高中物理 8.1磁场及其对电流的作用课件 沪科版.ppt

第1讲磁场及其对电流的作用 考点1磁场 磁感应强度和磁通量 1 磁场磁体与磁体之间 磁体与 之间 以及通电导体与通电导体之间的相互作用是通过 发生的 通电导体 磁场 2 磁通量在匀强磁场中有一个与磁感线方向垂直的平面 若穿过该平面的 有 条 我们就称穿过这个平面的磁通量为 3 磁感应强度物理学中 把垂直穿过某单位面积上的 叫做磁感应强度 magneticinduction 用b表示 磁场中某处磁感应强度的大小表示该处磁场的 即b 4 磁通量与磁感应强度的单位磁通量的单位是韦伯 简称韦 符号是 磁感应强度的单位是特斯拉 简称特 符号是t 则1t 磁感线 磁通量 强弱 wb 磁通量概念的理解 1 bs s scos 其中s 为s在垂直于b方向上的分量 如图甲所示 2 面积s的含义 s不一定是某个线圈的真正面积 而是线圈在磁场范围内的面积 如图乙所示 s应为线圈面积的一半 3 多匝线圈的磁通量 多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关 因为不论线圈匝数多少 穿过线圈的磁感线条数相同 4 合磁通量求法 若某个平面内有不同方向的磁场共同存在 当计算穿过这个面的磁通量时 先规定某个方向的磁通量为正 反方向的磁通量为负 平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 下列说法中正确的是 a 电荷在某处不受到电场力的作用 则该处的电场强度为零b 一小段通电导线在某处不受到磁场力的作用 则该处的磁感应强度一定为零c 把一个试探电荷放在电场中的某点 它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱d 把一小段通电导线放在磁场中某处 它受到的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱 解析 选a c 把电荷放入电场某处 如果电荷没有受到电场力的作用 则该处不存在电场或该处的电场强度为零 故a对 把通电直导线放入某处 如果放置不合适 即使有磁场存在 通电直导线也不受磁场力的作用 故b错 由电场强度的定义式知 电场强度等于试探电荷受到电场力f与所带电量q的比值 故c对 磁感应强度的定义式的成立是有条件的 即通电导线与磁场方向垂直 否则该定义式不成立 故d错 1 磁感线在磁场中人为地画出的一些有方向的曲线 在曲线上 每一点的 方向都在该点磁场的方向上 2 电流的磁场 1 奥斯特实验 奥斯特实验发现了电流的磁效应 即电流可以产生磁场 首次揭示了 的联系 考点2磁感线和电流的磁场 切线 电与磁 2 安培定则 通电直导线 用右手握住导线 让大拇指指向 的方向 则弯曲的四指所指的方向就是 的环绕方向 通电螺线管 让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致 所指的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向 电流 磁感线 大拇指 1 磁体的磁场和地磁场 2 电流的磁场 通电直导线 安培定则 立体图 横截面图 通电螺线管 环形电流 19世纪20年代 以塞贝克 数学家 为代表的科学家已认识到 温度差会引起电流 安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差 从而提出如下假设 地球磁场是由绕地球的环形电流引起的 则该假设中的电流方向是 注 磁子午线是地球磁场n极与s极在地球表面的连线 a 由西向东垂直磁子午线b 由东向西垂直磁子午线c 由南向北沿磁子午线d 由赤道向两极沿磁子午线 解析 选b 如图所示 考虑地球的自转方向 利用安培定则可以判定磁场是由东向西的环形电流产生的 故b正确 1 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指 且都跟手掌在同一个平面内 让磁感线穿入手心 使四指指向 方向 则 所指的方向就是安培力的方向 2 两平行的通电直导线间的安培力 同向电流互相 异向电流互相 考点3磁场对电流的作用 安培力 垂直 电流 大拇指 吸引 排斥 2 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 