沪科版高考物理一轮复习：选修3-1第8章第1节《磁场及其对电流的作用》ppt精编课件.ppt

第8章磁场 第8章磁场 第1节磁场及其对电流的作用 一 磁场及其描述1 定义 磁场是磁体 电流周围存在的一种特殊 2 方向 磁场中任一点小磁针 极所受磁场力的方向为该点的磁场方向 物质 N 3 磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁体 电流和运动电荷都有磁场力的作用 4 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场 的物理量 强弱 2 方向 小磁针静止时 极所指的方向 3 大小 B 通电直导线垂直于磁场 4 单位 符号T 1T N 特斯拉 1N A m 5 磁感线 在磁场中人为地画出一系列曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的 的方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 磁感线的疏密程度表示磁场的 磁感应强度 强弱 思考感悟1 磁场中没有磁感线的地方 磁感应强度为零吗 提示 不为零 磁感线是为形象描述磁场而假想的线 二 几种常见的磁场1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图8 1 1 图8 1 1 2 匀强磁场 物理学中 把磁感线间距 相互 且指向相同的磁场叫做匀强磁场 3 电流的磁场和安培定则 相等 平行 1 直线电流的磁场 用右手握住直导线 让 指向电流的方向 所指的方向就是磁感线的环绕方向 大姆指 则弯曲的四指 2 通电螺线管的磁场 右手握住通电螺线管 方向跟电流方向一致 所指的方向为通电螺线管内部的磁感线方向 四指 大姆指 4 地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似 其主要特点有三个 1 地磁场的 在地理南极附近 在地理北极附近 N极 S极 2 地磁场B的水平分量 Bx 总是从地理 指向 而竖直分量 By 则南 北半球相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 南极 北极 3 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁场强弱 且方向水平向 相同 北 三 安培力的大小和方向1 安培力的大小 1 如图8 1 2所示 F 图8 1 2 BILsin 2 磁场和电流垂直时 3 磁场和电流平行时 F 0 2 安培力的方向 1 用左手定则判定 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 且都跟手掌在同一个平面内 F BIL 让磁感线穿入手心 使四指指向 则大拇指所指的方向就是 2 安培力的方向特点 F B F I 即F垂直于 决定的平面 电流方向 安培力的方向 B I 思考感悟2 磁感应强度B的方向是小磁针N极受力方向 通电导线在磁场中受力方向与磁感应强度的方向一致吗 提示 虽然磁感应强度B的方向是小磁针N极受力方向 但通电导线在磁场中受力方向与小磁针受力方向不同 而是与磁感应强度方向垂直 一 对磁感线和磁感应强度的理解1 磁感线的特点 1 磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线 并不是客观存在于磁场中的真实曲线 2 磁感线在磁体 螺线管 外部由N极到S极 内部由S极到N极 是闭合曲线 3 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线较密的地方磁场较强 磁感线较疏的地方磁场较弱 4 磁感线上任何一点的切线方向 都跟该点的磁场 磁感应强度 方向一致 5 磁感线不能相交也不能相切 2 对磁感应强度的理解 1 磁感应强度需要注意的几个特点 磁感应强度由磁场本身决定 就像电场强度由电场本身决定一样 跟该位置放不放通电导线无关 电场强度E是描述电场力的性质的物理量 磁感应强度B是描述磁场力的性质的物理量 为了加深对磁感应强度B的理解 现把这两个物理量比较如下 即时应用1 关于磁感应强度的概念 以下说法中正确的有 C 磁场中电流元受力大的地方 磁感应强度不一定大D 磁场中某点磁感应强度的方向与电流元在此点的受力方向相同解析 选BC 判断磁感应强度的大小 需要在电流元受力最大的前提下进行 选项A B中的力F可能小于或等于最大受力 二 通电导体在安培力作用下运动的判断判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势 首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况 然后利用左手定则准确判定导体的受力情况 进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向 现对五种常用的方法列表如下 特别提醒 1 在应用左手定则判定安培力方向时 磁感线方向不一定垂直于电流方向 但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直 