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

考纲要求 第1课时磁场的描述磁场对电流的作用 一 磁场及其描述1 磁场 1 磁场是磁体 电流周围存在的一种特殊 2 磁场的方向 小磁针 所受磁场力的方向 3 基本特征 对放入其中的磁体 电流和运动电荷都有 的作用 物质 n极 力 2 磁感应强度 垂直 乘积il b l 特斯拉 特 t n 3 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 4 磁场的叠加 磁感应强度为矢量 合成与分解遵循 切线 平行四边形定则 二 安培力1 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 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 的方向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 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 安培力 b和i bil 电流 思考判断 1 小磁针n极所指的方向就是该处磁场的方向 2 磁感线是真实存在的 3 磁感线越密表示磁场越强 4 将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 5 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 6 安培力一定不做功 7 奥斯特发现了电流可以产生磁场 考点一磁现象和磁场 b b 要点突破 1 几种常见的磁场 1 常见磁体的磁场 2 电流的磁场 2 安培定则 1 对于直线电流的磁场 右手握住通电导线 伸直的大拇指指向电流方向 那么弯曲的四指的方向就是导线周围的磁感线环绕的方向 2 对于环形电流的磁场 用右手握住通电的环形导线 或通电螺线管 弯曲的四指与环形电流的方向一致 那么大拇指的指向就是环形导线轴心上 或通电螺线管内部 的磁感线的方向 3 电场线与磁感线的比较 典例剖析 例1 关于电场和磁场 下列说法正确的是 a 虽然电场不是客观存在的 但是可以用试探电荷去探测它的存在和强弱b 电场线和磁感线是可以形象描述电场强弱和方向的客观存在的曲线c 磁感线和电场线一样都是闭合的曲线d 磁体之间的相互作用是通过磁场发生的 磁场和电场一样 都是客观存在的物质解析电场和磁场都是客观存在的物质 电场线和磁感线都是假想的曲线 实际并不存在 电场线和磁感线的最大区别在于磁感线是闭合的 而电场线不是闭合的 故选项d正确 答案d 例2 如图所示 直导线ab 螺线管c 电磁铁d三者相距较远 它们的磁场互不影响 开关s闭合 则小磁针的北极n 黑色一端 指出磁场方向正确的是 a a cb b cc c dd a d 解析据安培定则判断出 1 ab直导线磁场在小磁针a所在位置垂直纸面向外 所以小磁针a的n极指向正确 2 c左侧为n极 内部磁场向左 所以小磁针c的n极指向正确 小磁针b的n极指向不对 3 d左为s极 右为n极 所以小磁针d的n极指向也不正确 答案a 针对训练 1 电流的磁效应揭示了电与磁的关系 若直导线通有方向垂直纸面向外的恒定电流 则电流的磁感线分布正确的是 答案d 2 如图所示 竖直放置的长直导线通有恒定电流 侧旁小磁针n极的最终指向应为 a 平行纸面向右b 平行纸面向左c 垂直纸面向里d 垂直纸面向外解析根据安培定则可知 导线右侧的磁感线方向垂直纸面向外 故小磁针n极的最终指向应为垂直纸面向外 答案d 3 在重复奥斯特的电流磁效应的实验时 为使实验方便且效果明显 通电直导线应 a 平行于南北方向 位于小磁针上方b 平行于东西方向 位于小磁针上方c 平行于东南方向 位于小磁针下方d 平行于西南方向 位于小磁针下方解析在做奥斯特实验时 为排除地磁场影响 小磁针应南北放置 通电直导线也应南北放置且位于小磁针上方 故选a 答案a 考点二磁感应强度 c c 要点突破 1 磁感应强度由磁场本身决定 与检验电流无关 2 磁感应强度是矢量 磁场叠加时合磁感应强度等于各个磁场的矢量和 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或根据正交分解法进行合成与分解 3 磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场叫做匀强磁场 典例剖析 例1 有关磁感应强度的下列说法正确的是 答案a 例2 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为两根导线附近的两点 