当磁场与电流 时 安培力最大 fmax bil 2 当磁场与电流 时 安培力等于零 bilsin 垂直 平行 1 安培力公式的应用安培力常用公式f bil 应用时要满足 1 b与l垂直 2 l是有效长度 即垂直磁感应强度方向的长度 如弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度 如图所示 相应的电流方向沿l由始端流向末端 因此任意形状的闭合线圈 其有效长度为零 受到的安培力的矢量和为零 2 通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动的分析方法 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析 2 画出受力平面图 3 依据平衡条件或牛顿第二定律列方程 在图中 标出磁场b的方向 通电直导线中电流i的方向 以及通电直导线所受磁场力f的方向 其中正确的是 解析 选c 根据左手定则 a错误 c正确 电流与磁感线平行时 通电直导线不受安培力 b错误 安培力的方向应和磁感线垂直 d错误 安培定则的应用 例证1 2011 大纲版全国卷 如图 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流i1和i2 且i1 i2 a b c d为导线某一横截面所在平面内的四点 且a b c与两导线共面 b点在两导线之间 b d的连线与导线所在平面垂直 磁感应强度可能为零的点是 a a点b b点c c点d d点 解题指南 解答本题应把握以下三点 1 直线电流的磁场强弱与距离通电导线远近有关 2 直线电流的磁场的磁感线方向服从安培定则 3 磁感应强度是矢量 满足矢量运算法则 自主解答 选c 空间某点的磁感应强度的大小和方向是两条直线电流各自产生的磁场叠加的结果 距离导线越近的地方 磁场越强 根据安培定则 只有在c点 两条导线电流各自产生的磁场才有可能大小相等 方向相反 叠加后互相抵消 磁感应强度为零 总结提升 本题考查磁场的叠加和安培定则的应用 解决此类问题应注意以下几点 1 根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向 2 磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向 3 磁感应强度是矢量 多个通电导体产生的磁场叠加时 合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和 变式训练 2012 海淀区模拟 有两根长直导线a b互相平行放置 如图所示为垂直于导线的截面图 在图中所示的平面内 o点为两根导线连线的中点 m n为两导线附近的两点 它们在两导线连线的中垂线上 且与o点的距离相等 若两导线中通有大小相等 方向相同的恒定电流i 则关于线段mn上各点的磁感应强度 下列说法中正确的是 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 在线段mn上只有一点的磁感应强度为零 解析 选b d 根据安培定则和磁场的叠加原理 m点和n点的磁感应强度大小相等 方向相反 选项a错 b对 在线段mn上只有在o点处 a b两直导线电流形成的磁场的磁感应强度等大反向 即只有o点处的磁感应强度为零 选项c错 d正确 安培力的平衡问题 例证2 2011 上海高考 如图 质量为m 长为l的直导线用两绝缘细线悬挂于o o 并处于匀强磁场中 当导线中通以沿x正方向的电流i 且导线保持静止时 悬线与竖直方向夹角为 则磁感应强度方向和大小可能为 解题指南 解答本题应把握以下四点 1 把立体图转化为平面图 2 根据左手定则确定安培力的方向 3 受力分析 画出安培力和其他力 4 根据平衡条件列出平衡方程 自主解答 选b c 受力平面图如图 对于a选项 安培力水平向内 三力合力不可能为零 a错误 对于b选项 安培力竖直向上 当安培力bil mg时 可以平衡 此时 b正确 对于c选项 安培力水平向外 三力平衡时安培力bil mgtan 此时 c正确 对于d选项 安培力垂直于悬线的方向向内 三力不可能平衡 d错误 总结提升 解答此题的关键是画出导体受力平面图 根据平衡条件确定安培力方向范围 根据左手定则确定磁场方向范围 最后确定磁感应强度大小 