高考物理一轮复习 第九章 磁场 9.1 磁场及其对电流的作用课件.ppt

第九章磁场第1讲磁场及其对电流的作用 知识导图 n极 n极 强弱 闭合 弯曲四指 大拇指 垂直 四指 bil 0 微点拨 1 理解磁感应强度的两个关键 1 磁感应强度的决定因素 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 2 电流磁场的判断 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 3 安培定则 右手螺旋 与左手定则记忆方法 1 左手比右手螺旋多出一个掌心 一个描述三个量 一个描述两个量 2 右手螺旋中 四指弯曲 大拇指伸直 电流或磁感线弯曲时用四指 直线时用大拇指 慧眼纠错 1 磁场是假想的 客观上不存在 纠错 磁场是磁体 电流周围存在的一种特殊物质 是客观存在的 2 磁场中的一小段通电导体在该处受力为零 此处b一定为零 纠错 当b i时 f 0 可见 通电导体受力为零 此处 的磁感应强度b不一定为零 3 由定义式b 可知 电流强度i越大 导线l越长 某点的磁感应强度就越小 纠错 公式b 是磁感应强度的比值定义式 磁感应 强度的大小由磁场自身决定 与电流i和导线长度l 无关 4 磁感线是真实存在的 纠错 5 通电线圈可等效成条形磁铁 它周围的磁感线起始于线圈一端 终止于线圈的另一端 纠错 磁感线是为了形象地描述磁场画出的假想线 磁感线是闭合曲线 没有起点和终点 考点1磁场的理解及安培定则 典题探究 典例1 2017 全国卷 如图 在磁感应强度大小为b0的匀强磁场中 两长直导线p和q垂直于纸面固定 放置 两者之间的距离为l 在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流i时 纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零 如果让p中的电流反向 其他条件不变 则a点处磁感应强度的大小为 导学号04450199a 0b b0c b0d 2b0 解析 选c 如图所示 p q中的电流在a点产生的磁感应强度大小相等 设为b1 由几何关系可知b1 b0 如果让p中的电流反向 其他条件不变时 如图所示 由几何关系可知 a点处磁感应强度的大小为b b0 故c正确 a b d错误 通关秘籍 磁场叠加问题的一般解题思路 1 确定磁场场源 如通电导线 2 定位空间中需求解磁场的点 利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向 如图所示为m n在c点产生的磁场 3 应用平行四边形定则进行合成 如图中的合磁场 考点冲关 1 多选 下列说法正确的是 a 磁场中某点的磁感应强度可以这样测定 把一小段通电导线放在该点时 受到的磁场力f与该导线的长度l 通过的电流i的乘积的比值b 即为磁场中某点的磁感应强度 b 通电导线在某点不受磁场力的作用 则该点的磁感应强度一定为零c 磁感应强度b 只是定义式 它的大小取决于场源及磁场中的位置 与f i l以及通电导线在磁场中的方向无关d 磁场是客观存在的 解析 选c d 只有当通电导线与磁场方向垂直时才有b a错 当导线与磁场平行时 不受磁场力 此时 磁场不为零 b错 b 是定义式 并不决定磁场 磁场强弱取决于场源及磁场中的位置 c正确 磁场与电场一样 都是客观存在的 d正确 2 多选 2017 全国卷 如图 三根相互平行的固定长直导线l1 l2和l3两两等距 均通有电流i l1中电流方向与l2中的相同 与l3中的相反 下列说法正确的是 a l1所受磁场作用力的方向与l2 l3所在平面垂直b l3所受磁场作用力的方向与l1 l2所在平面垂直c l1 l2和l3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1 1 d l1 l2和l3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 1 解析 选b c 设每根直导线电流在另两根直导线处产生的磁场的磁感应强度大小为b0 由安培定则知 l2 l3中的电流在l1处产生的磁场的磁感应强度方向如图所示 它们的夹角为120 合磁感应强度为b1 b0 方向垂直于l2 l3所在的平面 由对称性知 l2处的合磁感应强度为b2 b0 方向垂直于l1 l3所在的平面 l1 l2中的电流在l3处产生的磁场的合磁感应强度为b3 