,,,)1.思考判斷(1)磁場(chǎng)是客觀存在的一種物質(zhì)，磁感線也是真實(shí)存在的。()(2)磁場(chǎng)中的一小段通電導(dǎo)線在該處受力為零，此處磁感應(yīng)強(qiáng)度B不一定為零。()(3)由定義式B＝eq\f(F,IL)可知，電流I越大，導(dǎo)線l越長(zhǎng)，某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B就越小。()(4)小磁針N極所指的方向就是該處磁場(chǎng)的方向。()(5)在同一幅圖中，磁感線越密，磁場(chǎng)越強(qiáng)。()(6)安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，又跟電流方向垂直。()(7)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)不垂直，有一定夾角時(shí)，左手定則就不適用了。()2.一不可伸長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B放置，通過(guò)電流I時(shí)導(dǎo)線受到的安培力為F，將該導(dǎo)線做成半圓環(huán)，圓環(huán)平面仍垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)放置，如圖所示，要保持安培力不變，則圓環(huán)中電流大小為()A.I B.eq\f(π,2)IC.πI D.eq\f(2π,3)I考點(diǎn)一安培定則、磁場(chǎng)疊加1.電流的磁場(chǎng)、安培定則的應(yīng)用項(xiàng)目安培定則立體圖特點(diǎn)直線電流的磁場(chǎng)無(wú)N極、S極距離直導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱通電螺線管的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似，管內(nèi)可近似認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)形電流的磁場(chǎng)兩側(cè)分別是N極和S極；距離中心越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱2.磁場(chǎng)疊加問(wèn)題的解題思路(1)確定磁場(chǎng)場(chǎng)源，如通電導(dǎo)線。(2)定位空間中需求解磁場(chǎng)的點(diǎn)，利用安培定則判定各個(gè)場(chǎng)源在這一點(diǎn)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向。如圖1所示，BM、BN為M、N在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。圖1(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成，如圖中的合磁感應(yīng)強(qiáng)度B。角度安培定則的應(yīng)用例1如圖2所示，直導(dǎo)線AB、螺線管E、電磁鐵D三者相距較遠(yuǎn)，其磁場(chǎng)互不影響，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，則小磁針北極N(黑色一端)指示磁場(chǎng)方向正確的是()圖2A.a B.bC.c D.d聽(tīng)課筆記角度磁場(chǎng)的疊加例2(2024·福建廈門(mén)高三月考)如圖3，四條相互平行的細(xì)長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直坐標(biāo)系xOy平面，導(dǎo)線與坐標(biāo)平面的交點(diǎn)為a、b、c、d四點(diǎn)。已知a、b、c、d為正方形的四個(gè)頂點(diǎn)，正方形中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)O；四條導(dǎo)線中的電流大小相等，其中過(guò)a點(diǎn)的導(dǎo)線的電流方向垂直坐標(biāo)平面向里，其余導(dǎo)線電流方向垂直坐標(biāo)平面向外，若過(guò)a點(diǎn)的導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則()圖3A.O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0B.O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為eq\r(2)BC.移走d點(diǎn)的導(dǎo)線，O點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)锽D.移走d點(diǎn)的導(dǎo)線，O點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)閑q\r(2)B聽(tīng)課筆記1.如圖4所示，A、B、C是正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，O是AB的中點(diǎn)，兩根互相平行的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直紙面固定在A、B兩處，導(dǎo)線中通入的電流大小相等、方向相反。已知通電長(zhǎng)直導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(kI,r)，I為通電長(zhǎng)直導(dǎo)線的電流大小，r為距通電長(zhǎng)直導(dǎo)線的垂直距離，k為常量。已知C點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，則關(guān)于O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度說(shuō)法正確的是()圖4A.大小為B0，方向垂直AB連線向下B.大小為2B0，方向垂直AB連線向上C.大小為eq\r(3)B0，方向垂直AB連線向上D.大小為4B0，方向垂直AB連線向下考點(diǎn)二安培力的分析與計(jì)算安培力的大小和方向(1)應(yīng)用安培力公式F＝ILB時(shí)要注意①B與I垂直。②B與I平行時(shí)，F(xiàn)＝0。③L是有效長(zhǎng)度。彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L，等于連接兩端點(diǎn)線段的長(zhǎng)度(如圖5所示)；相應(yīng)的電流沿直線由始端流向末端。圖5(2)方向：根據(jù)左手定則判斷。