2020届高考物理总复习第九章磁场9.1磁场及其对电流的作用课件新人教版.pptx

,【秒判正误】 (1)奥斯特发现了电流可以产生磁场。 ( ) (2)磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探 电流元的情况无关。 ( ) (3)磁场中某点磁感应强度的方向，跟放在该点的试探 电流元所受磁场力的方向一致。 ( ),(4)磁感线是真实存在的。 ( ) (5)在同一幅图中，磁感线越密，磁场越强。 ( ) (6)将通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处 磁感应强度为零。 ( ),(7)安培力可能做正功，也可能做负功。 ( ) (8)判断通电导线周围磁感线的方向用左手握导线。 ( ) (9)通电导线在磁场中一定受安培力作用。 ( ),考点1 磁场的理解及磁场的叠加 【典题突破】 题型1 几种常见的磁场应用 【典例1】(多选)(2018衡阳模拟)磁力玻璃擦是目前 很时尚的玻璃清洁器，其原理是利用异性磁极的吸引 作用可使外面的一片跟着里面的一片运动，旧式磁力,玻璃擦在使用时由于相对移动会导致前后两面的同性磁极间距较小，由于同性磁极相互斥力作用很容易脱落，其内部N、S磁极分布如图甲所示。经过改进后，新式磁力玻璃擦内部的N、S磁极分布如图乙所示，使用时两片不易脱落，关于两种磁力玻璃擦脱落的主要原因，下列说法中正确的是 ( ),A.甲图中前、后面的同性磁极间距较小，同性磁极相互斥力大，容易脱落 B.甲图中前、后面的异性磁极间距较小，异性磁极相互引力大，不容易脱落 C.乙图中前、后面的同性磁极间距较大，同性磁极相互斥力小，不容易脱落,D.乙图中前、后面的异性磁极间距较大，异性磁极相互引力小，容易脱落,【解题思维】 1.题型特征：磁极间的相互作用力大小判断。 2.题型解码： (1)模型构建：理解永磁体周围空间磁场分布。 (2)处理方法：同斥异吸和作用力大小与距离有关。,【解析】选A、C。甲图同性磁极间距较小，相互斥力大，容易脱落，选项A正确，B错误；乙图中前、后面的同性磁极间距较大，相互斥力小，不容易脱落，选项C正确，D错误。,题型2 磁场的叠加 【典例2】(多选)(2018全国卷)如图，纸面内有两 条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向 左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点， 它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外 磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。,已知a、b两点的磁感应强度大小分别为 B0和 B0，方向也垂直于纸面向外。则 ( ),A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为 B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为 C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为 D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为,【解题思维】 1.题型特征：磁场的矢量运算。 2.题型解码： (1)模型构建：理解直线电流周围磁场特点。 (2)处理方法：磁感应强度叠加满足平行四边形定则。,【解析】选A、C。设L1在a、b两点产生的磁感应强度 大小为B1，设L2在a、b两点产生的磁感应强度大小为 B2，根据右手螺旋定则，结合题意B0-(B1+B2)= B0， B0+B2-B1= B0， 联立可得 选项 A、C正确。,【触类旁通】如图所示，“”表示电流方向垂直纸 面向里，“”表示电流方向垂直纸面向外。两根通 电长直导线a、b平行且水平放置，a、b中的电流强度 分别为I和2I，此时a受到的磁场力大小为F。当在a、b 的上方再放置一根与a、b平行的通电长直导线c后，a 受到的磁场力大小仍为F，图中abc正好构成一个等边 三角形，此时b受到的磁场力大小为 ( ),【解析】选D。由右手定则可知，导线b在a处产生的磁 场方向竖直向下，设为B1，如图所示，由左手定则得 知a受到b的安培力的方向为水平向左(如图)，由牛顿 第三定律可知b受到的a的安培力大小为F，方向水平向 右(如图)；放入导线c后，c在a处的磁感应强度方向垂 直于ac连线向上(如图中的B2)，c对a的安培力方向,指向c，因此时a受到的磁场力大小仍为F(受到b、c的 安培力的合力)，b、c对a的安培力的夹角为120，所 以c对a的安培力大小也为F；c在a和b处的磁感应强度 大小相等，因b的电流是a的2倍，所以b受到c的安培力 为2F，方向由c指向b(如图所示)；b受到的两个安培力 之间的夹角为60，由余弦定理得b受到的安培力大小 为Fb= F，故选项D正确，选项A、B、C错误。,【提分秘籍】 1.常见电流的磁场：,2.理解磁感应强度的三点注意事项： (1)磁感应强度由磁场本身决定，因此不能根据定义式 认为B与F成正比，与IL成反比。 (2)测量磁感应强度时，小段通电导线必须垂直于磁场 放入，如果平行磁场放入，则所受安培力为零，但不 能说该点的磁感应强度为零。