七宝中学物理总复习磁场学.ppt

专题一 磁场,高三物理第一轮复习,第十章,磁场,电磁感应,专题一 磁场,一.磁场性质,二.磁感线-描述空间磁场强弱和方向的假想曲线,1.磁场的产生:在磁体,通电导线,运动电荷周围空间产生的特殊物质.,2.磁场的方向=小磁针N极所指方向=磁感线某点的切线方向=磁感强度B的方向,3.磁现象的电本质:一切磁现象都是运动电荷(电流)之间通过磁场而发生的相互作用.,1.磁感线的疏密-磁场的强弱,2.磁感线某点的切线方向-磁场的方向,3.磁感线是无头无尾的闭合曲线,4.磁感线不会交叉,1、直线电流的磁场,5.右手螺旋定则(安培定则)-判断电流周围的磁感线方向,2、环形电流的磁场,环形电流相当于一个磁体,3、通电螺线管的磁场,三.磁感强度B,2.特点:(1)比值定义,磁感强度B是磁场的属性,与I,L无关,四.电流在磁场中的受力(安培力),1.定义: B=F/IL 单位:特斯拉(T) (N/Am),矢量:磁感强度B的方向=磁场方向,(2)电流(导线)与磁感线垂直放置,(3)电流受力F方向不是磁感强度B的方向,1.安培力的大小:F=BILsin (为B与I之间的夹角),2.安培力的方向:左手定则 (生力用左手；生电用右手) 手心-穿过磁感线 四个手指-电流方向 大拇指-安培力方向,3.安培力F总是垂直B,且垂直I(F垂直于由B,I组成的平面),4.解题关键:正确画出最便于分析的平面受力图,五.磁通量（）,1.磁通量定义:=BS（ S为 垂直于磁感线的投影面积）,2.磁通量的意义:穿过某面积的磁感线的条数(与匝数无关),3.磁通量的单位：韦伯（Wb) (1 Wb=1T.1m2),4.合磁通：若穿过某面积有相反方向的磁感线。则此面积上的合磁通为相反方向抵消后的剩余磁通量,5.磁通量的增量= B S= B S= 1- 2,6.磁通量的变化率/t(磁通量变化的快慢)(单位:伏),7.磁通密度 ：单位面积内的磁通量 /S = B 磁通密度=磁感强度B,例1.如图所示，B为磁感强度,I为电流强度,F为磁场对电流的作用力,(B,I,F两两垂直)下列各图正确的是,答:A,C,D,例2.画出如图所示通电导线棒ab所受的安培力方向 ,(画出平面受力图)若导线棒的长度为L,通过的电流为I,磁感强度B ,写出安培力的大小,例3.物理学家法拉第在研究电磁学时亲手做过许多实验,如图所示的实验就是著名的电磁旋转实验,这种现象是：如果载流导线附近只有磁铁的一极,磁铁就会围绕导线旋转;反之载流导线也会围绕单独的某一磁极旋转.这一装置实际上就成为最早的电动机.图中A为可动磁铁,B为固定导线,C为可动导线,D为固定磁铁,杯中盛有水银,下部接有电源,自上向下看,磁铁A将沿_方向旋转,导线C将沿_方向旋转.（填顺时针或逆时针）.,逆时针,顺时针,例4.如图所示，在倾角为光滑斜面上，有一根通有电流I、长度为L、质量为m的导体棒，要使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感强度B的最小值为_，方向为_。要使棒对斜面无压力，则匀强磁场的磁感强度B的最小值_.方向为_。,mgsin / IL,mg/IL,水平向左,垂直斜面向下,例5.如图所示，两平行光滑导轨相距L=20cm,倾角=45金属棒MN的质量为m=10g,电阻R=8,匀强磁场的磁感强度B =0.8T,方向竖直向下,电源的电动势=10V,内电阻r=1 .当电键K闭合时,金属棒MN处于静止状态,求变阻器R1的电阻值为多少?,答: R1=7 ,规律小结：画平面受力图时，一般把电流（或磁场）画成剖面图,例6.