导学教程高考物理总复习 第八章 磁场 第一节 磁场 磁场对电流的作用课件 新人教版.ppt

第八章磁场 2017高考备考导航 第一节磁场磁场对电流的作用 主干回顾 n t 磁感应强度 bs 安培 bil 0 左手 1 判断下列说法的正误 1 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 2 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 3 垂直磁场放置的线圈面积减小时 穿过线圈的磁通量可能增大 自我检测 4 磁感线是真实存在的 5 在同一幅图中 磁感线越密 磁场越强 6 将通电导线放入磁场中 若不受安培力 说明该处磁感应强度为零 7 安培力可能做正功 也可能做负功 c 一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用 则该处磁感应强度一定为零d 小磁针n极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向答案d 3 2016 沈阳模拟 如图8 1 1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 图8 1 1 答案 4 如图8 1 2所示 长为2l的直导线折成边长相等 夹角为60 的v形 并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为b 当在该导线中通以电流强度为i的电流时 该v形通电导线受到的安培力大小为图8 1 2 a 0b 0 5bilc bild 2bil答案c 考点一安培定则的应用和磁场的叠加1 安培定则的应用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 2 磁场的叠加磁感应强度是矢量 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 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叠加而成的 考向1直线电流的磁场的叠加 例1 如图8 1 3所示 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 图8 1 3a 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两点处磁感应强度的方向不同 解析 根据安培定则可知m n导线中的电流在o点产生的磁场方向均垂直于mn连线且由o d 故o处的磁感应强度不为零 选项a错误 由于m n两导线中电流大小相等 根据对称性知ba bb 磁感应强度方向均垂直于mn连线 方向相同 选项b错误 c d关于o点对称 m n两导线中的电流在c d两点产生的磁感应强度的矢量和相等且方向均为c d 选项c正确 由于a b c d四点磁感应强度方向均相同 选项d错误 答案 c 特别提醒 解决磁场叠加问题应注意的三个要点 1 根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向 2 磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向 3 磁感应强度是矢量 多个通电导体产生的磁场叠加时 合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和 考向2环形电流磁场的判断 例2 2016 辽宁质检 如图8 1 4所示 带负电的金属环绕轴oo 以角速度 匀速旋转 在环左侧轴线上的小磁针最后平衡时的位置是 图8 1 4a n极竖直向上b n极竖直向下c n极沿轴线向左d n极沿轴线向右 解析 负电荷匀速转动 会产生与旋转方向反向的环形电流 由安培定则知 在磁针处磁场的方向沿oo 轴向左 由于磁针的n极指为磁场方向 可知选项c正确 答案 c 考点二安培力作用下导体的受力及运动方向的判定1 判定导体运动情况的基本思路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磁感线分布情况 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 5种常用判定方法 考向1安培力作用下的导体运动方向判断 例3 一个可以自由运动的线圈l1和一个固定的线圈l2互相绝缘垂直放置 且两个线圈的圆心重合 如图8 1 5所示 当两线圈中通以图示方向的电流时 从左向右看 线圈l1将 图8 1 5a 不动b 顺时针转动c 逆时针转动d 在纸面内平动 解析 解法一电流元法把线圈l1沿水平转动轴分成上下两部分 每一部分又可以看成无数段直线电流元 电流元处在l2产生的磁场中 根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上 由左手定则可得 上半部分电流元所受安培力均指向纸外 下半部分电流元所受安培力均指向纸内 因此从左向右看线圈l1 将顺时针转动 解法二等效法把线圈l1等效为小磁针 该小磁针刚好处于环形电流i1的中心 小磁针的n极应指向该点环形电流i2的磁场方向 由安培定则知i2产生的磁场方向在其中心处竖直向上 而l1等效成小磁针后 转动前 n极指向纸内 因此小磁针的n极应由指向纸内转为向上 所以从左向右看 线圈l1将顺时针转动 解法三结论法环形电流i1 