,(3)磁感应强度是矢量，其方向为放入其中的小磁针N极的受力方向，也是小磁针静止时N极的指向。,3.安培定则的应用：,【加固训练】 1.如图中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示。一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是 ( ),A.向上 B.向下 C.向左 D.向右,【解析】选B。本题考查通电直导线周围的磁场分布情况和带电粒子在磁场中的运动情况，意在考查考生的理解能力和分析推理能力。根据安培定则及磁感应强度的矢量叠加，可得O点处的磁场向左，再根据左手定则判断带电粒子受到的洛伦兹力向下。,2.(多选)(2017全国卷)如图，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反。下列说法正确的是 ( ),A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直 C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 11 D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比 为 1,【解析】选B、C。设每根直导线电流在另两根直导线 处产生的磁场的磁感应强度大小为B0，由安培定则 知，L2、L3中的电流在L1处产生的磁场的磁感应强度方 向如图所示，它们的夹角为120，合磁感应强度为B1 =B0，方向垂直于L2、L3所在的平面；由对称性知， L2处的合磁感应强度为B2 = B0，方向垂直于L1、L3所,在的平面；L1、L2中的电流在L3处产生的磁场的合磁感应强度为B3 = B0，方向平行于L1、L2所在的平面。,由左手定则可知，L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所 在平面平行，L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平 面垂直；每根直导线单位长度所受磁场力F = BIL B，故L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之 比为F1F2 F3 = B1B2B3 =11 ，故B、C 选项正确。,考点2 安培力作用下导体的运动 【典题突破】 题型1 安培力作用下导体的平衡问题 【典例3】(2019宿州模拟)如图所示，ab、cd是两根 长度均为L=4.0 m，质量分别为m1=0.6 kg和m2=0.2 kg 的金属棒，两根等长的细金属杆将两节干电池与两个 金属棒串联成闭合回路，整个回路用绝缘细线悬挂,在天花板上，保证金属棒水平。整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B=1.0 T，电路中的电流I=0.5 A，待系统稳定之后(金属棒、细金属杆在力的作用下不会发生变形，g取10 m/s2)，则 ( ),A.绝缘细线与竖直方向的夹角为0 B.绝缘细线与竖直方向的夹角为45 C.细金属杆与竖直方向的夹角为45 D.细金属杆与竖直方向的夹角为90,【解题思维】 1.题型特征：涉及安培力动态平衡问题。 2.题型解码： (1)由左手定则确定安培力方向并对物体进行受力分析。 (2)方法处理：整体法与隔离法的综合应用。,【解析】选A、C。以整体为研究对象，整体总共受到 四个力的作用，水平方向上，两金属棒受到大小均为 F=BIL，方向相反的安培力，这两个力互相平衡；竖直 方向上，绝缘细线的拉力与总的重力平衡，因为重力 的方向竖直向下，所以绝缘细线的拉力一定是竖直向 上，也就是说绝缘细线与竖直方向的夹角为0，A正 确，B错误；以cd棒为研究对象，cd棒受到三个力的,作用，安培力F=BIL=2 N，cd棒的重力m2g=2 N，由平衡条件得F=m2gtan ，=45，即细金属杆与竖直方向成45，C正确，D错误。,题型2 安培力作用下导体的加速问题 【典例4】(2019南昌模拟)如图所示，光滑的金属轨 道分水平段和圆弧段两部分，O点为圆弧的圆心。两金 属轨道之间的宽度为0.5 m，匀强磁场方向如图所示， 大小为0.5 T，质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆 置于金属轨道上的M点，当在金属细杆内通以电流强度 为2 A的恒定电流时，金属细杆可以沿轨道向右由,静止开始运动。已知N、P为导轨上的两点，ON竖直、 OP水平，且 =1 m，g取10 m/s2，则 世纪 金榜导学号( ),A.金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2 B.金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m/s C.金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10 m/s2 D.金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N,【解题思维】 1.题型特征：安培力和牛顿第二定律结合。 2.题型解码： (1)模型构建：涉及受安培力的杆的受力分析。 (2)方法处理：选用牛顿第二定律和动能定理。,【解析】选D。金属细杆在水平方向受到安培力作用， 安培力大小F安=BIL=0.520.5 N=0.5 N，金属细杆 开始运动时的加速度大小为 选项A 错误；对金属细杆从M点到P点的运动过程进行分析， 安培力做功W安=F安(lMN+lOP)=1 J，重力做功WG=-mg lON=-0.5 J，由动能定理得W安+WG= mv2，解得,金属细杆运动到P点时速度大小为v= m/s，选项B错 误；金属细杆运动到P点时加速度可分解为水平方向的 向心加速度和竖直方向的重力加速度，水平方向的向 心加速度大小 选项C错误；在P点金属 细杆受到轨道水平向左的作用力F，水平向右的安培力 F安，由牛顿第二定律得F-F安= 解得F=1.5 N，,每一条轨道对金属细杆的作用力大小为0.75 N，由牛顿第三定律可知，金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N，选项D正确。,题型3 安培力作用下转动问题 【典例5】(2017全国卷)某同学自制的简易电动机 示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成， 漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引 出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之 间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。,为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将( ),A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉,【解题思维】 1.题型特征：安培力作用下线圈转动问题。 2.题型解码： (1)模型构建：应用电动机工作原理分析转动原因。 (2)方法处理：由左手定则判断边框受安培力方向。,【解析】选A、D。如果将左、右转轴下侧的绝缘漆都 刮掉，则线圈在安培力作用下转动起来，每转一周安 培力驱动一次，可保证线圈不断地转动，A正确；如果 左、右转轴上下侧的绝缘漆均刮掉，不能保证线圈持 续转动下去，B错误；如果仅左转轴的上侧绝缘漆刮 掉，右转轴的下侧绝缘漆刮掉，则线圈中不可能有电 流，因此线圈不可能转动，C错误；如果左转轴上下侧,的绝缘漆均刮掉，右转轴仅下侧的绝缘漆刮掉，其效果与A项相同，故D正确。,【触类旁通】(多选)(2018太原模拟)如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来。下列判断中正确的是 ( ),A.线框能旋转起来，是因为电磁感应 B.俯视观察，线框沿逆时针方向旋转 C.电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率 D.旋转达到稳定时，线框的速度比刚开始转动时的大,【解析】选B、C、D。选线框左边竖直导线为研究对 象，强磁铁的磁场有垂直导线向右的分量，由左手定 则可知导线所受安培力垂直纸面向外，由对称性知右 侧导线所受安培力垂直纸面向里，俯视观察，则线框 沿逆时针方向旋转，A错误，B正确。因为电源消耗的 总功率一部分转化为内能，另一部分转化为动能，,所以总功率大于机械功率，C正确；线框受到的安培力开始时使线框加速旋转，当安培力等于阻尼作用力时速度达到最大，D正确。,题型4 判断安培力作用下导体的运动情况的方法 【典例6】一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示。当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将 ( ),A.不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.在纸面内平动,【解题思维】 1.题型特征：安培力作用下圆环的运动。 2.题型解码： (1)模型构建：电流间的相互作用。 (2)方法处理：电流元法、等效分析法、结论法等。,【解析】选B。解法一：直线电流元法 把线圈L1沿水平转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力均指向纸外，下半部分电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动。,解法二：等效分析法 把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动。,解法三：结论法 环形电流I1、I2不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止。据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动。,【触类旁通】如图所示，厚度均匀的木板放在水平地面上，木板上放置两个相同的条形磁铁，两磁铁的N极正对。在两磁铁竖直对称轴上的C点固定一垂直于纸面的长直导线，并通一垂直纸面向里的恒定电流，木板和磁铁始终处于静止状态，则 ( ),A.导线受到的安培力竖直向上，木板受到地面的摩擦力水平向右 B.