如图所示，两平行竖直导轨相距L=20cm,电源的电动势=2V,内电阻r=0.5 .金属棒MN的质量为m=100g,电阻R=0.5,靠在导轨的外面.要使金属棒MN处于静止状态,我们施加一个与纸面夹角=37,并与金属棒垂直且向里的匀强磁场.金属棒与导轨的摩擦系数=0.5.求 (1)此磁场是斜向上还是斜向下? (2)磁感强度B的范围是多少?,答: (1)斜向下 (2) 12.5T B2.5T,解：,例7.一个10匝矩形线圈abcd，边长ab=30cm，bc=20cm，如图所示放在OXYZ直角坐标内，线圈平面垂直Oxy平面，与OX轴，OY轴夹角分别为=30, =60。匀强磁场的磁感强度B=10-2 T。试计算当磁场方向分别沿OX、OY、OZ方向时，穿过线圈磁通量各是多少？,例8、在如图甲直角坐标系的四个象限中，分布图示方向的匀强磁场（磁感应强度大小都相等）一个直角扇形线框垂直于磁场放置，圆心在原点处并以过原点平行于磁场的直线为轴。沿逆时针方向匀速转动，角速度为，自线框的两直角边与+X，+Y轴重合时开始计时，则图乙中穿过线框的磁通量 随时间t变化的图象正确的是：（ ）,B,规律小结,1.同向平行电流,由于相互磁场的作用,两电流相互吸引 .,2.反向平行电流,由于相互磁场的作用,两电流相互排斥.,3.交叉电流,由于相互磁场的作用,两电流要转成相互同向平行,并相互吸引.,4.通电螺线管等效于条形磁铁,5.通电圆线圈等效于磁针,例9.如图所示，一个固定的圆电流I1与一个可自由运动的圆电流I2，相互绝缘且垂直放置，电流方向如图，从左向右看，圆电流I2将 A.不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.向纸外平动,答: C,例10.如图所示，原来静止的圆形线圈通以顺时针方向的电流I1,在其直径AB上靠近B点放一根垂直于线圈平面的固定不动的长通电直电流I2，电流方向如图，在磁场作用下圆电流I1将 A.静止不动 B. 以直径AB为轴转动 C. 向左移动 D.向右移动,答: B C,例11.如图所示,把一根通电直导线AB放在马蹄形磁铁的正上方,导线可以自由移动,不计重力,当导线通以向右的电流I时,导线的运动情况是:(从上向下看) A.顺时针方向转动,同时下降. B.顺时针方向转动,同时上升. C.逆时针方向转动,同时下降. D.逆时针方向转动,同时上升.,答: C,例12.如图所示,条形磁铁放在水平桌面上.在N极的正上方固定一根长直导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向里的电流I.则 A.磁铁对桌面的压力减小,不受桌面的摩擦力作用. B.磁铁对桌面的压力减小,受桌面的摩擦力作用. C.磁铁对桌面的压力增大,不受桌面的摩擦力作用. D.磁铁对桌面的压力增大,受桌面的摩擦力作用.,答: D,注意:安培力也有反作用力,规律小结,安培力公式F=BILsin的讨论:,(1)公式中的B为通电导线所在的匀强磁场的磁感强度.,(2)公式中的I为通恒定电流导线中的电流强度,(3)公式中的L为通电导线在匀强磁场部分中的等效直线长度,(4)公式中的 为磁感强度B与电流强度I之间的夹角,(5)公式中的 F为通电导线在磁场中所受安培力大小.方向由左手定则判断, 作用点在匀强磁场部分中的等效直线长度的中点.,例13.如图所示,半径为r通电流I的圆线圈分别放置在匀强磁场B的各个位置.则受安培力F大小及方向分别为多少?,线圈导线截面上受的张力F4=BIr,例14.