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磁場(chǎng)及其描述高中物理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
所謂磁場(chǎng)，就是指存在磁力作用的空間。磁場(chǎng)是物質(zhì)存在的基本形式之一，它存在于磁體周?chē)臻g、運(yùn)動(dòng)電荷周?chē)臻g以及電流周?chē)臻g。精品小編準(zhǔn)備了高中物理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)，具體請(qǐng)看以下內(nèi)容。
1.對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解
【例1】以下說(shuō)法正確的是( )
A.電流元在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力為F，則B= ，電流元所受磁場(chǎng)力F的方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向
B.電流元在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力為F，則磁感應(yīng)強(qiáng)度可能大于或等于
C.磁場(chǎng)中電流元受磁場(chǎng)力大的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大
D.磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的地方，一小段通電直導(dǎo)線在該處一定不受磁場(chǎng)力
【解析】判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，需在電流元受力最大的前提下進(jìn)行，且電流元受磁場(chǎng)力方向與該點(diǎn)磁場(chǎng)方向垂直，故A錯(cuò)，B對(duì).電流元在磁場(chǎng)中所受磁場(chǎng)力與其放置的位置有關(guān)，電流元受力大的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定大，故C錯(cuò).
【答案】BD
【思維提升】(1)準(zhǔn)確理解公式B= 成立的條件是B⊥I，即受力最大的前提是解題的關(guān)鍵;
(2)準(zhǔn)確理解磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向是由磁場(chǎng)本身的性質(zhì)決定的，不能說(shuō)B與F成正比、與IL的乘積成反比.
【拓展1】一根導(dǎo)線長(zhǎng)0.2 m，通有3 A的電流，垂直磁場(chǎng)放入磁場(chǎng)中某處受到的磁場(chǎng)力是6×10-2 N，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B為 0.1 T;如果該導(dǎo)線的長(zhǎng)度和電流都減小一半，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 0.1 T.若把這根通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中的另外一點(diǎn)，所受磁場(chǎng)力為12×10-2 N，則該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 ≥0.2 T.
【解析】通電導(dǎo)線垂直放入磁場(chǎng)中，由定義式得
B= = T=0.1 T
某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定，故B=0.1 T
當(dāng)通電導(dǎo)線在某處所受磁場(chǎng)力一定，將其垂直放入時(shí)，對(duì)應(yīng)的B最小.
Bmin= = T=0.2 T，故B′≥0.2 T
2.安培定則的應(yīng)用
【例2】當(dāng)S閉合時(shí)，在螺線管內(nèi)部的一根小鐵棒被磁化，右端為N極.試判斷通電螺線管的極性和電源的極性，這時(shí)用絕緣線懸掛的小通電圓環(huán)將怎樣運(yùn)動(dòng)(俯視)?
【解析】小磁針(本題中為磁化后的軟鐵棒)靜止時(shí)N極的指向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場(chǎng)方向，在螺線管內(nèi)部磁感線由S極到N極，故螺線管內(nèi)右端為N極.再根據(jù)安培定則及等效法確定電源右端為負(fù)極，左端為正極，小通電圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(同時(shí)靠近螺線管).
【思維提升】明確磁場(chǎng)方向，小磁針N極受力方向(或靜止時(shí)N極指向)、磁感線在該點(diǎn)的切線方向及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向是同一個(gè)方向.明確磁感線在磁體外部是由N極到S極，在內(nèi)部是由S極到N極的閉合曲線.
【拓展2】彈簧秤下掛一條形磁棒，其中條形磁棒N極的一部分位于未通電的螺線管內(nèi)，如圖所示.下列說(shuō)法正確的是( AC )
A.若將a接電源正極，b接負(fù)極，彈簧秤示數(shù)將減小
B.若將a接電源正極，b接負(fù)極，彈簧秤示數(shù)將增大
C.若將b接電源正極，a接負(fù)極，彈簧秤示數(shù)將增大
D.若將b接電源正極，a接負(fù)極，彈簧秤示數(shù)將減小
【解析】條形磁鐵在本題中可以看做小磁針，當(dāng)a接電源正極時(shí)，條形磁鐵的N極方向與螺線管的磁感線方向相反，相互排斥，示數(shù)減小，A對(duì)，B錯(cuò);同理C對(duì)，D錯(cuò).[ks5u.com]
3.安培定則與磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性
【例3】如圖所示，互相絕緣的三根無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線的一部分ab、cd、ef組成一個(gè)等邊三角形.三根導(dǎo)線通過(guò)的電流大小相等，方向如圖所示.O為三角形的中心，M、N分別為O關(guān)于ab、cd的對(duì)稱點(diǎn).已知三電流形成的合磁場(chǎng)在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B1，在M點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，此時(shí)合磁場(chǎng)在N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 .若撤去ef中的電流，而ab、cd中電流不變，則N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 .
【解析】設(shè)每根電流線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，ef、cd在M點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0′，則在O點(diǎn)有B1=B0①
在M點(diǎn)有B2=2B0′+B0②
在N點(diǎn)有BN=B0=B1
撤去ef中的電流后，在N點(diǎn)有BN′=B0+B0′③
由①②③式解得BN′=
【答案】B1;
【思維提升】直線電流的磁場(chǎng)方向由安培定則確定，直線電流的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與電流I的大小及位置有關(guān)，充分利用“對(duì)稱性”是解本題的關(guān)鍵.
【拓展3】三根平行的直導(dǎo)線，分別垂直地通過(guò)一個(gè)等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，如圖所示，現(xiàn)使每條通電導(dǎo)線在斜邊中點(diǎn)O所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.則該處的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向如何?
【解析】根據(jù)安培定則，I1與I3在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，I2在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與B1(B3)相垂直.又知B1、B2、B3的大小均為B，根據(jù)矢量的運(yùn)算可知O處的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B0= ，方向三角形平面內(nèi)與斜邊夾角θ=arctan 2，如圖所示.
易錯(cuò)門(mén)診
【例4】如圖所示，電流從A點(diǎn)分兩路通過(guò)環(huán)形支路再匯合于B點(diǎn)，已知兩個(gè)支路的金屬材料相同，但截面積不相同，上面部分的截面積較大，則環(huán)形中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向是 ( )
A.垂直于環(huán)面指向紙內(nèi) B.垂直于環(huán)面指向紙外
C.磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 D.斜向紙內(nèi)
【錯(cuò)解】根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量性，在O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)很有可能選擇C或D.
【錯(cuò)因】對(duì)于兩個(gè)支路的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在O點(diǎn)的磁場(chǎng)的大小沒(méi)作認(rèn)真分析，故選擇C，有時(shí)對(duì)方向的分析也不具體，所以容易選擇D.
【正解】?jī)蓚�(gè)支路在O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向均在垂直于圓環(huán)方向上，但上面支路的電流大，在O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度較大，故疊加后應(yīng)為垂直于紙面向里，選擇A.
【答案】A
【思維提升】認(rèn)真審題，結(jié)合電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析電流的大小關(guān)系，利用矢量合成原理分析O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向.
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