即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 2 有时导体在安培力作用下会出现平动和转动 这时可以应用特殊位置法 即时应用2 如图8 1 3所示 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心 且垂直于线圈平面 当线圈中通入如图方向的电流后 线圈的运动情况是 A 线圈向左运动B 线圈向右运动 图8 1 3 C 从上往下看顺时针转动D 从上往下看逆时针转动解析 选A 法一 电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看做一直线电流 取其中上 下两小段分析 其截面图和受安培力情况如图甲所示 根据对称性可知 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 只有选项A正确 法二 等效法 将环形电流等效成一条形磁铁 如图乙所示 据异名磁极相吸引知 线圈将向左移动 选A 也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 可判断出线圈向左运动 选A 三 安培力公式的理解及应用应用公式F BIL需要注意的几点 1 B与L垂直 2 式中L是有效长度 弯曲导线的有效长度L等于在垂直磁场平面内的投影长度两端点所连直线的长度 如图8 1 4所示 相应的电流方向沿L由始端流向末端 图8 1 4 3 B并非一定是匀强磁场 但一定是导线所在处的磁感应强度 即时应用3 如图8 1 5所示 长为2l的直导线折成边长相等 夹角为60 的V形 并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为B 当在该导线中通以电流强度为I的电流时 该V形通电导线受到的安培力大小为 0B 0 5BIlC BIlD 2BIl 图8 1 5 解析 选C V形导线两部分的受力情况如图所示 其中F BIl V形导线受到的安培力应为这两个力的合力 大小为F合 2Fcos60 BIl 故C项正确 2018 高考新课标全国卷 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 图8 1 6 思路点拨 根据地磁场的分布特点并结合安培定则分析判断 解析 地磁场是从地理的南极附近出来 进入地理的北极附近 除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量 由安培定则 环形电流外部磁场方向向北可知 B正确 A图地表上空磁场方向向南 故A错误 C D在地表上空产生的磁场方向是东西方向 故C D错误 答案 B 方法指引 在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时有所不同 在判定直线电流的磁场方向时 大拇指指向 电流方向 四指指向 磁场绕向 在判定环形电流磁场方向时 四指指向 电流绕向 大拇指指向 环内沿中心轴线的磁感线方向 变式训练 2018 镇江模拟 如图8 1 7所示 若一束电子沿y轴正方向移动 则在z轴上某点A的磁场方向应该是 图8 1 7 A 沿x轴的正向B 沿x轴的负向C 沿z轴的正向D 沿z轴的负向解析 选B 电子沿y轴正方向移动 相当于电流方向沿y轴负方向 根据安培定则可判断在z轴上A点的磁场方向应沿x轴负方向 2018 高考大纲全国卷 如图8 1 8 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 图8 1 8 A a点B b点C c点D d点 思路点拨 根据电流方向判断各点的磁感应强度方向 利用场的叠加原理分析判断 解析 由安培定则画出a b c d的磁感线的分布图 由图可知a c两点的磁场方向相反 当B1 B2时该点处的磁感应强度可能为零 又I1 I2 故该点距I1距离应比距I2大 故C正确 A B D均错误 答案 C 方法引导 空间中磁场叠加 在某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个 即合磁场方向 应用平行四边形定则求解 互动探究上题中 若两导线通入大小相等 方向相同的恒定电流 如图8 1 10所示 与O点相等距离的M N两点的磁感应强度怎样 解析 两根导线分别在M点和N点产生的磁感应强度大小相等 方向相反 所以M点 N点的磁感应强度大小相等 方向相反 答案 大小相等 方向相反 满分样板10分 如图8 1 11所示 光滑导轨与水平面成 角 导轨宽为L 匀强磁场磁感应强度为B 金属杆长也为L 质量为m 水平放在导轨上 当回路总电流为I1时 金属杆正好能静止 图8 1 11 求 1 B至少多大 这时B的方向如何 2 若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上 应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止 思路点拨 解此题注意两点 1 将三维图转化为二维图完成正确的受力分析 2 根据 刚好静止 的条件分析计算B或I 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 画出金属杆受力的截面图如图8 1 12所示 图8 1 12 图8