高考物理一轮复习 第8章 磁场 第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用课件 新人教版.ppt

走向高考 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 高考总复习 磁场 第八章 第1讲磁场的描述磁场对电流的作用 第八章 1 知道磁感应强度的概念及定义式 并能理解与应用 2 会用安培定则判断电流周围的磁场方向 3 会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡问题 1 磁场 1 产生 磁场是一种特殊的物质 产生于 和 周围 2 特点 磁场对放入磁场中的磁极和电流 的作用 3 方向 规定磁场中任意一点的小磁针静止时 的指向 小磁针n极受力方向 为该点的磁场的方向 磁场磁感线 磁极 电流 有力 n极 2 磁感线 1 特点 不是真实存在的 是人们为了形象描述磁场而假想的 是闭合曲线 磁体的外部是从n极到s极 内部是从s极到n极 磁感线的密疏表示磁场的强弱 磁感线上某点的 表示该点的磁场方向 2 两种常见的磁感线条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 在磁体的外部 磁感线从n极射出进入s极 在内部也有相应条数的磁感线 图中未画出 与外部磁感线衔接并组成 切线方向 闭合曲线 3 安培定则 右手直导线定则 用右手握住通电直导线 让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致 那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向 右手螺线管定则 用右手握住环形导线 让弯曲的四指所指的方向跟电流的环绕方向一致 那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线的中心轴线上磁感线的方向 4 用安培定则判断典型常见的电流磁场的磁感线分布 直线电流的磁场 如图所示 直线电流的磁感线是在垂直于导线平面上的以导线上某点为圆心的同心圆 其分布呈现 中心密边缘疏 的特征 匀强磁场 如图甲所示 磁场的某些区域内 若磁感线为同向的等间距的平行直线 则这个区域的磁场叫匀强磁场 地球的磁场 地球的磁场与条形磁铁的磁场相似 其主要特点有三个 a 地磁场的n极在地球的南极附近 s极在地球的北极附近 磁感线分布如图乙所示 b 地磁场b的水平分量 bx 总是从地球南极指向地球北极 而竖直分量by在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 c 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁感应强度相等 且方向水平向北 3 磁现象的电本质 1 安培分子电流假说 物质微粒内部存在着环形分子电流 对各种磁现象解释 分子电流取向杂乱无章时无磁性 分子电流取向大致 时有磁性 2 磁现象的电本质 磁铁和电流的磁场都是由 而产生的 相同 运动电荷 描述磁场的物理量 1 磁感应强度 1 物理意义 表示磁场强弱的物理量 2 定义 在磁场中垂直磁场方向的通电导线 受到的安培力跟电流和导线长度的乘积的比值 3 表达式 4 矢量性 方向为该点的磁场方向 即通过该点的磁感线的切线方向 5 单位 特斯拉 t 2 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 距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部的磁场 边缘部分除外 都可以认为是匀强磁场 处处相等 处处相同 安培力 1 安培力的方向 1 安培力 通电导线在磁场中受的力 实验表明安培力的方向与 都有关系 2 左手定则 伸开左手 让拇指与其余四指 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 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 3 两平行的通电直导线 同向电流互相 异向电流互相 磁场方向 电流方向 垂直 电流的方向 拇指 吸引 排斥 2 安培力的大小 1 垂直于匀强磁场放置 长为l的直导线 通过的电流为i时 它所受的安培力 2 当磁感应强度b的方向与导线方向成 角时 f 这是一般情况下安培力的表达式 以下是两种特殊情况 当磁场与电流 时 安培力最大 fmax bil 当磁场与电流 时 即磁场方向与电流方向相同或相反时 安培力为零 f bil bilsin 垂直 平行 4 安培力f 磁感应强度b 电流i三者方向总是相互垂直 5 安培力计算公式f bil的成立条件是磁感应强度b垂直于电流i 即b i 6 磁铁的磁场和电流的磁场本质上是不同的 7 磁感应强度是一个矢量 表示通电导线所受安培力的方向 8 地磁的n极在地球南极附近 赤道表面附近的地磁场可近似认为平行地面向北 9 安培力只能对导体做正功 答案 1 电流在磁场中受力为零 磁感应强度不一定为零 2 在磁体内部 磁感线由s极指向n极 3 同向电流相互吸引 异向电流相互排斥 4 安培力垂直磁场和电流决定的平面 磁场和电流不一定垂直 5 6 磁铁的磁场和电流的磁场本质上是一样的 7 磁感应强度方向是静止小磁针n极的指向或小磁针n极的受力方向 8 9 安培力既可以对导体做正功 也可以对导体做负功 答案 b解析 磁感线的疏密程度表示b的大小 但安培力的大小除跟该处的b的大小和i l有关外 还跟导线放置的方向与b的方向的夹角有关 故c d错误 由a b两处磁感线的疏密程度可判断出bb ba 所以b正确 c 可能在指南针上面有一导线南北放置 通由北向南的电流d 可能在指南针上面有一导线南北放置 通由南向北的电流答案 c解析 若某一条件下该指南针静止时n极指向如题图实线 n极东偏北向 所示 则有一指向东的磁场 由安培定则 可能在指南针上面有一导线南北放置 通由北向南的电流 c正确 答案 c解析 b i时受磁场力最大 故乙 丁图中最大 故c正确 安培定则的应用和磁场的叠加 c 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思路引导 1 根据安培定则判断三条导线分别在a b c处的磁场方向 对于a点 左边导线 右边导线 