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的说法正确的是 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上三点的磁感应强度为零解析根据安培定则和磁场叠加原理 m点和n点的磁感应强度大小相等 方向相反 选项a错误 b正确 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 d错误 答案b 针对训练 1 下列说法正确的是 a 电荷在某处不受电场力的作用 则该处电场强度可能不为零b 一小段通电导线在某处不受磁场力作用 则该处磁感应强度一定为零c 表征电场中某点电场的强弱 是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值d 表征磁场中某点磁场的强弱 是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值 答案c 2 三根平行的长直导线 分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点 三导线中电流方向相同 a b两导线中的电流大小相同 如图所示 已知导线a在斜边中点o处所产生的磁场的磁感应强度大小为b 导线c在斜边中点o处所产生的磁场的磁感应强度大小为2b 则o处的磁感应强度的大小和方向为 解析由安培定则知导线a b在o处产生的磁感应强度大小相等 方向相反 互相抵消 所以o处的磁感应强度即为导线c所产生的磁感应强度 即大小为2b 由安培定则可判定其方向沿oa方向 a b c错误 d正确 答案d 考点三安培力 c d 要点突破 1 安培力的大小 1 当b与i垂直时 f最大 f ilb 当b与i平行时 f最小 f 0 2 公式f bil中的l是指有效长度 当直导线与磁场垂直时 导线在磁场中的部分为有效长度 当弯曲导线与磁场垂直时 有效长度等于连接两端点线段的长度 如图所示 相应的电流沿l由始端流向末端 2 安培力作用下导体运动方向的判断方法 典例剖析 例1 2015 浙江9月测试卷 如图所示是 探究影响通电导线受力的因素 的装置图 实验时 先保持导线通电部分的长度不变 改变电流的大小 然后保持电流不变 改变导线通电部分的长度 对该实验 下列说法正确的是 a 当导线中的电流反向时 导线受到的安培力方向不变b 保持电流不变 接通 1 4 时导线受到的安培力是接通 2 3 时的3倍c 保持电流不变 接通 1 4 时导线受到的安培力是接通 2 3 时的2倍d 接通 1 4 当电流增加为原来的2倍时 通电导线受到的安培力减半 解析接触 1 4 时导线的长度是接触 2 3 时长度的3倍 根据安培力公式f bil知 导线所受安培力也是3倍关系 答案b 例2 2017 上海单科 如图所示 一导体棒ab静止在u形铁芯的两臂之间 电键闭合后导体棒受到的安培力方向 a 向上b 向下c 向左d 向右 解析根据图中的电流方向 由安培定则知u形铁芯下端为n极 上端为s极 ab中的电流方向由a b 由左手定则可知导体棒受到的安培力方向向右 选项d正确 答案d 例3 电磁炮是一种理想的兵器 它的主要原理如图所示 利用这种装置可以把质量为m 2 0g的弹体 包括金属杆ef的质量 加速到6km s 若这种装置的轨道宽d 2m 长l 100m 电流i 10a 轨道摩擦不计且金属杆ef与轨道始终垂直并接触良好 则下列有关轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场力的最大功率结果正确的是 a b 18t pm 1 08 108wb b 0 6t pm 7 2 104wc b 0 6t pm 3 6 106wd b 18t pm 2 16 106w 答案d 方法总结 求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 针对训练 1 始终静止在斜面上的条形磁铁 当其上方水平导线l中通入如图所示方向的电流时 条形磁铁仍处于静止状态 斜面对磁铁的弹力fn和摩擦力ff将 a fn增大 ff减小b fn减小 ff增大c fn ff均增大d fn ff均减小 解析条形磁铁在周围产生磁场 磁感线形状如图所示 根据左手定则判断出导线受力f如图所示 又根据牛顿第三定律可知磁铁受反作用力f 的方向 因为此时磁铁受向左下方的力f 而它仍处于静止状态 所以斜面对它的摩擦力以及弹力都增大了 答案c 2 如图所示 两根光滑金属导轨平行放置 导轨所在平面与水平面间的夹角为 整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中 