高考物理一轮复习 第八章 第1单元 磁场的描述 磁场对电流的作用课件.ppt

必考部分 第八章磁场 第1单元磁场的描述磁场对电流的作用 网控基础点提炼命题源 一 磁场 磁感应强度1 磁场 1 基本特性 磁场对处于其中的磁体 电流和 有 的作用 2 方向 小磁针的n极所受磁场力的方向 或自由小磁针静止时 的指向 3 磁体与磁体之间 磁体与电流之间 电流与电流之间的相互作用是通过 发生的 1 运动电荷力 2 n极 3 磁场 读读教材 2 1 强弱方向 3 静止n极3 1 相等相同 二 磁感线 电流的磁场1 磁感线 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 跟这点的磁感应强度方向一致 2 磁感线的 表示磁场的强弱 磁感线切线的方向表示该点磁场的方向 1 切线方向 2 疏密 2 常见磁体的磁场分布规律 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 2 地磁场 地磁场的n极在地理南极附近 s极在地理北极附近 磁感线分布如图所示 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 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁场强弱相同 且方向水平向北 3 电流的磁场越弱sn越弱 三 磁场对电流的作用 安培力1 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 让拇指与其余四个手指 并且都与手掌在同一平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 的方向 这时 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 2 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于 决定的平面 3 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 1 垂直电流拇指 2 电流和磁场 3 吸引排斥 2 安培力的大小当磁感应强度b的方向与导线电流方向成 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 2 当磁场与电流 时 安培力等于零 ilbsin 垂直ilb平行 练练基础 题组一 磁场 磁感应强度 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 某一点的磁感应强度b是确定的 由磁场本身决定 与其他外来的一切因素无关 d正确 2 有a b c d四个小磁针 分别放置在通电螺线管的附近和内部 如图所示 其中小磁针的指向正确的是 a ab bc cd d 3 多选 在xoy平面中有一通电直导线与ox oy轴相交 导线中电流方向如图所示 该区域有匀强磁场 通电直导线所受磁场力的方向与oz轴的正方向相同 该磁场的方向可能是 a 沿z轴正方向b 沿y轴负方向c 沿x轴负方向d 沿z轴负方向 题组二 安培力的大小和方向 解析 由左手定则可判断磁场方向与xoy平面平行 可能沿y轴负方向 也可能沿x轴负方向 选项b c正确 4 2015 渭南质检 如图所示 长方形线框abcd通有电流i 放在直线电流i 附近 以下关于线框四个边所受安培力的说法正确的是 a 线框只有两个边受力 合力向左b 线框只有两个边受力 合力向右c 线框四个边都受力 合力向左d 线框四个边都受力 合力向右 解析 直线电流产生磁场 通电线框处在磁场中 四条边都受安培力 其中ab和cd边所受安培力等大反向 合力为零 ad和bc边所受安培力方向相反 fad fbc 所以c正确 5 关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力 下列说法正确的是 a 安培力的方向可以不垂直于直导线b 安培力的方向总是垂直于磁场的方向c 安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关d 将直导线从中点折成直角 安培力的大小一定变为原来的一半 1 磁场是客观存在的特殊物质 磁感线是形象描述磁场而假想的曲线 2 磁场方向 磁感应强度方向 磁感线的切线方向是相同的 都是小磁针n极的受力方向 3 磁感线是闭合曲线 任意两条磁感线不相交 不相切 不中断 4 电流在磁场中不一定受安培力 而电荷在电场中一定受电场力 小思考微总结 研细核心点练透经典题 1 安培定则的 因 和 果 2 磁场的叠加磁感应强度是矢量 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 考点一安培定则的应用及磁场叠加 试题调研 解题探究 1 直线电流的磁场在空间某处的磁感应强度与哪些因素有关 提示 与电流的大小以及该点到电流的距离有关 在电流相同的情况下 只与距离有关 2 分析a点磁感应强度的大小和方向 提示 靠近a点的两个电流在a点的磁感强度大小相等 方向相反 相互抵消 相当于只有远离a点的电流产生磁场 解析 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 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 叠加时遵循矢量合成法则 名师归纳点题破疑 1 1 2015 石家庄一模 在实验精度要求不高的情况下 可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度 具体做法是 在一根南北方向放置的直导线的正下方10cm处放一个罗盘 导线没有通电时 罗盘的指针 小磁针的n极 指向北方 当给导线通入电流时 发现罗盘的指针偏转一定角度 根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度 