知识点:
测试点一:安培定则的应用和磁场的叠加
1. 安培定则的应用
用安培定则确定线性电流和环流的磁场时,应区分“因”和“果”。
2. 磁场的叠加
磁感应强度是一个矢量。计算方法与力的计算方法相同。采用平行四边形法则或正交分解法进行合成和分解。
特别提醒:
两个电流附近的磁场的磁感应强度是两个电流独立存在时产生的磁场的磁感应强度的叠加。
测试点2 测定载流导体(或磁铁)在安培力作用下运动的常用方法
方法讲解及案例分析
测试要点:导体在三安培力作用下的平衡问题
载流导体在磁场中受到的安培力
(1)方向:根据左手定则判断
F、B、I之间的方向关系:给定B和I的方向(当B和I不平行时),可以用左手定则确定F的唯一方向。 F⊥B,F⊥I ,则 F 垂直于 B 和 I 形成的平面。但是,给定 F 和 B 的方向,无法唯一确定 I 的方向。
(2)尺寸:按公式F=BIL计算,L为导线在磁场中的有效长度。例如,弯曲的通电导线的有效长度L等于连接两个端点的直线的长度,对应的电流方向沿着两个端点的连接线从起点流向终点,如图图中。
【技能方法】
1、磁场的叠加:磁感应强度是矢量,其合成和分解遵循平行四边形规则。叠加磁感应强度时,要注意是哪种电流产生磁场以及磁场的方向。
2、安培定则在不同情况下的应用
牢记判断电流磁场的方法——安培定律,并能熟练运用它建立磁场的三维分布模型。
3、解决磁感应强度相关问题的关键
(1) 磁感应强度-→由磁场本身决定。
(2) 合成磁感应强度-→等于各磁场磁感应强度的矢量和(满足平行四边形法则)
(3)牢记判断电流磁场的方法——安培定则,并能熟练运用建立磁场的三维分布模型。
(4)记住几种常见磁场的三维分布图
① 普通磁铁的磁场
②电流磁场
4、判断带电导体在安培力作用下的运动时,应注意以下几点:
(1)载流导体在磁场中的运动本质上是导体在磁场的安培力作用下对电流的运动。
(2)明确磁场分布,正确应用左手定则是解决问题的关键。
(3)同一问题可以采用多种判断方法进行分析,根据不同的主题选择合适的判断方法。
(4)同一导体在安培力的作用下,运动形式可能发生变化,必须根据力来判断。
5、解决导体棒在安培力作用下的平衡问题
(一)基本思想
(2)解决关键
①电磁问题的力学。
② 三维图形的平面化。
特别提醒:
(1)安培力的综合应用一般有两种情况:一是导体在安培力的作用下保持平衡并加速;二是安培力的作用。另一个是与安培力相关的函数关系问题。安培力的综合应用是高考中的热门话题。题型包括选择题和综合计算题。
(2)处理这类问题,需要了解电流所在的磁场分布,做受力分析,了解物体所受的力,然后利用牛顿运动定律或函数关系来解决问题。
(3)在进行受力分析时,有时需要将三维视图转换为平面图,即从三维变为二维。换算时应标出B的方向,以方便确定安培力的方向。
视频教程:
实践:
课件:
课程计划:
【学习目标】
1.掌握左手定则,理解电流方向与磁场对电流的受力方向之间的关系。
2.掌握安培力的计算,能够了解安培力的一些现象和应用,能够熟练计算通电直导体在均匀磁场中所受到的安培力。
3.了解磁电表的基本结构以及利用磁电表测量电流大小和方向的基本原理。
【要点总结】
要点1.安培力的理解
重点说明:
1. 安培力是磁场对电流施加的力。它是一种自然力,其作用点可等效为导体的几何中心。
2.安培力的方向
在解决磁场对电流的影响问题时,能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键。在确定安培力的方向时,应注意以下三点:
(1) 安培力的方向始终垂直于磁场方向和电流方向。也就是说,安培力的方向始终垂直于磁场和电流所确定的平面。因此,判断时,首先确定磁场和电流确定的平面,从而确定安培力的方向在哪一条直线上,然后根据左手定则确定安培力的具体方向。
(2) 当电流方向不垂直于磁场方向时,安培力的方向仍垂直于电流和磁场所确定的平面,因此仍可利用左手定则确定安培力的方向,但磁力线不再垂直穿过手掌。 .
