知識點:
測試點一:安培定則的應用和磁場的疊加
1. 安培定則的應用
用安培定則確定線性電流和環流的磁場時,應區分“因”和“果”。
2. 磁場的疊加
磁感應強度是一個矢量。計算方法與力的計算方法相同。采用平行四邊形法則或正交分解法進行合成和分解。
特別提醒:
兩個電流附近的磁場的磁感應強度是兩個電流獨立存在時產生的磁場的磁感應強度的疊加。
測試點2 測定載流導體(或磁鐵)在安培力作用下運動的常用方法
方法講解及案例分析
測試要點:導體在三安培力作用下的平衡問題
載流導體在磁場中受到的安培力
(1)方向:根據左手定則判斷
F、B、I之間的方向關系:給定B和I的方向(當B和I不平行時),可以用左手定則確定F的唯一方向。 F⊥B,F⊥I ,則 F 垂直于 B 和 I 形成的平面。但是,給定 F 和 B 的方向,無法唯一確定 I 的方向。
(2)尺寸:按公式F=BIL計算,L為導線在磁場中的有效長度。例如,彎曲的通電導線的有效長度L等于連接兩個端點的直線的長度,對應的電流方向沿著兩個端點的連接線從起點流向終點,如圖圖中。
【技能方法】
1、磁場的疊加:磁感應強度是矢量,其合成和分解遵循平行四邊形規則。疊加磁感應強度時,要注意是哪種電流產生磁場以及磁場的方向。
2、安培定則在不同情況下的應用
牢記判斷電流磁場的方法——安培定律,并能熟練運用它建立磁場的三維分布模型。
3、解決磁感應強度相關問題的關鍵
(1) 磁感應強度-→由磁場本身決定。
(2) 合成磁感應強度-→等于各磁場磁感應強度的矢量和(滿足平行四邊形法則)
(3)牢記判斷電流磁場的方法——安培定則,并能熟練運用建立磁場的三維分布模型。
(4)記住幾種常見磁場的三維分布圖
① 普通磁鐵的磁場
②電流磁場
4、判斷帶電導體在安培力作用下的運動時,應注意以下幾點:
(1)載流導體在磁場中的運動本質上是導體在磁場的安培力作用下對電流的運動。
(2)明確磁場分布,正確應用左手定則是解決問題的關鍵。
(3)同一問題可以采用多種判斷方法進行分析,根據不同的主題選擇合適的判斷方法。
(4)同一導體在安培力的作用下,運動形式可能發生變化,必須根據力來判斷。
5、解決導體棒在安培力作用下的平衡問題
(一)基本思想
(2)解決關鍵
①電磁問題的力學。
② 三維圖形的平面化。
特別提醒:
(1)安培力的綜合應用一般有兩種情況:一是導體在安培力的作用下保持平衡并加速;二是安培力的作用。另一個是與安培力相關的函數關系問題。安培力的綜合應用是高考中的熱門話題。題型包括選擇題和綜合計算題。
(2)處理這類問題,需要了解電流所在的磁場分布,做受力分析,了解物體所受的力,然后利用牛頓運動定律或函數關系來解決問題。
(3)在進行受力分析時,有時需要將三維視圖轉換為平面圖,即從三維變為二維。換算時應標出B的方向,以方便確定安培力的方向。
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實踐:
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課程計劃:
【學習目標】
1.掌握左手定則,理解電流方向與磁場對電流的受力方向之間的關系。
2.掌握安培力的計算,能夠了解安培力的一些現象和應用,能夠熟練計算通電直導體在均勻磁場中所受到的安培力。
3.了解磁電表的基本結構以及利用磁電表測量電流大小和方向的基本原理。
【要點總結】
要點1.安培力的理解
重點說明:
1. 安培力是磁場對電流施加的力。它是一種自然力,其作用點可等效為導體的幾何中心。
2.安培力的方向
在解決磁場對電流的影響問題時,能否正確判斷安培力的方向是解決問題的關鍵。在確定安培力的方向時,應注意以下三點:
(1) 安培力的方向始終垂直于磁場方向和電流方向。也就是說,安培力的方向始終垂直于磁場和電流所確定的平面。因此,判斷時,首先確定磁場和電流確定的平面,從而確定安培力的方向在哪一條直線上,然后根據左手定則確定安培力的具體方向。
(2) 當電流方向不垂直于磁場方向時,安培力的方向仍垂直于電流和磁場所確定的平面,因此仍可利用左手定則確定安培力的方向,但磁力線不再垂直穿過手掌。 .