对易错选项及错误原因分析如下 变式训练 如图所示 通电细杆ab质量为m 置于倾角为 的导轨上 导轨和杆间不光滑 通有电流时 杆静止在导轨上 如图是四个侧视图 标出了四种匀强磁场的方向 其中摩擦力可能为零的是 解析 选a b 要使静摩擦力为零 如果n 0 必有f 0 b中安培力的方向竖直向上 与重力的方向相反 可能使n 0 b是正确的 如果n 0 则通电细杆受除静摩擦力f以外的其他力的合力只要为零 那么f 0 在a中 通电细杆所受的重力g 支持力n及安培力f安三力的合力可能为零 则通电细杆所受静摩擦力可能为零 c d中 从通电细杆所受到的重力g 支持力n及安培力f安三力的方向分析 合力不可能为零 所以通电细杆所受静摩擦力不可能为零 故正确的选项应为a b 变式备选 一根有质量的金属棒mn 两端用细软导线连接后悬挂于a b两点 棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中 棒中通有电流 方向从m流向n 此时悬线上有拉力 为了使拉力等于零 可 a 适当减小磁感应强度b 使磁场反向c 适当增大电流强度d 使电流反向 解析 选c 根据左手定则 安培力方向竖直向上 故b d错误 根据悬线有向上的拉力 故应增大安培力 a错误 c正确 例证 2012 南京模拟 如图所示 条形磁铁竖直放置 一水平圆环从磁铁上方位置 向下运动 到达磁铁上端位置 套在磁铁上到达中部 再到磁铁下端位置 再到下方 磁铁从 过程中 穿过圆环的磁通量变化情况是 a 变大 变小 变大 变小b 变大 变大 变小 变小c 变大 不变 不变 变小d 变小 变小 变大 变大 规范解答 选b 从条形磁铁磁感线的分布情况看 穿过圆环的磁通量在位置 处最大 所以正确答案为b 熟悉几种常见磁场的磁感线分布图 知道条形磁铁内部的磁感线方向是从s极到n极 1 2011 新课标全国卷 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 选b 由于地磁场的北极在地球的南极附近 由安培定则可知 安培假设中环形电流方向如b图所示 故a c d错 b正确 2 通电螺线管内有一在磁场力作用下处于静止的小磁针 磁针指向如图所示 则 a 螺线管的p端为n极 a接电源的正极b 螺线管的p端为n极 a接电源的负极c 螺线管的p端为s极 a接电源的正极d 螺线管的p端为s极 a接电源的负极 解析 选b 小磁针n极指向螺线管内部磁感线的方向 故p端为n极 再根据安培定则 电流方向从b向a 故a接电源负极 故选b 3 如图所示为两根互相平行的通电直导线a b的横截面图 a b中的电流方向已在图中标出 那么导线a中的电流产生的磁场的磁感线环绕方向及导线b所受的磁场力的方向分别是 a 磁感线顺时针方向 磁场力向左b 磁感线顺时针方向 磁场力向右c 磁感线逆时针方向 磁场力向左d 磁感线逆时针方向 磁场力向右 解析 选b 根据安培定则 a产生的磁场磁感线沿顺时针方向 再根据左手定则 b受磁场力方向向右 故b正确 4 如图所示 两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源 电动势为e 导轨平面与水平面间的夹角 30 金属杆ab垂直导轨放置 导轨与金属杆接触良好 整个装置处于磁感应强度为b的匀强磁场中 当磁场方向垂直导轨平面向上时 金属杆ab刚好处于静止状态 要使金属杆能沿导轨向上运动 可以采取的措施是 a 增大磁感应强度bb 调节滑动变阻器使电流增大c 增大导轨平面与水平面间的夹角 d 将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变 解析 选a b 对金属杆受力分析 沿导轨方向 若想让金属杆向上运动 则增大 a b正确 若增大 则mgsin 增大 c错误 若电流反向 则金属杆受到的安培力反向 d错误 5 如图所示 两平行金属导轨间的距离l 0 40m 金属导轨所在的平面与水平面夹角 37 在导轨所在平面内 分布着磁感应强度b 0 50t 方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场 金属导轨的一端接有电动势e 4 5v 内阻r 0 50 的直流电源 现把一个质量m 0 040kg的导体棒ab放在金属导轨上 导体棒恰好静止 导体棒与金属导轨垂直且接触良好 导体棒与金属导轨接触的两