如图所示,质量为m的一段直导线弯成N形后放在光滑水平面上,尺寸如图所示,磁感强度为B的匀强磁场竖直向下穿过N形导线平面,当N形导线通入电流强度为I的电流的瞬间,导线的加速度 a为多少?方向如何?,答:,方向沿CB,规律小结,通电线圈在磁场中受到的磁力距,条件:矩形线圈长L1,宽L2,(面积为S),共N匝,通入电流强度为I的电流.放在磁感强度为B的匀强磁场中,可绕垂直于磁感线的转轴转动. 最大力距Mmax(位置:线圈平面与磁感线平行.磁通量为0时)Mmax=NBI L1 L2=NBIS(推广:可适用各种形状的线圈,转轴也可以在垂直于磁感线的不同位置),最小力距Mmin(位置:线圈平面与磁感线垂直.磁通量为最大时)Mmin=0,例15.如图所示,在磁感强度B=2T的匀强磁场中,有一个匝数N=100匝, ab边长L1=50cm,bc边长L2 =30cm的矩形线圈,磁感线与线圈平面成=37角.线圈中通有I=5A的电流.求(1)线圈中的磁通量.(2)线圈ad边所受的磁场力.(3)线圈所受磁场力的磁力距.,答: (1)=B L1 L2sin =0.18Wb (2) Fad=NBI L2sin =180N(方向向上) (3)M=NBI L1 L2cos =120Nm,例16.如图所示，通电线框可绕OO轴自由转动,线框处于竖直向下的匀强磁场中,磁感强度B=1T,线框为正方形,边长L=0.5m,总重G=0.2N,当通有abcda方向的电流时,线框与竖直平面的夹角=37,求此时的电流强度I为多少?,答: I =0.15A,例17.如图所示,一根均匀的长L=0.25m,质量m=0.01kg的金属杆PQ斜靠在支架上,PQ与水平面夹角=53,从接触点N、Q引出导线与电源接通,PN长0.05m,电源电动势=6V,内电阻r=1,匀强磁场的方向与PQ所在竖直平面垂直向里,大小B=0.125T.求滑动变阻器R的电阻至少为多少值时,接触点N上恰好无压力? (金属杆电阻不计),答: R =1,例18.如图所示,粗糙的水平桌面上放一个距形线圈,ab=cd=L1,bc=da=L2,线圈质量为m,通有电流I,方向如图,匀强磁场B的方向由西向东且向下偏,与水平面的夹角为,求当电流I超过都大时线圈能从桌面翘起?翘起的是哪一边?,答: I=mg/2BL2 cos bc边翘起,例19.如图所示，圆柱体重力为G，长度为L，半径为R，圆柱体上固定一个匝数为N的通电线圈，线圈平面恰与磁感强度B平行。求通过线圈的电流I多大时，圆柱体才能滚上高度为h的台阶？（设hR,且台阶与圆柱体接触处有足够大的摩擦),例20.如图所示,在水平桌面上,固定着两个圆环,它们的半径相等,环面竖直,互相平行,间距L=20cm,两环均由相同的电阻丝制成,电阻都为R1=9.在两环的最高点a,b之间接一个内阻r=0.5 的电源,空间有一竖直向上的匀强磁场.磁感强度B=0.346T.一根长度等于两环间距,质量为m=0.01kg,电阻R2=1.5 的导体棒水平放置于两环内侧,不计摩擦.当将棒放在其两端点与两环最低点之间的圆心角=60时,棒恰好静止,求电源的电动势,答: =6mgtg /BL = 15V,例21.如图所示,通电直导线中有向上的电流I0.边长为2L的正方形通电线圈abcd的电流强度为I,方向如图,ab边,cd边都与直电流I0平行, ab边与直电流的距离为2L,且oa与ad垂直.线圈能绕中心轴OO转动.已知直电流I0 的磁场在ab边处的磁感强度为B1,在cd边处的磁感强度为B2 .求正方形通电线圈在此位置受到磁场力的磁力距M为多少?,例22.如图所示是一种自动跳闸的闸刀开关,O是固定转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N是通电电极。