下边导线 2 磁感应强度的大小与导线的位置有怎样的关系 3 磁场的合成遵从 答案 1 垂直纸面向外 垂直纸面向里 垂直纸面向外 2 离导线越近 磁感应强度越强 3 平行四边形定则解析 靠近a点的两根导线产生的磁场叠加后 磁感应强度为零 a点磁感应强度由离a最远的导线决定 b点的磁感应强度大小与a点相同 对于c点 靠近c的两根导线的磁感应强度方向相同 叠加后的磁感应强度最大 选项a正确 选项b错误 由右手螺旋定则和磁感应强度的矢量叠加可得 c正确 d错误 答案 ac 导体运动趋势的五种判定方法 1 通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的判定步骤 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 2 应用左手定则判定安培力方向时应注意 磁感线方向不一定垂直于电流方向 但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直 即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 解析 方法一 等效分析法 把线圈l1等效为小磁针 该小磁针刚好处于环形电流l2的中心 通电后 小磁针的n极应指向该环形电流l2的磁场方向 由安培定则知l2产生的磁场方向在其中心竖直向上 而l1等效成小磁针 其n极应由纸里转为向上 所以从左向右看顺时针转动 方法二 利用结论法 凡转动 必靠近 环形电流l1 l2之间不平行 则必有相对转动 直到两环形电流同向平行为止 据此可得l1的转动方向应是 从左向右看顺时针转动 方法三 直线电流元法把线圈l1沿转动轴分成上下两部分 每一部分又可以看成无数直线电流元 电流元处在l2产生的磁场中 据安培定则可知各电流元所在磁场方向向上 据左手定则可得 上部电流元所受安培力均指向纸外 下部电流元所受安培力均指向纸内 因此从左向右看线圈l1顺时针转动 答案 b 名师归纳 判断通电导体在安培力作用下的运动问题时应注意以下两点 1 同一问题可以用多种判断方法分析 可以根据不同的题目选择恰当的判断方法 2 同一导体在安培力作用下 运动形式可能会发生变化 要根据受力情况进行判断 答案 a解析 如图甲所示 把直线电流等效为无数小段 中间的点为o点 选择在o点左侧s极右上方的一小段为研究对象 该处的磁场方向指向左下方 由左手定则判断 该小段受到的安培力的方向垂直纸面向里 在o点左侧的各段电流元都受到垂直纸面向里的安培力 把各段电流元受到的力合成 则o点左侧导线受到垂直纸面向里的安培力 同理判断出o点右侧的电流受到垂直纸面向外的安培力 因此 由上向下看 导线沿顺时针方向转动 安培力作用下导体的平衡问题 1 计算安培力公式f bil 应用时要注意 1 b与l垂直 2 l是有效长度 公式f bil中l指的是 有效长度 当b与i垂直时 f最大 f bil 当b与i平行时 f 0 弯曲导线的有效长度l 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 思路引导 1 磁感应强度b与安培力f的方向有何关系 2 什么情况下磁感应强度b最小 答案 1 垂直 2 安培力最小时 磁感应强度b最小 不能正确地分析和求解安培力 c 方向竖直向上 大小为bi2 rsin d 方向斜向上且与竖直方向的夹角为 大小为2 birsin 错因分析 错解1利用 匀强磁场对闭合的通电线圈的安培力的合力总为零 的结论错选a项 错解2误认为磁场方向均与环面轴线方向垂直而错选b项 错解3判断安培力的方向错误而选d项 解析 因f bil只适用于直导线的安培力的计算 所以可以把导电圆环进行无限分割 分割后的微元可以看作是直线 将导线分成小的电流元 任取一小段电流元为对象 把磁场分解成水平方向和竖直方向两个分量 则竖直方向的分磁场产生的安培力为零 水平方向的分磁场产生的安培力为 f bil 2 birsin 方向为竖直向上 所以选项c正确 答案 c 误区警示 分析和求解安培力时容易出现以下错误 1 不能正确地对磁场进行叠加求合磁感应强度 2 错误地认为通电导体棒在磁场中一定受到安培力作用 3 当通电导线为折线或曲线时 不会求有效长度 4 当导体棒与磁场不垂直时 不会对磁场进行分解 5 不能正确引入 电流元 进行分析和计算 导致无法解答 安培力作用下的综合问题 分析有安培力参与的物体的运动问题应明确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 1 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 2 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 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思路引导 1 试分析安培力的变化特点 2 试分析金属棒的运动性质 答案 1 因b i l的大小均不变 由f安 bil得 f安的大小没变 又因i反向 所以安培力的方向随i方向的变化而变化 由左手定则得安培力的方向先向右再向左 2 金属棒受重力 弹力 安培力 其合力为f安 且大小不变 所以金属棒从静止开始 先向右匀加速运动 再向右匀减速运动 不断重复 解析 本题考查通电导体在磁场中运动 解题关键是结合受力分析 进行运动过程的分析 取安培力向左的方向为正方向 作出导体棒受安培力随时间变化的图象如图甲所示 再根据受力情况 作出导体棒的v t图象 v向右为正方向 如图乙所示 从甲图可知安培力随时间周期性变化 c正确 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答案 d 解析 指南针不可以仅具有一个磁极 故a错误 指南针能够指向南北 说明地球具有磁场 故b正确 当附近的铁块磁化时 指南针的指向会受到附近铁块的干扰 故c正确 根据安培定则 在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线 导线通电时会产生磁场 指南针会偏转 故d错误 答案 a解析 天平处于平衡状态 说明线圈受到的重力和安培力的合力等于两侧砝码重力差 根据安培力公式f bil 知选项a中线圈在磁场中有效长度最大 所受安培力最大 磁场发生微小变化 安培力变化最大 天平最容易失去平衡 选项a符合题意