b0 方向平行于l1 l2所在的平面 由左手定则可知 l1所受磁场作用力的方向与l2 l3所在平面平行 l3所受磁场作用力的方向与l1 l2所在平面垂直 每根直导线单位长度所受磁场力f bil b 故l1 l2和l3单位长度所受的磁场作用力大小之比为f1 f2 f3 b1 b2 b3 1 1 故b c选项正确 3 多选 如图所示 在方框中有一能产生磁场的装置 现在在方框右边放一通电直导线 电流方向如箭头方向 发现通电导线受到向右的作用力 则方框中放置的装置可能是 解析 选c d 由左手定则可知方框内装置产生的磁场在通电导线处的方向应向外 根据安培定则可知 选项c d满足要求 加固训练 一束带电粒子沿水平方向匀速飞过小磁针上方时 磁针的n极向西偏转 这一束带电粒子可能是 a 向南飞行的正离子束b 向南飞行的负离子束c 向西飞行的正离子束d 向西飞行的负离子束 解析 选b 向南飞行的正离子束 带正电 形成的电流方向向南 根据安培定则可知 在下方产生的磁场方向向东 则n极转向东 s极转向西 不符合题意 故a错误 向南飞行的负离子束 带负电 形成的电流方向向北 根据安培定则可知 正离子束在下方产生的磁场方向向西 则n极转向西 s极转向东 符合题意 故b正确 向西飞 行的正离子束 带正电 形成的电流方向向西 根据安培定则可知 正离子束在下方产生的磁场方向向南 则n极转向南 不符合题意 故c错误 向西飞行的负离子束 带负电 形成的电流方向向东 根据安培定则可知 在下方产生的磁场方向向北 则n极不偏转 不符合题意 故d错误 考点2判断安培力作用下导体的运动 典题探究 典例2 2017 全国卷 某同学自制的简易电动机示意图如图所示 矩形线圈由一根漆包线绕制而成 漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出 并作为线圈的转轴 将线圈架在两个金属支架之间 线圈平面位于竖直面内 永磁铁置于线圈下方 为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来 该同学应将 导学号04450200 a 左 右转轴下侧的绝缘漆都刮掉b 左 右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉c 左转轴上侧的绝缘漆刮掉 右转轴下侧的绝缘漆刮掉d 左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 右转轴下侧的绝缘漆刮掉 解析 选a d 如果将左 右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 则线圈在安培力作用下转动起来 每转一周安培力驱动一次 可保证线圈不断地转动 a正确 如果左 右转轴上下侧的绝缘漆均刮掉 不能保证线圈持续转动下去 b错误 如果仅左转轴的上侧绝缘漆刮掉 右转轴 的下侧绝缘漆刮掉 则线圈中不可能有电流 因此线圈不可能转动 c错误 如果左转轴上下侧的绝缘漆均刮掉 右转轴仅下侧的绝缘漆刮掉 其效果与a项相同 故d正确 通关秘籍 1 判断导体运动情况的基本思路 首先明确导体所在位置的磁感线的分布情况 然后利用左手定则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 2 常用判断方法 考点冲关 1 将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来 在其附近放一条形磁铁 磁铁的轴线与圆环在同一个平面内 且通过圆环中心 如图所示 当圆环中通以顺时针方向的电流时 从上往下看 a 圆环顺时针转动 靠近磁铁b 圆环顺时针转动 远离磁铁c 圆环逆时针转动 靠近磁铁d 圆环逆时针转动 远离磁铁 解析 选c 将圆环大致分成左 右两部分 右半部分受力指向纸里 左半部分受力指向纸外 故俯视图中 圆环逆时针转动 当圆环转过90 时 圆环右边相当于条形磁铁的s极 故圆环靠近磁铁 综上可知c正确 2 如图所示 在绝缘的水平面上等间距固定着三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同 其中a c导线中的电流方向垂直纸面向外 b导线电流方向垂直纸面向内 每根导线都受到另外两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 以下说法中正确的是 a 导线a所受合力方向水平向右b 