高三物理一轮复习 第8章 磁场 1 磁场的描述 磁场对电流的作用课件.ppt

第八章磁场 第一单元磁场的描述磁场对电流的作用 填一填 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 小磁针的 所受磁场力的方向 磁场力 n极 强弱 方向 n极 3 匀强磁场 1 定义 磁感应强度的大小 方向 的磁场称为匀强磁场 2 特点 匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的 方向相同的平行直线 处处相等 处处相同 4 磁通量 1 概念 在磁感应强度为b的匀强磁场中 与磁场方向 的面积s和b的乘积 2 公式 3 单位 1wb 1 垂直 bs t m2 练一练 关于磁通量的说法正确的是 a 磁通量不仅有大小而且有方向 所以是矢量b 磁通量越大 磁感应强度越大c 穿过某一面的磁通量为零 该处磁感应强度不一定为零d 磁通量就是磁感应强度 解析 磁通量是标量 没有方向 故a不对 由 bs知 是由b和s两个因素决定 大 有可能是由于s较大造成的 b错 由 bs 知 当线圈平面与磁场平行时 s 0 0 但磁感应强度b不为零 故c对 磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量 故d不对 答案 c 知识点二磁感线 几种常见磁场分布 想一想 如图所示 一通电导线的下方放置一个与导线平行的小磁针 1 若导线中通过如图所示的电流 会发现什么现象 为什么 2 稳定时 小磁针s极会指向哪个方向 填一填 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 方向跟这点的磁感应强度方向一致 2 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布 如图所示 切线 2 地磁场 1 地磁场的n极在地理 附近 地磁场的s极在地理 附近 磁感线分布如图所示 南极 北极 3 电流的磁场 越弱 匀强 最强 越弱 练一练 2015 兰州高三月考 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 在下列四个图中 正确表示安培假设中环形电流方向的是 解析 地磁场的n极在地球南极附近 地磁场的s极在地球北极附近 根据安培定则 可判定电流方向为顺时针方向 站在地球的北极向下看 选项b正确 选项a c d错误 答案 b 知识点三磁场对电流的作用 安培力 想一想 在某地方 放入一小段通电导体受力为零 此处b一定为零吗 提示 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 填一填 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 2 两平行的通电直导线问的安培力 同向电流互相 异向电流互相 垂直 电流 排斥 吸引 拇指 2 安培力的大小当磁感应强度b的方向与导线方向成 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 练一练 如图所示 d为置于电磁铁两极间的一段通电直导线 电流方向垂直于纸面向里 在开关s接通后 导线d所受磁场力的方向是 a 向上b 向下c 向左d 向右 解析 由右手螺旋定则知 软铁芯在导线d处的磁场方向向左 由左手定则可判定导线d受到的磁场力方向向上 a正确 答案 a 考向一对磁感应强度的理解1 磁感应强度是反映磁场性质的物理量 是用比值法定义的 2 匀强磁场 磁感应强度处处相同 磁感线是一组平行且等间距的直线 3 磁感应强度b与电场强度e的比较 典例1 2012 全国大纲卷 如图 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两点和磁感应强度的方向不同 解析 由安培定则可知 两导线在o点产生的磁场均竖直向下 合磁感应强度一定不为零 选项a错 由安培定则 两导线在a b两处产生的磁场方向均竖直向下 由于对称性 电流m在a处产生磁场的磁感应强度等于电流n在b处产生磁场的磁感应强度 同时电流m在b处产生磁场的磁感应强度等于电流n在a处产生磁场的磁感应强度 所以a b两处磁感应强度大小相等方向相同 选项b错 根据安培定则 两导线在c d两处产生的磁场垂直c d两点与导线的连线方向向下 且产生的磁场的磁感应强度相等 由平行四边形定则可知 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 选项c正确 a c两处磁感应强度的方向均竖直向下 选项d错 答案 c 名师点睛 1 在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清 因 和 果 在判定直线电流的磁场方向时 大拇指指 原因 电流方向 四指指 结果 磁场绕向 在判定环形电流的磁场方向时 四指指 原因 电流绕向 大拇指指 结果 环内沿中心轴线的磁感线方向 2 场强的叠加问题是矢量合成的问题 由平行四边形定则求解 针对训练 2013 海南卷 三条在同一平面 纸面 内的长直绝缘导线组成一等边三角形 在导线中通过的电流均为i 方向如图所示 a b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上 且到相应顶点的距离相等 将a b和c处的磁感应强度大小分别记为b1 b2和b3 下列说法正确的是 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 解析 设电流在三个点中离导线较近的点产生的磁场的磁感应强度为b 在较远的点产生的磁场的磁感应强度为b 则b b 根据右手定则可知 a处的磁感应强度b1 b 方向垂直于纸面向外 b处的磁感应强度b2 b 方向垂直于纸面向外 c处的磁感应强度b3 2b b b 方向垂直于纸面向里 a c两项正确 答案 ac 考向二通电导体在安培力作用下的运动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 现对五种常用的方法列表如下 典例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线圈平面 当线圈内通以图中方向的电流后 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 解题引路 解答本题可用两种思考方法 1 把环形电流看成小磁针 2 把环形电流看作很多直线电流组成的 分析每小段直线电流的受力 尝试解题 解析 解法一电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看作一直线电流元 取其中上 下两小段分析 其截面图和受安培力情况如图甲所示 