导线受到的安培力竖直向下，木板受到地面的摩擦力水平向左 C.导线受到的安培力水平向右，木板受到地面的摩擦力水平向右,D.导线受到的安培力水平向右，木板受到地面的摩擦力为零,【解析】选C。条形磁铁的磁场在C处的磁感应强度方向竖直向上，由左手定则可知，长直导线所受的安培力水平向右。把木板和条形磁铁看成整体，由牛顿第三定律可知，木板和条形磁铁所受安培力向左。对木板和条形磁铁，由平衡条件可知，木板受到地面的摩擦力水平向右，选项C正确。,【提分秘籍】 1.理解安培力公式F=BIL： (1)B与L垂直。,(2)L是有效长度。 公式F=BIL中L指的是“有效长度”。当B与I垂直时，F最大，F=BIL；当B与I平行时，F=0。,弯曲导线的有效长度L等于连接两端点线段的长度(如图所示)；相应的电流沿L由始端流向末端。,2.通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路： (1)选定研究对象。 (2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图， 并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意 F安B、F安I。 (3)列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解。,3.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法：,4.安培力做功： (1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关。,(2)安培力做功的实质：起能量转化的作用。 安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线后转化为导线的动能或其他形式的能。 安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能。,【加固训练】 1.如图所示，水平导轨间距为L=0.5 m，导轨电阻忽略 不计；导体棒ab的质量m=1 kg，电阻R0=0.9 ，与导 轨接触良好；电源电动势E=10 V，内阻r=0.1 ，电 阻R=4 ；外加匀强磁场的磁感应强度B=5 T，方向垂 直于ab，与导轨平面成夹角=53；ab与导轨间的,动摩擦因数为=0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab处于静止状态。已知 sin 53=0.8，cos 53=0.6。求：,(1)通过ab的电流大小和方向。 (2)ab受到的安培力大小。 (3)重物重力G的取值范围。,【解析】(1) 方向由a到b。 (2)F=BIL=5 N。,(3)受力如图所示，fm=(mg-Fcos 53)=3.5 N。,当最大静摩擦力方向向右时， FT=Fsin 53-fm=0.5 N 当最大静摩擦力方向向左时， FT=Fsin 53+fm=7.5 N 所以0.5 NG7.5 N。 答案：(1)2 A 方向由a到b (2)5 N (3)0.5 NG7.5 N,2.如图，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹 簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小 为0.1 T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端 与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势为12 V 的 电池相连，电路总电阻为2 。已知开关断开时两弹 簧的伸长量均为0.5 cm；闭合开关，系统重新平衡 后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了,0.3 cm，重力加速度大小取10 m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量。,【解析】依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下。 开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长为 l1=0.5 cm。 由胡克定律和力的平衡条件得 2kl1=mg ,式中，m为金属棒的质量，k是弹簧的劲度系数，g是重力加速度的大小。 开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为 F=IBL 式中，I是回路电流，L是金属棒的长度，两弹簧各自再伸长了l2=0.3 cm，由胡克定律和力的平衡条件得,2k(l1+l2)=mg+F 由欧姆定律有E=IR 式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻。 联立式，并代入题给数据得 m=0.01 kg,答案：安培力的方向竖直向下 0.01 kg,3.(多选)如图是小丽自制的电流表原理图。质量为m的 均匀细金属杆MN与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连，弹 簧劲度系数为k，