高考物理大一轮复习 第八章 第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用课件.ppt

磁场 第八章 第1讲磁场的描述磁场对电流的作用 一 磁场的产生及基本性质1 磁场的产生 磁场是一种物质 产生于磁体和电流周围 2 磁场的基本性质磁场对放入其中的 和 有磁场力的作用 对磁极一定有力的作用 对电流只是可能有力的作用 当电流和磁感线 时不受磁场力作用 磁极 电流 平行 3 磁场的方向规定 小磁针在磁场中静止时 极所指的方向就是该点的磁场方向或者说是小磁针在磁场中 极的受力方向 4 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的 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 简称 符号 n n 强弱和方向 北极 特斯拉 特 t 5 磁通量 1 概念 在匀强磁场中 与磁场方向 的面积s和磁感应强度b的乘积 叫做穿过这个面积的磁通量 2 公式 3 单位 1wb 垂直 bs 1t m2 跟踪训练 1 单选 下列关于磁场的说法正确的是 a 只有磁体周围才存在磁场b 磁场是假想的 不是客观存在的c 磁场的方向就是小磁针静止时南极所指的方向d 磁极与磁极 磁极与电流 电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的 答案 d 二 磁感线 通电导体周围的磁场分布1 磁感线 1 磁感线是用来形象描述磁场中各点的 和 的曲线 是 的物理模型 磁感线上每一点的 就是该点的磁场方向 也就是在该点小磁针静止时n极的指向 磁感线的 表示磁场的强弱 2 磁感线是 曲线 和静电场的电场线不同 3 电流磁场的磁感线绕向可由 判定 它也叫做 磁场方向 强弱 假想 切线方向 疏密 封闭 安培定则 右手螺旋定则 2 要熟记常见的几种磁场的磁感线 如图8 1 1所示 图8 1 1 3 地磁场 地球本身就是一个大磁体 具有以下几个特点 1 地磁场的n极在地理 附近 s极在地理 附近 磁感线分布如图8 1 2所示 图8 1 2 南极 北极 2 地磁场b的水平分量 bx 总是从地球南极指向北极 而竖直分量 by 则南北相反 在南半球垂直于地面向上 在北半球垂直于地面向下 3 在赤道平面上 距离地球表面相等的各点 磁感应强度相等且方向水平向北 4 磁感线和电场线的比较磁感线和电场线的疏密都能形象地表示相应场的强弱 但应注意 1 只有在同一个图中才能根据磁感线或电场线的疏密判定各处相应场的强弱 2 没有画出磁感线或电场线的地方并不表示那里没有磁场或电场存在 跟踪训练 2 单选 2015年福州模拟 已知地磁场的水平分量为b 利用这一值可以测定某一弱磁场的磁感应强度 如图8 1 3所示为测定通电线圈 在南北方向竖直面内 中央一点的磁感应强度的实验 实验方法 图8 1 3 答案 c 3 单选 2015年从化模拟 如图8 1 4所示 带负电的金属环绕轴oo 以角速度 匀速旋转 在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是 a n极竖直向上b n极竖直向下c n极沿轴线向左d n极沿轴线向右 答案 c 图8 1 4 解析 带负电的金属环旋转 可形成环形电流 而产生磁场 负电荷匀速旋转 会产生与旋转方向相反的环形电流 由安培定则 可知在磁针所处的位置磁场方向沿oo 轴向左 由于磁针n极指向为磁场方向 所以选项c正确 三 磁场对电流的作用1 定义 通电导线在磁场中受到的作用力 2 安培力的大小 1 磁场和电流垂直时 f 2 磁场和电流平行时 f 0 ilb 3 安培力的方向 1 用左手定则判定 伸开左手 使大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 这时大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 电流方向 安培力的方向 b与i 4 单选 2015年湛江模拟 一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中 导线上的电流方向由左向右 如图8 1 5所示 在导线以其中心点为轴转动90 的过程中 导线受到的安培力 a 大小不变 方向不变b 由零增大到最大 方向时刻改变c 由最大减小到零 方向不变d 由零增大到最大 方向不变 答案 d 图8 1 5 1 磁体的磁场和电流的磁场一样 都是由电荷运动产生的 磁场与电流方向的关系遵从安培定则 2 磁场可以用磁感线形象地描述 磁感线是闭合的曲线 在磁体外部从n极指向s极 在磁体内部从s极指向n极 磁感线不能相交 也不能相切 3 若某个区域里磁感应强度的大小处处相等 方向处处相同 那么该区域的磁场叫做匀强磁场 匀强磁场中的磁感线是平行 等距的直线 对磁场 磁感线的理解 单选 一束带电粒子沿着水平方向 平行地飞过小磁针上方 如图8 1 6所示 当带电粒子飞过小磁针上方的瞬间 小磁针的s极向纸里转 这束带电粒子可能是 向右飞行的正电荷束 向左飞行的正电荷束 向右飞行的负电荷束 向左飞行的负电荷束a 只有 正确b 只有 正确c 只有 正确d 只有 正确 图8 1 6 解析小磁针的s极向纸里转 n极向纸外转 说明该处的磁场方向为垂直于纸面向外 带电粒子束沿着水平方向运动 相当于一根通电直导线 对通电直导线的磁场由安培定则 可知该导线的电流方向应是水平向左 故应是向左飞行的正电荷束或是向右飞行的负电荷束 答案c一题一得 1 电流的方向是正电荷定向移动的方向 而负电荷定向移动的方向与电流的方向相反 2 小磁针在磁场中静止时n极所指的方向即为该点磁场的方向 单选 2015年茂名质检 