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 只有选项a正确 解法二等效法 将环形电流等效成小磁针 如图乙所示 据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 a正确 也可将左侧条形磁铁等效成环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 也可判断出线圈向左运动 a正确 名师点睛 1 通电导体在磁场中的运动实质是在磁场对电流的安培力作用下导体的运动 2 明确磁场的分布和正确运用左手定则进行判断是解题的关键 针对训练 2 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 第二步 特殊位置分析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 答案 c 如弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度 如图所示 相应的电流方向沿l由始端流向末端 因为任意形状的闭合线圈 其有效长度为零 所以闭合线圈通电后在匀强磁场中 受到的安培力的矢量和为零 2 通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路 1 选定研究对象 2 变三维为二维 如侧视图 剖面图或俯视图等 并画出平面受力分析图 其中安培力的方向要注意f安 b f安 i 3 列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解 3 安培力做功的特点和实质 1 安培力做功与路径有关 不像重力 电场力做功与路径无关 2 安培力做功的实质 起能量转化的作用 安培力做正功 是将电源的能量传递给通电导线后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后储存起来或转化为其他形式的能 典例3 2014 浙江理综 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 一直向右移动b 速度随时间周期性变化c 受到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 针对训练 3 如图所示 光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分 o点为圆弧的圆心 两金属轨道之间的宽度为0 5m 匀强磁场方向如图所示 大小为0 5t 质量为0 05kg 长为0 5m的金属细杆置于金属轨道上的m点 当在金属细杆内通以电流强度为2a的恒定电流时 金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动 已知mn op 1m 则 a 金属细杆开始运动时的加速度大小为5m s2b 金属细杆运动到p点时的速度大小为5m sc 金属细杆运动到p点时的向心加速度大小为10m s2d 金属细杆运动到p点时对每一条轨道的作用力大小为0 75n 特色专题之 将立体图转换成平面图解决与安培力有关的综合问题 例 2015 泉州模拟 如图所示 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 现把一个质量m 0 04kg的导体棒ab放在金属导轨上 导体棒恰好静止 导体棒与金属导轨垂直且接触良好 导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻r0 2 5 金属导轨电阻不计 g取10m s2 已知sin37 0 60 cos37 0 80 求 1 通过导体棒的电流 2 导体棒受到的安培力的大小 3 导体棒受到的摩擦力 解题引路 名师点睛 解决此类问题 首先将此立体图转化为平面图 剖面图 金属杆用圆代替 电流方向用 与 表示 然后画出磁场方向 分析物体的受力 画出物体受力的平面图 列方程求解 迁移训练 1 如图所示 一质量为m的导体棒mn两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上 两导轨平行且间距为l 导轨处在竖直方向的匀强磁场中 当导体棒中通一自右向左的电流i时 导体棒静止在与竖直方向成37 角的导轨上 取sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 磁场的磁感应强度b 2 每个圆导轨对导体棒的支持力大小fn 解析 1 从左向右看 受力分析如图所示 由平衡条件得 tan37 f安 mg f安 bil 解析 金属棒受到四个力作用 重力mg 垂直框面向上的支持力fn 沿框面向上的安培力f安 沿框面的静摩擦力ff静 金属棒静止在框架上 摩擦力ff静的方向可能沿框面向上 也可能向下 需分两种情况考虑 当变阻器r取值较大时 i较小 安培力f较小 在金属棒重力分力mgsin 作用下棒有沿框架下滑趋势 框架对棒的摩擦力沿框面向上 受力如图所示 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 名校模题 1 2015 梅州月考 如图所示 两个完全相同的通电圆环a b的圆心o重合 圆面相互垂直放置 通电电流相同 电流方向如图所示 设每个圆环在其圆心o处独立产生的磁感应强度大小为b0 则o处的磁感应强度大小为 2 2015 江西省重点中学联考 如图所示 一个半径为r的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交 环上各点的磁感应强度b大小相等 方向均与环面轴线方向成 角 环面轴线为竖直方向 若导线环上载有如图所示的恒定电流i 则下列说法正确的是 a 导电圆环有收缩的趋势b 导电圆环所受安培力方向竖直向上c 导电圆环所受安培力的大小为2bird 导电圆环所受安培力的大小为2 birsin 解析 若导线环上载有如图所示的恒定电流i 由左手定则可得导线环上各小段所受安培力斜向内 导电圆环有收缩的趋势 导电圆环所受安培力方向竖直向上 导电圆环所受安培力的大小为2 birsin 选项a b d正确 c错误 答案 abd 必纠错题 3 等边三角形的三个顶点a b c处 各有一根长直导线垂直穿过纸面 三根导线均通有大小不变的恒定电流 方向均垂直于纸面向里 如图所示 已知ia ib 则过c点的导线所受安培力的方向可能是 a f1b f2c f3d f4 错解 易错选b 错因分析 由安培定则可知 导线a b中的电流在c点处所产生的磁场方向分别是偏离pq指向左下方和指向右下方 因ia ib 所以合磁场方向一定介于pq和b c连线之间 从而过c点的导线所受安培力方向可能是f2的方向 故选b 解析 由安培定则可知 通电导线a在导线c处