现已测出此地的地磁场水平分量b 5 0 10 5t 通电后罗盘指针停在北偏东60 的位置 如图所示 由此测出该通电直导线在其正下方10cm处产生磁场的磁感应强度大小为 类题练熟 a 5 0 10 5tb 1 0 10 4tc 8 66 10 5td 7 07 10 5t 1 2 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 1 基本思路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磁感线分布情况 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 考点二安培力作用下通电导体运动方向的判定 2 常用方法 调研2 如图所示 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 当线圈中通入如图所示方向的电流后 线圈的运动情况是 a 线圈向左运动b 线圈向右运动c 从上往下看顺时针转动d 从上往下看逆时针转动 解析 方法一 电流元法 把圆形线圈分成很多小段 每一小段可以看做一段直线电流 取其中的上下两小段分析 其截面图和所受安培力的情况如图甲所示 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 选项a正确 试题调研 方法二 等效法 将环形电流等效为磁铁 根据安培定则 通电线圈相当于左侧为s极 右侧为n极的磁铁 如图乙所示 根据异名磁极相互吸引 条形磁铁与等效磁铁之间是吸引力 即通电线圈受条形磁铁的作用力向左 故线圈向左运动 选项a正确 答案 a 分析通电导线在安培力作用下的运动问题 首先要明确通电导线所在处的磁场方向 然后用左手定则确定通电导线所受安培力的方向 切记安培力垂直于通电导线和磁场方向决定的平面 注重各种判断法的灵活运用 名师归纳点题破疑 2 1 如图所示 把一通电导线放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以自由移动 当导线通过电流i时 如果只考虑安培力的作用 则从上往下看 导线的运动情况是 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 类题练熟 解析 第一步 电流元法把直线电流等效为oa ob两段电流元 蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元所受安培力方向相反 如图甲所示 可见从上往下看时 导线将逆时针方向转动 第二步 特殊位置法取导线逆时针转过90 的特殊位置来分析 如图b所示 根据左手定则可判断安培力方向向下 故导线在逆时针转动的同时向下运动 2 2 直导线ab与线圈所在的平面垂直且隔有一小段距离 其中直导线固定 线圈可自由运动 当通过如图所示的电流方向时 同时通电 从左向右看 线圈将 a 不动b 顺时针转动 同时向右平移c 顺时针转动 同时向左平移d 逆时针转动 同时向右平移 解析 根据安培定则知 直线电流在左侧点的磁场方向竖直向下 与等高点电流方向平行 所以左侧的等高点不受安培力 同理 右侧的等高点也不受安培力 取线圈上下位置一微元研究 上边微元电流方向向上 直线电流在此处位置产生的磁场方向为左上方 根据左手定则 上边微元受到的安培力垂直纸面向外 下边微元电流方向也向上 直线电流在此处位置产生的磁场方向为右上方 根据左手定则 下边微元所受安培力垂直纸面向里 所以圆形线圈将以等高线的直径为轴顺时针转动 在转动的过程中右侧的电流受到的安培力方向向左 所以线圈会同时向左运动 安培力作用下的平衡问题解题的基本思路和力学问题一样 先取研究对象进行受力分析 然后根据题中平衡条件列式求解 具体求解应注意 1 安培力的大小 1 当通电导体和磁场方向垂直时 f ilb 2 当通电导体和磁场方向平行时 f 0 3 当通电导体和磁场方向的夹角为 时 f ilbsin 2 安培力的方向 1 安培力的方向由左手定则确定 2 f b 同时f i 即f垂直于b和i决定的平面 但i和b不一定垂直 考点三安培力作用下的平衡问题 试题调研 磁感应强度b是描述磁场性质的重要物理量 测定磁感应强度也有许多常用的方法 如电流天平法 利用霍尔效应测定磁感应强度 见本章热点专题 这都要根据磁场的性质 或效应 去测量 名师归纳点题破疑 3 1 在水平面上放一条形磁铁 用轻质弹簧将磁铁和固定挡板连接起来 弹簧处于自然长度 现在磁铁左上方位置固定一导体棒 如图所示 当导体棒中通以垂直纸面向里的电流i时 磁铁恰能静止在原来位置 现将通过导体棒的电流缓慢增大为2i 则以下说法正确的是 a 磁铁向左移动 稳定后导体棒处在磁铁正中位置的上方b 磁铁向左移动 稳定后导体棒仍在磁铁靠左端位置的上方c 磁铁向右移动 稳定后导体棒仍处在磁铁靠左端位置的上方d 磁铁仍静止不动 类题练熟 解析 当导体棒中通以垂直纸面向里的电流i时 导体棒受到的安培力和磁铁的受力如图所示 此时地面静摩擦力最大 若将通过导体棒的电流增大为2i 安培力将增大 地面支持力fn mg fasin 减小 最大静摩擦力减小 同时安培力水平向左的分量fax facos 增大 因此合力向左 磁铁向左移动 c d错误 在磁铁向左移动时 增大 fax facos 减小 同时弹簧被压缩 产生向右的弹力 向左的合力减小 合力减小到0时 fax facos 仍然向左 因此 90 稳定后导体棒仍在磁铁靠左端位置的上方 a错误 b正确 用图形转化法解决与安培力有关的力电综合问题 思想 方法 技巧 十一 名师点睛 在三维空间对物体受力分析时 无法准确画出其受力情况 在解决此类问题时 可将三维立体图转化为二维平面图 即通过画俯视图 剖面图或侧视图等 可较清晰地明确物体受力情况 画出受力分析图 经典范例 如图所示 有一阻值不计 质量为m的金属棒ab可在两条轨道上滑动 轨道宽为l 轨道平面与水平面间的夹角为 置于垂直轨道平面向上的匀强磁场中 磁感应强度大小为b 金属棒与轨道间的最大静摩擦力为重力的k倍 回路中电源电动势为e 内阻不计 轨道电阻