OC间的距离为12cm， OA间的距离为15cm，无电流时，用手工板闸，由于C处的摩擦，在A处要水平力F=0.48N能把闸刀板开.若在垂直与纸面向里方向加一个B=1T的匀强磁场,按图示方向通以电流I.要使闸刀能自动跳开,其通过的电流I至少为多少安?,答: I=10A,例23.如图所示，一个形铜导线,质量为m,水平段长度为L,处在水平方向的匀强磁场中,磁感强度为B,方向垂直纸面向里.导线下端分别插在两个水银槽里,插入水银中的深度都是h,两个水银槽通过导线与电源连接.当电键K闭合后,导线从水银槽中跳起,导线的下端离开水银面的高度为h,求电键K闭合后通过导线的电量q?(不考虑电磁感应的影响),例24.如图所示,相距L=20cm的平行导轨倾斜放置,导轨平面与水平面的夹角=37.现在导轨上放一质量m=330g的金属棒ab,它与导轨间的动摩擦因数=0.5.整个装置处于磁感强度B=2T的竖直向上的匀强磁场中,导轨所接电源的电动势=15V,内阻不计,滑动变阻器的阻值可按要求进行调节,为保持金属棒ab处于静止状态.求(1)金属棒ab中通入的最大电流为多少？(2)金属棒ab中通入的最小电流为多少？(3)滑动变阻器R的调节范围,答: (1) Imax = 16.5A,(2) Imin =1.5A,(3) R=0.9110 ,例25.如图所示,M,N为两根竖直放置的平行金属杆,相距L=20cm ,两杆间匀强磁场方向垂直纸面向里,导体棒ab的质量m=72g,电阻R0=1,可无摩擦地沿杆滑动.电源的电动势=36V,内阻不计.电阻R1=8 .当可变电阻R2=8 时,导体棒ab恰好静止.求(1)匀强磁场的磁感强度B的大小?(2)如果可变电阻R2短路,导体棒ab将向什么方向运动?(3)在可变电阻R2短路时,要使导体棒ab保持静止,应使MN两金属杆以它们的中轴线为轴转过多大角度?,答: (1) B =1T (2) 向上运动 (3) cos =0.1 （ =84. 3 ),例26.如图所示,长为L,质量为m的两导体棒a,b.导体棒a被放在倾角为=37的光滑斜面上,导体棒b被固定在距a为X的同一水平面上,且a,b平行.当a,b均通有电流强度为I的同向平行电流时,a恰好能在斜面上保持静止,则b的电流在a处产生的磁场的磁感强度B为多少?,答: B=3mg/4IL,例27.如图所示,磁流体动力泵的矩形槽左,右两侧壁是导电板,前后两壁是绝缘板,槽宽L=5cm.高h=10.5cm.槽的下部与水银面接触,上部与一竖直绝缘管相连.匀强磁场方向垂直于绝缘板,B=0.1T.给两导电板间加一电压U=1V.已知水银的电阻率=10-6m.水银的密度D=1.4104kg/m3.则水银在泵中可上升的高度H为多少?,提示:泵中水银对底面的压力等于安培力,答: H=1.5m,例28.如图所示是一个测量磁感强度B的装置,一长方体容器内部高为L,厚为d,左右两侧等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a,b.装置的上下两侧装有电极C,D.并经过电键与电源连接,容器中注满能密度为的导电的液体.将容器置于一匀强磁场中.磁场方向垂直纸面向里.当电键K断开时,竖直管a,b中的液面高度相等.当电键K闭合时,电流表的示数为I,a,b两管中的液面高度差为h.求测量磁感强度B的大小?,答: B= ghd/I,例29.如图所示,在磁感强度B=0.23T,方向竖直向下的匀强磁场中,一根长度L1=20cm,质量m=72g的横杆,水平地挂在两根长度L2=12cm的轻细导线