高考物理一轮复习 第十章 磁场 10.1 磁场的描述 磁场对电流的作用课件.ppt

必考部分电磁学 8 12章 10 1磁场的描述磁场对电流的作用 第十章磁场 高考研读 磁场知识体系 第1节磁场的描述磁场对电流的作用 栏目导航 1 2 3 4 抓知识点 抓重难点 课时跟踪检测 抓易错点 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 电流和运动电荷有的作用 2 方向 小磁针静止时所指的方向 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的的物理量 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 力 n极 强弱和方向 n极 二 磁感线几种常见的磁场1 磁感线在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 切线 加深理解磁感线与电场线的比较 2 电流的磁场 越弱 最强 越弱 3 匀强磁场在磁场的某些区域内 磁感线为的平行线 如图所示 4 地磁场 地磁的n极在地理附近 s极在地理附近 磁感线分布如图所示 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁感应强度 方向水平 同向等密 南极 北极 相同 向北 1 判断正误 磁场中某点磁感应强度的大小 跟放在该点的试探电流元的情况无关 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 磁感线是真实存在的 在同一幅图中 磁感线越密 磁场越强 即时突破 2 如下图所示 甲 乙是直线电流的磁场 丙 丁是环形电流的磁场 戊 己是通电螺线管的磁场 试在各图中补画出电流方向或磁感线方向 答案 三 安培力的大小和方向1 安培力的大小 匀强磁场 f 为磁感应强度与电流方向的夹角 1 当磁场与电流时 安培力最大 fmax bil 2 当磁场与电流时 安培力为零 2 安培力的方向 左手定则伸开左手 使拇指与其余四个手指 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 这时所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 注意 f b且f i 但i与b方向可成任意夹角 bilsin 垂直 平行 垂直 电流 拇指 下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力 其中正确的是 答案 c 即时突破 1 安培定则的 因 和 果 2 磁场的叠加 磁感应强度为矢量 合成与分解遵循平行四边形定则 2017届江苏省苏锡常镇联考 两根相互靠近的长直导线1 2中通有相同的电流 相互作用力为f 若在两根导线所在空间内加一匀强磁场后 导线2所受安培力的合力恰好为零 则所加磁场的方向是 a 垂直纸面向里b 垂直纸面向外c 垂直导线向右d 垂直导线向左 例1 解析 当两根通有大小相同 方向相同的电流时 1 2两导线间的作用力是引力 故2受到向左的安培力 要使导线2所受的安培力的合力恰好为零 故所加的磁场使导线2受到的安培力向右 根据左手定则判断知所加的磁场方向为垂直纸面向外 故b正确 答案 b 求解有关磁感应强度问题的三个关键1 磁感应强度 由磁场本身决定 2 合磁感应强度 等于各磁场的磁感应强度的矢量和 满足平行四边形定则 3 牢记判断电流的磁场的方法 安培定则 并能熟练应用 建立磁场的立体分布模型 提分秘笈 多选 2015年新课标全国卷 指南针是我国古代四大发明之一 关于指南针 下列说法正确的是 a 指南针可以仅具有一个磁极b 指南针能够指向南北 说明地球具有磁场c 指南针的指向会受到附近铁块的干扰d 在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线 导线通电时指南针不偏转答案 bc 跟踪训练1 跟踪训练2 答案 d 通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力学综合模型 该模型一般由倾斜导轨 导体棒 电源和电阻等组成 这类题目的难点是题图具有立体性 各力的方向不易确定 因此解题时一定要先把立体图转化为平面图 通过受力分析建立各力的平衡关系 如下图所示 2015年全国卷 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 电路总电组为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 例2 解析 依题意 开关闭合后 电流方向从b到a 由左手定则可知 金属棒所受的安培力方向竖直向下 开关断开时 两弹簧各自相对于其原长伸长为 l1 0 5cm 由胡克定律和力的平衡条件得2k l1 mg 式中 m为金属棒的质量 k是弹簧的劲度系数 g是重力加速度的大小 开关闭合后 金属棒所受安培力的大小为f ibl 式中 i是回路电流 l是金属棒的长度 两弹簧各自再伸长了 l2 0 3cm 由胡克定律和力的平衡条件得2k l1 l2 mg f 由欧姆定律有e ir 式中 e是电池的电动势 r是电路总电阻 联立 式 并代入题给数据得m 0 01kg 答案 