角度通電導(dǎo)線有效長(zhǎng)度問(wèn)題例3如圖6所示，半徑為r、粗細(xì)均勻的金屬圓環(huán)放在絕緣水平面上，虛線MN左側(cè)有垂直于水平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ，右側(cè)有垂直于水平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅱ，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，MN與圓環(huán)的直徑重合，PQ是圓環(huán)垂直MN的直徑，將P、Q兩端接入電路，從P點(diǎn)流入的電流大小為I，圓環(huán)保持靜止不動(dòng)，則下列判斷正確的是()圖6A.整個(gè)圓環(huán)受到的安培力為0B.整個(gè)圓環(huán)受到的安培力大小為eq\r(2)BIrC.MN左側(cè)半圓環(huán)受到的安培力大小為eq\f(\r(2),2)BIrD.MN左側(cè)半圓環(huán)受到的安培力大小為BIr2.(2023·江蘇卷，2)如圖7所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，L形導(dǎo)線通以恒定電流I，放置在磁場(chǎng)中。已知ab邊長(zhǎng)為2l，與磁場(chǎng)方向垂直，bc邊長(zhǎng)為l，與磁場(chǎng)方向平行。該導(dǎo)線受到的安培力為()圖7A.0 B.BIlC.2BIl D.eq\r(5)BIl角度安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的分析例4(2024·廣東梅州模擬)如圖8所示，一光滑絕緣的圓柱體固定在水平面上。導(dǎo)體棒AB可繞過(guò)其中點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸在圓柱體的上表面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)體棒CD固定在圓柱體的下底面。開(kāi)始時(shí)，兩棒相互垂直并靜止，兩棒中點(diǎn)O1、O2連線與圓柱體的中軸線重合?，F(xiàn)對(duì)兩棒同時(shí)通入圖示方向(A到B、C到D)的電流。下列說(shuō)法正確的是()圖8A.通電后，AB棒仍將保持靜止B.通電后，AB棒將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視)C.通電后，AB棒將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視)D.通電瞬間，線段O1O2上存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的位置方法總結(jié)安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的判定方法電流元法分割為電流元eq\o(→,\s\up7(左手定則))安培力方向→整段導(dǎo)體所受合力方向→運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法在特殊位置→安培力方向→運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流小磁針條形磁體通電螺線管多個(gè)環(huán)形電流結(jié)論法同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法先分析電流所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力3.一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方，如圖9所示。如果直導(dǎo)線可以自由地運(yùn)動(dòng)且通以由a到b的電流，則導(dǎo)線ab受磁場(chǎng)力后的運(yùn)動(dòng)情況為()圖9A.從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管B.從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管C.從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管D.從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管考點(diǎn)三安培力作用下的平衡與加速問(wèn)題角度安培力作用下的平衡問(wèn)題例5如圖10所示，一根質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒ab用兩根絕緣的軟繩P和Q豎直懸掛，并處于垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)在金屬棒中通以大小為I、方向從a到b的電流，此時(shí)兩軟繩上的拉力均等于金屬棒重力的eq\f(3,4)，已知金屬棒始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度為g，兩軟繩上的拉力始終相同，則下列說(shuō)法正確的是()圖10A.金屬棒受到的安培力大小為eq\f(1,4)mg，方向豎直向下B.磁場(chǎng)方向垂直紙面向里C.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為eq\f(mg,2IL)D.若僅改變金屬棒中的電流方向，那么兩軟繩上的拉力大小均變?yōu)閑q\f(1,2)mg聽(tīng)課筆記角度安培力作用下的加速問(wèn)題例6(2024·陜西西安模擬)如圖11所示，質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒電阻為2R，初始時(shí)靜止于光滑的水平軌道上，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其方向與軌道平面成θ角斜向上方，開(kāi)關(guān)閉合后導(dǎo)體棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，則()圖11A.導(dǎo)體棒向左運(yùn)動(dòng)B.開(kāi)關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN的加速度為eq\f(BEL,2mR)C.開(kāi)關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN所受安培力為eq\f(BEL,2R)D.開(kāi)關(guān)閉合瞬間導(dǎo)體棒MN所受安培力為eq\f(BELsinθ,2R)聽(tīng)課筆記安培力作用下的平衡或加速問(wèn)題的解題思路(1)選定研究對(duì)象。(2)受力分析，變立體圖為平面圖，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫(huà)出平面受力分析圖，安培力的方向F安⊥B、F安⊥I，如圖所示。(3)應(yīng)用共點(diǎn)力的平衡條件或牛頓第二定律或動(dòng)能定理列方程解題。4.(多選)電磁炮技術(shù)是我國(guó)國(guó)防