高考物理一轮复习 8.1 磁场的描述 磁场对电流的作用课件.ppt

第八章磁场 第1节磁场的描述磁场对电流的作用 5 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 电流和运动电荷有力的作用 2 方向 小磁针静止时n极所指的方向 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的强弱和方向的物理量 2 大小 b 通电导线垂直于磁场 3 方向 小磁针静止时n极的指向 6 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 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 2 几种常见的磁场 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图所示 7 2 电流的磁场 8 9 3 匀强磁场在磁场的某些区域内 磁感线为同向等密的平行线 如图所示 10 4 地磁场 地磁的n极在地理南极附近 s极在地理北极附近 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 磁感应强度相同 方向水平向北 11 三 安培力的方向和大小1 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么 大拇指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间的安培力 同向电流互相吸引 反向电流互相排斥 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 bilsin 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 当磁场与电流垂直时 安培力最大 fmax bil 2 当磁场与电流平行时 安培力等于零 12 13 1 多选 下列所示各图中 小磁针的指向正确的是 答案 解析 14 2 多选 下列说法中正确的是 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 解析 15 3 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如图中箭头所示 当没有磁场时 导线呈直线状态 当分别加上方向竖直向上 水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时 描述导线状态的四个图示中正确的是 答案 解析 16 4 如图所示 在a b c三处垂直于纸面放置三根长直通电导线 电流大小相等 a b c是等边三角形的三个顶点 a处电流在三角形几何中心o点产生的磁场的磁感应强度大小为b 则o点处的磁感应强度大小为 a 0b bc 2bd 3b 答案 解析 17 考点一 考点二 例1 对点训练1 安培定则的应用和磁场的叠加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 18 考点一 考点二 例1 对点训练1 多选 2015 湖北武汉调研 两根通电的长直导线平行放置 电流分别为i1和i2 电流的方向如图所示 在与导线垂直的平面上有a b c d四点 其中a b在导线横截面连线的延长线上 c d在导线横截面连线的垂直平分线上 则导线中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是 a a点b b点c c点d d点 答案 解析 19 考点一 考点二 例1 对点训练1 特别提醒 两个电流附近的磁场某处的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度矢量叠加而成的 20 考点一 考点二 例1 对点训练1 如图所示 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 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 a 大小为b 方向沿oa方向b 大小为b 方向竖直向下c 大小为2b 方向沿ob方向d 大小为2b 方向沿oa方向 答案 解析 21 考点一 考点二 例2 对点训练2 安培力的分析与计算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 ilb中l指的是 有效长度 当b与i垂直时 f最大 f ilb 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 2 方向 根据左手定则判断 例3 22 考点一 考点二 例2 对点训练2 例3 答案 解析 23 考点一 考点二 解题探究 本题中计算安培力时通电导线的有效长度等于弧ac的长吗 如果不等于 有效长度是多大呢 如何确定安培力方向 例2 对点训练2 例3 提示 应用左手定则判定 24 考点一 考点二 例2 对点训练2 例3 2015 全国理综 24 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 25 考点一 考点二 例2 对点训练2 例3 解析探究 闭合开关后 导体棒ab受哪几个力的作用 闭合开关前 两弹簧的弹力等于多大 闭合开关后呢 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 提示 重力 安培力 两弹簧的弹力 提示 设弹簧的劲度系数为k l1 0 5cm l2 0 3cm 闭合开关前两弹簧的弹力f1 2k l1 