开关闭合后金属棒所受安培力方向竖直向下金属棒质量为0 01kg 具体思维流程如下 提分秘笈 如图所示 金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂 处于竖直向上的匀强磁场中 棒中通过由m向n的电流 平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 如果仅改变下列某一个条件 角的相应变化情况是 a 棒中的电流变大 角变大b 两悬线等长变短 角变小c 金属棒质量变大 角变大d 磁感应强度变大 角变小 跟踪训练3 答案 a 通电导线在安培力作用下运动的判断方法 如图所示 把一根可以自由移动的直导线放在蹄形磁体磁极的正上方 当导线中通以图示方向的电流i时 试判断导线的运动情况 解析 画出导线所在处的磁感线如图甲所示 左侧的磁场斜向上 右侧的磁场斜向下 将导线ab从o点分成两段 由左手定则可得ao段受安培力方向垂直于纸面向外 bo段受安培力的方向垂直纸面向里 所以a端垂直纸面向外运动 b端垂直纸面向里运动 从上向下看 导线ab将绕o点逆时针转动 例3 答案 从上向下看 导线ab逆时针转动 同时向下运动 如图所示 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁体n极附近 磁体的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面 当线圈内通入如图方向的电流后 判断线圈如何运动 例4 解析 解法一 等效法 把环形电流等效为一个小磁针 如图所示 磁体和线圈相互吸引 线圈将向磁体运动 还可以将条形磁体等效为环形电流 根据安培定则可知等效电流方向如图所示 由同向平行电流相互吸引可知 磁体和线圈相互吸引 线圈将向磁体运动 答案 线圈向磁体运动 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路 提分秘笈 安培力是磁场中出现的重要概念 安培力具有力的共性 能产生加速度 能对通电导体做功 音圈电机是一种应用于硬盘 光驱等系统的特殊电动机 如图是某音圈电机的原理示意图 它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成 线圈边长为l 匝数为n 磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下 大小为b 区域外的磁场忽略不计 线圈左边始终在磁场外 右边始终在磁场内 前后两边在磁场内的长度始终相等 某时刻线圈中电流从p流向q 大小为i 1 求此时线圈所受安培力的大小和方向 2 若此时线圈水平向右运动的速度大小为v 求安培力的功率 例5 解析 1 对线圈前后两边所受安培力的合力为零 线圈所受的安培力即为右边所受的安培力 由安培力公式得f nbil 由左手定则知方向水平向右 2 安培力的功率为p f v 联立 式解得p nbilv 答案 1 nbil方向水平向右 2 nbilv 安培力做功与动能定理结合解题 其步骤如下 1 选取研究对象 明确它的运动过程 2 分析研究对象的受力情况 若是立体图就改画成平面图 和各个力做功情况 特别是分析安培力大小和方向 看安培力做正功还是负功 然后求各力做功的代数和 3 明确初 末状态的动能 4 列出动能定理的方程 以及其他必要的解题方程进行求解 提分秘笈 多选 2014年浙江卷 如图1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2所示的持续交变电流i 周期为t 最大值为im 图1中i所示方向为电流正方向 则金属棒 a 一直向右移动b 速度随时间周期性变化c 受到的安培力随时间周期性变化d 受到的安培力在一个周期内做正功 跟踪训练4 故速度随时间周期性变化 选项b正确 受到的安培力随时间周期性变化 选项c正确 受到的安培力在一个周期内先做正功 后做负功 合功为零 故d错误 综上本题选a b c 答案 abc 如图所示为某磁场的一条磁感线 其上有a b两点 则 a a点的磁感应强度一定大b b点的磁感应强度一定大c 因为磁感线是直线 a b两点的磁感应强度一样大d 条件不足 无法判断 答案 d 例1 多选 关于电场强度和磁感应强度 下列说法中正确的是 跟踪训练1 答案 ab 错后感悟 本题易因将电场强度和磁感应强度二者概念混淆而产生错误 对磁感应强度的定义有两点需注意 f bil成立的条件是b与i垂直 安培力 磁感应强度和电流方向间满足左手定则 故安培力的方向与磁感应强度的方向间是垂直关系 如图所示 用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n 10匝 线圈由粗细均匀 单位长度的质量为2 5 10 3kg的导线绕制而成 三条细线呈对称分布 稳定时线圈平面水平 在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁 磁铁的中轴线oo 垂直于线圈平面且通过其圆心o 测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0 5t 方向与竖直线成30 角 要使三条细线上的张力为零 线圈中通过的电流至少为 a 0 1ab 0 16ac 0 01ad 无法确定 例2 答案 a 如图所示 将一个半径为r的金属圆