i2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 从左向右看 线圈l1将顺时针转动 答案 b 考向2用 转换对象 法判断磁铁受力 例4 多选 如图8 1 6所示 圆柱形磁铁静止在斜面上 在垂直于圆柱轴线且过磁铁中心o的直线上有a b c三点 a b关于o点对称 长直导线固定在b点 当导线中通以图示方向的电流时 磁铁仍静止在斜面上 那么 图8 1 6 a 若导线固定在a点 其他条件不变 则磁铁可能沿斜面下滑b 若导线固定在c点 其他条件不变 则磁铁所受斜面的摩擦力可能增大c 若电流反向 其他条件不变 则磁铁一定沿斜面下滑d 若电流反向 其他条件不变 则磁铁受到斜面的摩擦力增大 解析 当通电长直导线固定在b点时 导线受磁场力如图所示 由牛顿第三定律可知磁铁所受磁场力fb 的情况 在沿斜面方向上有fb f mgsin 0 fb fb 则f mgsin fb 可能0 ff 当摩擦力沿斜面向下时 fc fb 则fc f b正确 当电流方向反向 其他条件不变时 导线对磁铁作用力方向沿斜面向下 若摩擦力为静摩擦力 则f mgsin fb 此时若摩擦力仍小于或等于最大静摩擦力 则磁铁仍静止 c错误 由于电流反向前f mgsin fbf总成立 d正确 答案 bd 规律总结 转换研究对象 法的应用在研究直线电流对磁铁的作用的问题中 由于直线电流磁场的特殊性 往往不方便直接分析磁铁的受力情况 根据牛顿第三定律 力的作用是相互的 直线电流与磁铁相互作用 将研究对象由磁铁转换成直线电流 分析直线电流受到的磁铁作用力就方便得多 如本题就是先以直线电流为受力分析对象 然后由牛顿第三定律进行转换 就能够得出磁铁受到的直线电流的作用力 考点三安培力作用下的力电综合问题1 正确掌握安培力的分析方法 1 若磁场和电流垂直 f bil 2 若磁场和电流平行 f 0 3 安培力的方向垂直于磁感线和通电导线所确定的平面 2 对有效长度的理解弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度 如图8 1 7所示 相应的电流方向沿l由始端流向末端 安培力的作用点为等效长度的几何中心 图8 1 7 3 解题的一般步骤 1 确定研究对象 2 将三维图变为二维 画出平面受力分析图 3 列平衡方程 牛顿第二定律方程进行计算 4 涉及功 能关系要用功的定义或动能定理 考向1对有效长度的理解 例5 如图8 1 8所示 ac是一个用长为l的导线弯成的 以o为圆心的四分之一圆弧 将其放置在与平面aoc垂直的磁感应强度为b的匀强磁场中 当在该导线中通以由c到a 大小为i的恒定电流时 该导线受到的安培力的大小和方向是 图8 1 8 答案 c 考向2安培力作用下的平衡问题的计算 例6 2015 课标 如图8 1 9所示 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 图8 1 9 解析 依题意 开关闭合后 电流方向为从b到a 由左手定则可知 金属棒所受的安培力方向为竖直向下 开关断开时 两弹簧各自相对于其原长的伸长量为 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 见解析 考向3安培力作用下的力电综合问题 例7 多选 2014 浙江 如图8 1 10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8 1 10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 图8 1 10a 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 答案 abc 1 2015 海南单科 如图8 1 11所示 a是竖直平面p上的一点 p前有一条形磁铁垂直于p 且s极朝向a点 p后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下 在水平面内向右弯曲经过a点 在电子经过a点的瞬间 条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向 随堂巩固 图8 1 11a 向上b 向下c 向左d 向右 解析p前有一条形磁铁垂直于p 且s极朝向a点 条形磁铁在a点的磁场垂直于竖直平面向外 在电子经过a点的瞬间 由左手定则可知该电子所受洛伦兹力方向向上 a对 b c d错 答案a 2 多选 2015 课标 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 解析任何磁体均具有两个磁极 故a错 指南针之所以能指向南北 是因为指南针的两个磁极受到磁场力的作用 这说明地球具有磁场 即b正确 放在指南针附近的铁块被磁化后 反过来会影响指南针的指向 即c正确 通电直导线产生的磁场对其正下方的指南针有磁场力的作用 会使指南针发生偏转 故d错 答案bc 3 2014 课标 关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力 下列说法正确的是a 安培力的方向可以不垂直于直导线b 安培力的方向总是垂直于磁场的方向c 安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关d 将直导线从中点折成直角 安培力的大小一定变为原来的一半 答案b 4 如图8 1 12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