高考物理一轮复习 第8章 第1讲 磁场的描述及磁场对电流的作用课件.ppt

第1讲磁场的描述及磁场对电流的作用 1 磁场 1 基本特性 磁场对处于其中的磁体 电流和运动电荷有 的作用 2 方向 小磁针的n极所受磁场力的方向 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的 和 2 大小 b 通电导线垂直于磁场 3 方向 小磁针静止时 的指向 4 单位 特斯拉 t 磁场 磁感应强度 考纲要求 磁场力 强弱 方向 n极 3 匀强磁场 1 定义 磁感应强度的大小 方向 的磁场称为匀强磁场 2 特点匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同 方向相同的平行直线 处处相等 处处相同 判断正误 正确的划 错误的划 1 通电导线在某处所受安培力为零时 此处的磁感应强度一定为零 2 小磁针在磁场中n极的受力方向为该处磁场的方向 3 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有关 4 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 答案 1 2 3 4 磁场的方向 考纲要求 1 磁感线在磁场中画出一些有方向的曲线 使曲线上各点的 方向跟这点的磁感应强度方向一致 2 几种常见的磁场 1 常见磁体的磁场 磁感线通电直导线和通电线圈周围 切线 2 电流的磁场 匀强磁场中的安培力 考纲要求 1 安培力的大小当磁感应强度b的方向与导线方向成 角时 f 这是一般情况下的安培力的表达式 以下是两种特殊情况 1 磁场和电流垂直时 f 2 磁场和电流平行时 f 0 安培力 安培力的方向 考纲要求 bilsin bil 2 安培力的方向 1 用左手定则判定 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 2 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于 决定的平面 电流的方向 安培力的方向 b和i 判断正误 正确的划 错误的划 1 磁感线是为了形象地描述磁场而人为引入的曲线 并不是客观存在着的线 2 磁感线越密 磁场越强 3 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 4 安培力一定不做功 答案 1 2 3 4 基础自测 解析磁感应强度是磁场本身的性质 与放入磁场中的导体的电流或受力大小f无关 a错误 磁感应强度b是矢量 其方向与f总是垂直的 电流方向与f也总是垂直的 b c错误 在确定的磁场中 同一点的磁感应强度b是确定的 由磁场本身决定 与其他外来的一切因素无关 用磁感线的疏密程度表示磁场的强弱 d正确 答案d 2 单选 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如下图中箭头所示 当没有磁场时 导线呈直线状态 当分别加上方向竖直向上 水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时 描述导线状态的四个图示中正确的是 解析通电导线在磁场中受安培力时 可用左手定则判断安培力的方向 答案d 3 单选 在赤道上 地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场 磁感应强度是5 10 5t 如果赤道上有一条沿东西方向的直导线 长40m 载有20a的电流 地磁场对这根导线的作用力大小是 a 4 10 8nb 2 5 10 5nc 9 10 4nd 4 10 2n解析磁场方向是南北方向 电流方向是东西方向 它们相互垂直 可以利用公式f bil来计算此安培力的大小 答案d 4 单选 两根长直导线a b平行放置 如图8 1 1所示为垂直于导线的截面图 图中o点为两根导线连线ab的中点 m n为ab的中垂线上的两点且与a b等距 两导线中通有等大 同向的恒定电流 已知直线电流在某点产生的磁场的磁感应强度b的大小跟该点到通电导线的距离r成反比 则下列说法中正确的是 图8 1 1 a m点和n点的磁感应强度大小相等 方向相同b m点和n点的磁感应强度大小相等 方向相反c 在线段mn上各点的磁感应强度都不可能为零d 若在n点放一小磁针 静止时其北极沿no由n点指向o点解析由安培定则 通电直导线周围磁场特点及矢量的合成知bm垂直mn向下 bn垂直mn向上 且bm bn 而o点的磁感应强度bo 0 b对 a c错 若在n点放一小磁针 静止时其北极垂直mn向上 答案b 5 单选 如图8 1 2所示 ac是一个用长为l的导线弯成的 以o为圆心的四分之一圆弧 将其放置在与平面aoc垂直的磁感应强度为b的匀强磁场中 当在该导线中通以由c到a 大小为i的恒定电流时 该导线受到的安培力的大小和方向是 图8 1 2 1 磁场的叠加 磁感应强度为矢量 合成与分解遵循平行四边形定则 2 不同情况下安培定则的应用 热点一磁场的叠加和安培定则的应用 典例1 2013 海南卷 9 三条在同一平面 纸面 内的长直绝缘导线组成一等边三角形 在导线中通过的电流均为i 方向如图8 1 3所示 a b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上 且到相应顶点的距离相等 将a b和c处的磁感应强度大小分别记为b1 b2和b3 下列说法正确的是 图8 1 3 a b1 b2 b3b b1 b2 b3c a和b处磁场方向垂直于纸面向外 c处磁场方向垂直于纸面向里d a处磁场方向垂直于纸面向外 b和c处磁场方向垂直于纸面向里 解析本题考查磁场的叠加 由于通过三条导线的电流大小相等 结合右手定则可判断出三条导线在a b处产生的合磁感应强度垂直纸面向外 在c处垂直纸面向里 且b1 b2 b3 故选项a c正确 答案ac 反思总结求解有关磁感应强度问题的关键 1 磁感应强度 由磁场本身决定 2 合磁感应强度 等于各磁场的磁感应强度的矢量和 满足平行四边形定则 3 牢记判断电流的磁场的方法 安培定则 并能熟练应用 建立磁场的立体分布模型 记住5种常见磁场的立体分布图 跟踪短训 1 2013 上海卷 13 如图8 1 4所示 足够长的直线ab靠近通电螺线管 与螺线管平行 用磁传感器测量ab上各点的磁感应强度b 在计算机屏幕上显示的大致图象是 图8 1 4 解析通电螺线管外部中间处的磁感应强度最小 所以用磁传感器测量ab上各点的磁感应强度b 在计算机屏幕上显示的大致图象是c 答案c 2 如图8 1 5所示 一根通电直导线放在磁感应强度b 1t的匀强磁场中 在以导线为圆心 半径为r的圆周上有a b c d四个点 若a点的实际磁感应强度为0 则下列说法中正确的是 图8 1 5 通电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三者间方向关系 已知b i的方向 b i不平行时 可用左手定则确定f的唯一方向 f b f i 则f垂直于b和i所构成的平面 但已知f和b的方向 不能唯一确定i的方向 热点二安培力作用下导体的平衡问题 2 大小 由公式f bil计算 且其中的l为导线在磁场中的有效长度 