闭合开关后两弹簧的弹力f2 2k l1 l2 26 考点一 考点二 例2 对点训练2 例3 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 27 考点一 考点二 例2 对点训练2 例3 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 28 考点一 考点二 例2 对点训练2 例3 方法归纳 安培力作用下平衡问题的分析思路 29 考点一 考点二 例2 对点训练2 例3 2015 云南昆明调研 如图所示 两平行光滑金属导轨mn pq间距为l 与电动势为e 内阻不计的电源相连 质量为m 电阻为r的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路 回路平面与水平面的夹角为 回路其余电阻不计 为使ab棒静止 需在空间施加一匀强磁场 其磁感应强度的最小值及方向分别为 答案 解析 30 安培力作用下导体运动情况的判断方法1 问题概述 1 问题特点安培力作用下导体的运动问题与力学中的运动问题一样 同样遵从力学基本规律 只是研究对象所受的力中多分析安培力而已 2 规律分析判定通电导体在安培力作用下的运动方向或运动趋势 首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况 再弄清导体中电流方向 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 31 2 几种判定方法 32 例题一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方 如图所示 如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流 则关于导线ab受磁场力后的运动情况 下列说法正确的是 a 从上向下看顺时针转动并靠近螺线管b 从上向下看顺时针转动并远离螺线管c 从上向下看逆时针转动并远离螺线管d 从上向下看逆时针转动并靠近螺线管 解题探究 直导线所在位置的磁场方向如何 提示 左半部分磁场方向斜向上 右半部分磁场方向斜向下 答案 d 33 解析 方法一 电流元法由安培定则可判定通电螺线管产生的磁场方向 导线等效为oa ob两电流元 由左手定则可判定两电流元所受安培力的方向 如图所示 所以从上向下看导线逆时针转动 当转过90 时再用左手定则可判定导线所受磁场力向下 即导线在逆时针转动的同时还要靠近螺线管 选项d正确 34 方法二 结论法结论1 两电流相互平行时无转动趋势 电流方向相同时相互吸引 电流方向相反时相互排斥 结论2 两电流不平行时 将发生转动 有转到两电流相互平行且方向相同的趋势 通电螺线管上部离导线近 所以只考虑这部分电流与导线的作用 此时螺线管相当于垂直纸面向里的直导线 由结论2可知导线ab受磁场力后 从上向下看 逆时针转动并靠近螺线管 选项d正确 35 规律总结 分析通电导体在磁场中运动情况的两个注意1 在应用左手定则判定安培力方向时 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 2 通电导线在磁场中的平衡和加速问题 与力学相比多分析一个安培力 而准确地使用左手定则判断出安培力的方向 作出完整 准确的受力分析图 是解决此类问题的关键 36 跟踪训练如图所示 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 a 向左运动b 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 37 解析 方法一 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 38 方法二 等效法将环形电流等效成小磁针 如图乙所示 根据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 选项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 选项a正确 39 1 2 3 4 5 1 多选 2015 全国理综 18 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 解析 40 1 2 3 4 5 2 如图所示 m n p是以mn为直径的半圆弧上的三点 o为半圆弧的圆心 mop 60 在m n处各有一条长直导线垂直穿过纸面 导线中通有大小相等的恒定电流 方向如图所示 这时o点的磁感应强度大小为b1 若将m处长直导线移至p处 则o点的磁感应强度大小为b2 那么b2与b1之比为 答案 解析 41 1 2 3 4 5 3 2015 河北百校联盟考试 如图所示 甲 乙是两个相同的金属圆环 一条过圆心的直线垂直于两个环面 a b是该直线上的两点 其中b是圆心连线的中点 a是过圆心直线上的一点 a和b到甲圆心的距离相等 现在甲 乙中通以大小相等的电流 结果a b两点的磁感应强度大小分别为b1 b2 且b2 b1 若将乙的电流反向 则 答案 解析 42 1 2 3 4 5 4 如图所示 在蹄形磁铁的上方放置一个可以自由运动的通电线圈abcd 最初线圈平面与蹄形磁铁处于同一竖直面内 则通电线圈运动的情况是 a ab边转向纸外 cd边转向纸里 同时向下运动b ab边转向纸里 cd边转向纸外 同时向下运动c ab边转向纸外 cd边转向纸里 同时向上运动d ab边转向纸里 cd边转向纸外 同时向上运动 答案 解析 43 1 2 3 4 5 5 2015 重庆理综 7 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