金属杆ab垂直导轨放置 当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流i时 金属杆ab刚好静止 则 a 磁场方向竖直向上b 磁场方向竖直向下c 金属杆ab受平行导轨向上的安培力d 金属杆ab受水平向左的安培力 解析金属杆静止 则受力平衡 由于磁场方向沿竖直方向 则安培力必沿水平方向 导轨对金属杆必有支持力 只有安培力的方向水平向右 金属杆ab才可能静止 根据左手定则可知磁场方向竖直向上 答案a 3 2016 浙江4月选考 法拉第电动机原理如图所示 条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心 n极向上 一根金属杆斜插在水银中 杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连 电源负极与金属杆上端相连 与电源正极连接的导线插入水银中 从上往下看 金属杆 a 向左摆动b 向右摆动c 顺时针转动d 逆时针转动 解析闭合开关s 有向上的电流通过金属杆 金属杆处在磁铁的磁场中 受到安培力作用 根据左手定则得知 安培力方向与金属杆垂直向里 使金属杆以磁铁棒为轴逆时针转动 选项a b c错误 d正确 答案d 1 如图所示 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与两导线共线 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 解析要合磁感应强度为零 必有i1和i2形成两个磁场等大反向 只有c点有可能 选c 答案c 2 2017 嘉兴模拟 如图所示为电流天平 可用来测定磁感应强度 天平的右臂上挂有一匝数为n的矩形线圈 线圈下端在匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向里 当线圈中通有电流i 方向如图 时 发现天平的右端低左端高 下列哪些调节方案可以使天平水平平衡 a 仅减小电流大小b 仅增大线框的宽度lc 仅减轻左盘砝码的质量d 仅增加线圈的匝数 解析天平左端高右端低 说明左端轻右端重 要使天平平衡 可以增加左盘砝码质量 也可以减小右盘砝码质量 选项c错误 根据左手定则判断可知线圈在磁场中受到竖直向下的安培力f nbil 故也可以减小安培力 等效于减小右盘砝码质量 减小安培力可以采取减小电流大小 减小线框的宽度l或者减少线圈的匝数 选项a正确 b d错误 答案a 3 在磁感应强度为b0 方向竖直向上的匀强磁场中 水平放置一根通电长直导线 电流的方向垂直于纸面向里 如图所示 a b c d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点 在这四点中 a c d两点的磁感应强度大小相等b a b两点的磁感应强度大小相等c c点的磁感应强度的值最小d b点的磁感应强度的值最大 解析通电直导线在c点产生的磁场的磁感应强度方向与b0的方向相反 b d两点的电流磁场与b0垂直 a点电流磁场与b0同向 由磁场的叠加知c点的合磁感应强度最小 答案c 4 如图甲所示 两根光滑平行导轨水平放置 间距为l 其间有竖直向下的匀强磁场 磁感应强度为b 垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒 从t 0时刻起 棒上有如图乙所示的持续交变电流i 周期为t 最大值为im 图甲中i所示方向为电流正方向 则金属棒 a 做先向右再向左的往复运动b 做先向左再向右的往复运动c 做一直向右的直线运动d 受到的安培力做正功解析由f ilb可知 安培力随时间的变化关系与电流随时间变化关系相同 所以金属棒先向右匀加速运动 再向右做匀减速运动 然后重复运动 故选项a b错误 c正确 安培力在一个周期内先做正功 后做负功 故选项d错误 答案c 5 如图 一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中 磁场的磁感应强度大小为0 1t 方向垂直于纸面向里 弹簧上端固定 下端与金属棒绝缘 金属棒通过开关与一电动势为12v的电池相连 电路总电阻为2 已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0 5cm 闭合开关 系统重新平衡后 两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0 3cm 重力加速度大小取10m s2 判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向 并求出金属棒的质量 解析依