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 下图中 正确表示安培假设中环形电流方向的是 答案 b 解析 地球的南极附近为磁场的n极 由右手螺旋定则可知 电流方向如图b 对磁感应强度的理解及其应用 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两点处的磁感应强度的方向不同 解析通电直导线在其周围产生磁场的基本特点是解答本题的切入点 由安培定则分别画出两根直导线在a b c d o点的磁场方向 由平行四边形定则 可得o点的磁感应强度不为0 选项a错误 a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 选项b错误 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向均竖直向下 选项c正确 a c两点处磁感应强度的方向都是竖直向下 方向相同 选项d错误 答案c一题一得先应用安培定则 判断通电导线形成的磁场在某处的磁感应强度的方向 再依据平行四边形定则进行合成 是解决此类问题的基本步骤 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 答案 ac 1 安培力的方向特点 1 与电场力比较磁场和电场有很多相似之处 但是 安培力比库仑力复杂得多 点电荷在电场中受力的方向和电场方向不是相同就是相反 而电流在磁场中受力的方向与磁场的方向不在同一条直线上 而且不在同一个平面内 安培力的方向与磁场方向和电流方向决定的平面垂直 磁场对通电直导线的作用力 安培力 2 方向的确定 通电导线i放在磁场b之中 是安培力f产生的原因 所以f的方向由i b决定 安培力f的方向总与磁场b的方向和通电导线电流i的方向所决定的平面垂直 但磁场b的方向与电流i的方向不一定垂直 可以成任意夹角 由磁场b的方向和电流i的方向确定安培力f的方向是唯一的 但由f和b 或i 的方向确定i 或b 的方向不唯一 当电流方向与磁场方向既不垂直又不平行时 可以通过分解磁场的方向或把导线的长度投影的方法转化成电流方向与磁场方向垂直和平行两种情况来计算 f bilsin b不一定是匀强磁场的磁感应强度 但一定是导线所在处的磁感应强度 2 安培力做功的实质 能量的传递 安培力做正功是将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或转化为其他形式的能 安培力做负功是将其他形式的能转化为电能 然后储存或再转化变为其他形式的能 多选 如图8 1 10所示 在绝缘的水平面上等间距固定着3根相互平行的通电直导线a b和c 各导线中的电流大小相等 其中a c导线中的电流方向垂直于纸面向外 b导线中的电流方向垂直于纸面向里 每根导线都受到另外2根导线对它的安培力作用 则关于每根导线所受安培力的合力 下列说法正确的是 图8 1 10 a 导线a所受合力的方向水平向右b 导线c所受合力的方向水平向右c 导线c所受合力的方向水平向左d 导线b所受合力为零解析由安培定则确定电流磁场的方向 再由磁场的叠加判定a b c处合磁场的方向 由左手定则可得出导线a所受合力方向向左 导线c所受合力方向向右 导线b所受安培力合力为零 故选项b d正确 答案bd 一题一得最容易混淆的是左 右手的使用 必须记清楚 只有在分析受力时才使用左手 其他情况 判断磁场方向 感应电流方向 均使用右手 单选 2015年惠东模拟 如图8 1 11所示 一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 图8 1 11 答案 a 解析 将导线分为3段直导线 根据左手定则分别判断出安培力的方向 根据f ilb计算出安培力的大小 再求合力 导线所受合力f ilb 2ilbsin45 1 ilb 方向沿纸面向上 判断安培力作用下物体的运动方向 常用方法有以下5种 安培力作用下物体运动方向的判断 单选 如图8 1 12所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方 导线可以自由转动 当导线通入图示方向的电流i时 导线的运动情况是 从上往下看 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 图8 1 12 解析 1 电流元法 把直线电流等效为ao ob两段电流元 由左手定则可以判断出ao段受力的方向垂直于纸面向外 ob段受力的方向垂直于纸面向内 因此 从上向下看ab将以中心o为轴顺时针转动 2 特殊位置法 用导线转过90 的特殊位置来分析 根据左手定则判断得安培力的方向向下 故导线在顺时针转动的同时向下运动 答案a 答案 d 解析 对l1由安培定则可知 导线l1上方的磁场方向垂直于纸面向外 且离导线l1的距离越远的地方 磁感应强度越弱 导线l2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右 由于o点的下方磁感应强度较强 则安培力较大 因此l2绕轴o按逆时针方向转动 d项正确 当通电导体在磁场中所受到的安培力 重力等外力的合力为零时 它将处于平衡状态 在分析通电导体在磁场中的平衡问题时其思路和方法与分析力学中的平衡问题是一样的 安培力作用下的平衡问题 答案 1 0 6a 2 19 一题一得分析通电导体在磁场中的受力平衡问题 要先画出题中情景的侧视图 以便对导体棒进行受力分析 同时在分析时一定要注意力的平行四边形定则 力的三角形定则和力的正交分解法的综合应用 2015年泉州模拟 如图8 1 16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