(3)注意安培力方向与电场力方向和场方向的关系。安培力的方向与磁场方向垂直,而电场力的方向与电场方向平行。现在比较安培力和电场力如下:
电场力
安培力
研究对象
点电荷
当前元素
受力特性
正电荷的受力方向与电场方向相同,与电场线相切,与负电荷的受力方向相反。
安培力的方向垂直于磁场方向和电流方向。
判断方法
根据电场方向和正负电荷判断
用左手定则判断
注:如果B、I的方向已知,则F的方向根据左手定则唯一确定;但如果B(或I)和F的方向已知,由于B只需要经过手掌,那么I(或B)的方向不唯一。
3、安培力大小
(1)计算公式:
(2)公式的理解:公式
可以理解为
,此时
是B沿垂直I方向的分量,也可以理解为
,此时
为L沿垂直于B方向的投影长度,也称为“有效长度”,式中
是方向 B 和 I 之间的角度。
注意:
①如果导线是弯曲的,则公式
中的L不是导线的总长度,而是弯曲导线的“有效长度”。它等于连接导体两个端点的直线长度(如图所示)。相应的电流方向沿着连接两个端点的线从起点流向终点。
②安培力公式一般用于均匀磁场。非常短的导体也可用于不均匀磁场。此时B的大小和方向与导体所在的B的大小和方向相同。如果导体在不均匀磁场中较长,则可以将导体分成若干小段,求每段上的磁场力,然后求合力。
第2点:确定载流导体在安培力作用下的运动方向
要点解释:
无论是电流还是磁铁,对载流导线的作用都是通过磁场来实现的。因此,需要知道导线所在位置的磁场分布,然后根据左手定则准确确定导线所受的力或将发生的运动。在实际操作中高中物理电场磁场叠加问题网校头条,常采用以下方法:
当前元素法
将整个导体分成多段直流元件。首先利用左手定则确定当前单元各段上的力的方向,然后确定整段导体上的合力的方向,从而确定导体的运动方向。
等效方法
环流可以相当于一个小磁铁,通电螺线管可以相当于一个条形磁铁或多环电流,反之亦然。
特殊位置法
通过将通电导线旋转到便于分析的特殊位置,然后确定其所受到的安培力的方向,就可以确定其运动的方向。
结论法
两条平行直线电流相互作用时,没有旋转的趋势。相同方向的电流相互吸引,相反方向的电流相互排斥。当两个不平行的直线电流相互作用时,它们往往会变得平行并且具有相同的电流方向。
切换研究对象法
为了定性分析磁铁在电流磁场作用下如何运动,我们可以先分析电流对磁铁磁场产生的安培力,然后利用牛顿第三定律确定电流磁场对磁铁磁场的反作用力。磁体,从而确定磁体上的合力。和运动方向
注意:
(1) 要确定磁场中通电线圈的旋转,请寻找具有对称关系的电流元素。
(2)特殊位置使用时,应注意通电导体所在位置磁场特殊点的方向。
第三点:电流表的工作原理、灵敏度及特点
重点说明:
1.电流表的工作原理:
(1)均匀径向磁场
蹄磁铁与铁芯之间的磁场呈径向均匀分布(如图所示)。无论通电线圈转什么角度,其平面都与磁感应线平行。线圈中的磁感应强度大小相同。
第4点:物体在安培力作用下的平衡或运动的分析方法
重点说明:
物体在安培力作用下的平衡和运动是一类常见的问题,反映了学科内部知识的综合应用和知识的迁移能力。解决此类问题时应把握以下几点:
1、将三维图转换为平面(剖面)图,将抽象的空间力分析转移到纸上。一般画一个垂直于导体棒的平面,并标出题中的角度、电流方向、磁场方向。上图,然后进行分析。
2、注意力分析的正确顺序,先是重力,然后是安培力,最后是弹力和摩擦力。因为弹力和摩擦力都是被动力,力的存在和方向与其他力有关。
3、注意安培力方向的确定:左手定则,垂直磁场也垂直于电流,即必须垂直于两者确定的平面。
简而言之,载流导体在磁场和重力场中的平衡和加速问题的处理方式与机械问题相同,只是增加了安培力。解决此类问题的关键是:
(1)在分析安培力的方向时,千万不要跟着感觉走。请记住,安培力的方向垂直于磁感应强度方向和电流方向。
(2) 画出导体上受力的平面图。
高中生学习建议:
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