如弯曲通电导线的有效长度l等于连接两端点的直线的长度 相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端 如图8 1 6所示 图8 1 6 典例2 2012 天津卷 2 如图8 1 7所示 金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂 处于竖直向上的匀强磁场中 棒中通以由m向n的电流 平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 如果仅改变下列某一个条件 角的相应变化情况是 a 棒中的电流变大 角变大b 两悬线等长变短 角变小c 金属棒质量变大 角变大d 磁感应强度变大 角变小 图8 1 7 审题指导 1 金属棒mn处于 状态 2 沿mn方向看 画出mn的受力图 3 利用平衡条件列出平衡方程 提示 1 平衡 2 3 bil mgtan 答案a 反思总结1 求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 跟踪短训 3 如图8 1 8所示 质量为m 长为l的导体棒电阻为r 初始时静止于光滑的水平轨道上 电源电动势为e 内阻不计 匀强磁场的磁感应强度为b 其方向与轨道平面成 角斜向上方 开关闭合后导体棒开始运动 则 图8 1 8 4 如图8 1 9所示 有两根长为l 质量为m的细导体棒a b a被水平放置在倾角为45 的光滑斜面上 b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置 且a b平行 它们之间的距离为x 当两细棒中均通以电流强度为i的同向电流时 a恰能在斜面上保持静止 则下列关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法正确的是 图8 1 9 解析要使a恰能在斜面上保持静止 由安培定则可知b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度方向应向上 a正确 a的受力如图甲所示 方法阐述及实例分析 思想方法13 判断通电导体 或磁铁 在安培力作用下运动的常用方法 典例 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8 1 10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 图8 1 10 解析方法一 电流元分析法 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 方法二 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 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 方法三 利用结论法 环形电流i1 i2之间不平行 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 答案b 反思总结判断通电导体在安培力作用下的运动问题时应注意以下两点 1 同一问题可以用多种判断方法分析 可以根据不同的题目选择恰当的判断方法 2 同一导体在安培力作用下 运动形式可能会发生变化 要根据受力情况进行判断 即学即练如图8 1 11所示 条形磁铁放在光滑斜面上 用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡 a为水平放置的直导线的截面 导线中无电流时磁铁对斜面的压力为fn1 当导线中有垂直纸面向外的电流时 磁铁对斜面的压力为fn2 则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是 图8 1 11 a fn1fn2 弹簧的伸长量增大d fn1 fn2 弹簧的伸长量减小解析采用 转换研究对象法 由于条形磁铁的磁感线是从n极出发到s极 所以可画出磁铁在导线a处的一条磁感线 此处磁感应强度方向斜向左下方 如图 导线a中的电流垂直纸面向外 由左手定则可判断导线a必受斜向右下方的安培力 由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力的方向是斜向左上方 所以磁铁对斜面的压力减小 fn1 fn2 同时 由于导线a比较靠近n极 安培力的方向与斜面的夹角小于90 所以电流对磁铁的作用力有沿斜面向下的分力 使得弹簧弹力增大 可知弹簧的伸长量增大 所以正确选项为c 答案c 附 对应高考题组1 2012 大纲全国卷 18 如图所示 两根相互平行的长直导线过纸面上的m n两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b在m n的连线上 o为mn的中点 c d位于mn的中垂线上 且a b c d到o点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 a o点处的磁感应强度为零b a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反c c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同d a c两点处磁感应强度的方向不同 解析根据安培定则判断磁场方向 再结合矢量的合成知识求解 根据安培定则判断 两直线电流在o点产生的磁场方向均垂直于mn向下 o点的磁感应强度不为零 故a选项错误 a b两点的磁感应强度大小相等 方向相同 故b选项错误 根据对称性 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 故c选项正确 a c两点的磁感应强度方向相同 故d选项错误 答案c 2 2012 海南单 10 如图中所示装置可演示磁场对通电导线的作用 电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨 l是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆 当电磁铁线圈两端a b 导轨两端e f 分别接到两个不同的直流电源上时 l便在导轨上滑动 下列说法正确的是 a 若a接正极 b接负极 e接正极 f接负极 则l向右滑动b 若a接正极 b接负极 e接负极 f接正极 则l向右滑动c 若a接负极 b接正极 e接正极 f接负极 则l向左滑动d 若a接负极 b接正极 e接负极 f接正极 则l向左滑动 解析若a接正极 b接负极 电磁铁磁极间磁场方向向上 e接正极 f接负极 由左手定则判定金属杆受安培力向左 则l向左滑动 a项错误 同理判定b d选项正确 c项错误 答案bd 3 2011 课标全国理综 14 为了解释地球的磁性 19世纪安培假设 地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流i引起的 在下列四个图中 正确表示安培假设中环形电流方向的是 解析地磁场的n极在地球南极附近 地磁场的s极在地球北极附近 根据安培定则 可判定电流方向为顺时针方向 站在地球的北极向下看