导线c所受合力方向水平向右c 导线c所受合力方向水平向左d 导线b所受合力方向水平向左 解析 选b 首先用安培定则判定导线所在处的磁场方向 要注意是合磁场的方向 然后用左手定则判定导线的受力方向 导线b c在a处产生的合磁场方向向上 由左手定则知a所受合力方向水平向左 a错误 导线a b在c处产生的合磁场方向向下 由左手定则知 c所受合力方向水平向右 b正确 c错误 导线a c在b处产生的合磁场的磁感应强度为零 导线b所受合力为零 d错误 加固训练 实验室经常使用的电流表是磁电式仪表 这种电流表的构造如图甲所示 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的 当线圈通以如图乙所示的电流时 下列说法不正确的是 a 线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感线平行b 线圈转动时 螺旋弹簧被扭动 阻碍线圈转动c 当线圈转到图乙所示的位置时 b端受到的安培力方向向上d 当线圈转到图乙所示的位置时 安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 解析 选c 由于磁场是均匀辐向分布的 因此线圈平面始终与磁感线平行 故a正确 线圈转动时 会使弹簧扭动 产生一个阻碍线圈转动的力 故b正确 当线圈转动到图乙所示的位置时 a端所受到的安培力方向向上 b端所受到的安培力方向向下 使线圈顺时针转动 故d正确 c错误 故选c 考点3安培力作用下导体的平衡和加速问题 典题探究 典例3 2015 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 导学号04450201 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 安培力的方向竖直向下0 01kg 迁移训练 迁移1 计算瞬时加速度 典例3 中 闭合开关 系统重新平衡后 重新断开开关的瞬间 金属棒的加速度大小是多少 解析 由2k l1 mg可得 k 10n m重新断开开关的瞬间 根据牛顿第二定律2k l1 l2 mg ma可得 a 6m s2 答案 6m s2 迁移2 磁场方向变化 典例3 中 其他条件不变 磁场方向变为竖直向下 闭合开关 系统平衡后 弹簧的形变量是多少 解析 磁场方向变为竖直向下后 根据左手定则可得 金属棒所受安培力垂直纸面向外 所以 2kx3 2 mg 2 bil 2又因为e ir 可得x3 0 58cm 答案 0 58cm 迁移3 电流方向变化 典例3 中 其他条件不变 电源极性反向 闭合开关 系统平衡后 弹簧的形变量是多少 解析 根据e ir 可得 i大小不变 安培力大小不变 方向改变 根据平衡条件 2kx4 bil mg 可得 x4 0 2cm答案 0 2cm 通关秘籍 1 分析导体在磁场中平衡和加速问题的基本思路 1 确定要研究的导体 2 按照已知力 重力 安培力 弹力 摩擦力的顺序 对导体受力分析 3 分析导体的运动情况 4 根据平衡条件或牛顿第二定律列式求解 2 受力分析的注意事项 1 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于b和i决定的平面 2 安培力的大小 应用公式f bilsin 计算弯曲导线在匀强磁场中所受安培力的大小时 有效长度l等于曲线两端点的直线长度 3 视图转换 对于安培力作用下的力学问题 导体棒的受力往往分布在三维空间的不同方向上 这时应利用俯视图 剖面图或侧视图等 变立体图为二维平面图 加固训练 多选 如图是小丽自制的电流表原理图 质量为m的均匀细金属杆mn与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连 弹簧劲度系数为k 在边长ab l1 bc l2的矩形区域abcd内有匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向垂直纸面向外 mn的右端连接一绝缘轻指针 可指示出标尺上的刻度 mn的长度大于ab 当mn中没有电流通过且处于静止时 mn与ab边重合 且指针指在标尺的零刻度 当mn中有电流时 指针示数可表示电流大小 mn始终在纸面内且保持水平 重力加速度为g 则 a 要使电流表正常工作 金属杆中电流方向应从m至nb 当该电流表的示数为零时 弹簧的伸长量为零c 该电流表的量程是im d 该电流表