(3)注意安培力方向與電場力方向和場方向的關系。安培力的方向與磁場方向垂直,而電場力的方向與電場方向平行。現在比較安培力和電場力如下:
電場力
安培力
研究對象
點電荷
當前元素
受力特性
正電荷的受力方向與電場方向相同,與電場線相切,與負電荷的受力方向相反。
安培力的方向垂直于磁場方向和電流方向。
判斷方法
根據電場方向和正負電荷判斷
用左手定則判斷
注:如果B、I的方向已知,則F的方向根據左手定則唯一確定;但如果B(或I)和F的方向已知,由于B只需要經過手掌,那么I(或B)的方向不唯一。
3、安培力大小
(1)計算公式:
(2)公式的理解:公式
可以理解為
,此時
是B沿垂直I方向的分量,也可以理解為
,此時
為L沿垂直于B方向的投影長度,也稱為“有效長度”,式中
是方向 B 和 I 之間的角度。
注意:
①如果導線是彎曲的,則公式
中的L不是導線的總長度,而是彎曲導線的“有效長度”。它等于連接導體兩個端點的直線長度(如圖所示)。相應的電流方向沿著連接兩個端點的線從起點流向終點。
②安培力公式一般用于均勻磁場。非常短的導體也可用于不均勻磁場。此時B的大小和方向與導體所在的B的大小和方向相同。如果導體在不均勻磁場中較長,則可以將導體分成若干小段,求每段上的磁場力,然后求合力。
第2點:確定載流導體在安培力作用下的運動方向
要點解釋:
無論是電流還是磁鐵,對載流導線的作用都是通過磁場來實現的。因此,需要知道導線所在位置的磁場分布,然后根據左手定則準確確定導線所受的力或將發生的運動。在實際操作中高中物理電場磁場疊加問題網校頭條,常采用以下方法:
當前元素法
將整個導體分成多段直流元件。首先利用左手定則確定當前單元各段上的力的方向,然后確定整段導體上的合力的方向,從而確定導體的運動方向。
等效方法
環流可以相當于一個小磁鐵,通電螺線管可以相當于一個條形磁鐵或多環電流,反之亦然。
特殊位置法
通過將通電導線旋轉到便于分析的特殊位置,然后確定其所受到的安培力的方向,就可以確定其運動的方向。
結論法
兩條平行直線電流相互作用時,沒有旋轉的趨勢。相同方向的電流相互吸引,相反方向的電流相互排斥。當兩個不平行的直線電流相互作用時,它們往往會變得平行并且具有相同的電流方向。
切換研究對象法
為了定性分析磁鐵在電流磁場作用下如何運動,我們可以先分析電流對磁鐵磁場產生的安培力,然后利用牛頓第三定律確定電流磁場對磁鐵磁場的反作用力。磁體,從而確定磁體上的合力。和運動方向
注意:
(1) 要確定磁場中通電線圈的旋轉,請尋找具有對稱關系的電流元素。
(2)特殊位置使用時,應注意通電導體所在位置磁場特殊點的方向。
第三點:電流表的工作原理、靈敏度及特點
重點說明:
1.電流表的工作原理:
(1)均勻徑向磁場
蹄磁鐵與鐵芯之間的磁場呈徑向均勻分布(如圖所示)。無論通電線圈轉什么角度,其平面都與磁感應線平行。線圈中的磁感應強度大小相同。
第4點:物體在安培力作用下的平衡或運動的分析方法
重點說明:
物體在安培力作用下的平衡和運動是一類常見的問題,反映了學科內部知識的綜合應用和知識的遷移能力。解決此類問題時應把握以下幾點:
1、將三維圖轉換為平面(剖面)圖,將抽象的空間力分析轉移到紙上。一般畫一個垂直于導體棒的平面,并標出題中的角度、電流方向、磁場方向。上圖,然后進行分析。
2、注意力分析的正確順序,先是重力,然后是安培力,最后是彈力和摩擦力。因為彈力和摩擦力都是被動力,力的存在和方向與其他力有關。
3、注意安培力方向的確定:左手定則,垂直磁場也垂直于電流,即必須垂直于兩者確定的平面。
簡而言之,載流導體在磁場和重力場中的平衡和加速問題的處理方式與機械問題相同,只是增加了安培力。解決此類問題的關鍵是:
(1)在分析安培力的方向時,千萬不要跟著感覺走。請記住,安培力的方向垂直于磁感應強度方向和電流方向。
(2) 畫出導體上受力的平面圖。
高中生學習建議:
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