高考物理总复习 单元知识章节考点课件22.ppt

1 本章内容是电磁学的基础 也是历年高考的热点 包括磁场的基本性质和安培力的知识 洛伦兹力和带电粒子在磁场中运动的知识 带电粒子在复合场中运动的知识等内容 考查的着眼点主要集中在 安培力的应用和带电粒子在磁场中的运动 带电粒子在复合场中的运动 纵观近年高考题可以看出各种题型均出现过 在物理单科或理科综合考试中本单元的内容几乎年年涉及 并且占有较大的分值 且大多是综合性试题 有一定的难度 带电粒子在复合场 重力场 匀强电场 匀强磁场 中的运动是考查的重点 要注意分析粒子的受力情况 运动情况和能量情况 依据受力和初始条件来确定粒子的运动情况 结合受力和运动情况来分析它的能量变化 此外 带电粒子在分立的电磁场中的连续运动和周期性的运动也值得关注 比如粒子从匀强电场进入匀强磁场中的运动 或反之 特别是周期性的运动 它对考生的空间想象能力 分析推理能力以及与其他知识的综合运用能力有较高的要求 要掌握此类问题的解题思路和方法 这些问题在高考中也屡有出现 命题素材较为新颖 往往与生产 科技相联系 2 新课程强调加强物理与生产生活的结合 本章知识与生活 生产科技联系紧密 如指南针 磁电式电表 速度选择器 质谱仪 回旋加速器等 要求考生能从实际问题中建立其物理模型 能用力学的三个观点去分析带电粒子在复合场中的运动规律 注重对物理过程和物理规律的综合分析 这些都可能是今后考查的主要方向 1 本章在介绍了磁现象的电本质的基础上 主要讨论了描述磁场的方法和磁场的相互作用表现及其相关问题 其中磁感应强度 磁通量是电磁学的基本概念 且比较抽象 应认真理解 另外 本章许多知识与力学知识有密切的联系 要能从力和能两个角度 运用牛顿运动定律及能量转化和守恒定律去分析和研究 2 本章有许多涉及空间几何图形的问题 要培养正确作图和识别图形的意识 学会建立二维甚至三维空间坐标系 善于发现各物理量之间的几何关系 进而解决问题 磁场 磁场的力的作用 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动 磁场 磁场 一 磁现象1 磁体能够吸引铁质物体的性质叫磁性 2 磁体中磁性最强的区域叫磁极 同名磁极相互排斥 异名磁极相互吸引 二 磁场1 磁体周围存在磁场 奥斯特实验表明 通电导体周围也存在着磁场 磁场是一种物质 2 磁现象的电本质 1 安培假说认为 在原子 分子等物质微粒内部存在着分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为一个微小的磁体 2 分子电流实际上是由原子内部电子的运动形成的 3 磁现象的电本质 一切磁现象都起源于运动电荷 3 磁极与磁极 磁场与电流 电流与电流之间的相互作用是通过磁场发生的 4 磁场方向 规定在磁场中任一点小磁针n极受力的方向 或者小磁针静止时n极的指向 就是那一点的磁场方向 5 磁感线 1 定义 在磁场中人为地画出一系列曲线 曲线上任意点的切线方向表示该位置的磁场方向 这一系列曲线称为磁感线 它是为了形象化地描述磁场在空间的分布情况而人为假想的有向曲线 2 磁感线是在磁体 螺线管 外部由n极到s极 内部由s极到n极的闭合曲线 3 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线较密的地方磁场较强 磁感线较疏的地方磁场较弱 4 电流 包括直线电流 环形电流 通电螺线管 周围的磁感线方向与电流方向的关系 可由安培定则来判定 5 磁感线的特点 磁感线都是闭合曲线 且不能交叉 相切 记住下列常见磁场的磁感线分布情况 直线电流 环形电流 通电螺线管 条形磁铁 蹄形磁铁 地磁场等 三 磁感应强度1 磁场最基本的性质之一是对放入其中的电流有磁场力的作用 电流垂直于磁场时受磁场力最大 电流与磁场方向平行时 磁场力等于0 在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线 受到的磁场力f与电流i和导线长度l的乘积的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度 定义式为 b f il 磁感应强度的方向就是该位置的磁场方向 2 匀强磁场 若某个区域里磁感应强度大小处处相等 方向都相同 那么这个区域的磁场叫做匀强磁场 两个较大的异名磁极之间 除边缘之外 长直通电螺线管内部 除两端之外 都是匀强磁场 匀强磁场中的磁感线是平行等间距的直线 3 设在磁感应强度为b的匀强磁场中 有一个与磁场方向垂直的平面 面积为s 我们把b与s的乘积叫做穿过这个面积的磁通量 简称磁通 国际单位是韦伯 简称韦 符号是wb 用字母 表示磁通量 则 bs 如果b与平面s不垂直 且s与垂直于b的平面成 角 则 bscos 从 bs得出b s 这表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量 因此又把磁感应强度叫做磁通密度 并且用wb m2做单位 图8 1 1 四 地磁场的主要特点地球的磁场与条形磁体的磁场相似 其主要特点有三个 1 地磁场的n极在地球的南极附近 s极在地球的北极附近 存在磁偏角 磁感线分布如图8 1 1所示 2 地磁场b的水平分量 bx 总是从地球南极指向北极 而竖直分量 by 则南北相反 在南半球垂直水平面向上 在北半球垂直水平面向下3 在赤道平面上 与地球表面距离相等的各点 磁感应强度相等 且方向水平向北 1 为什么说分子电流假说说明了磁现象的电本质 它是怎样解释有关磁现象的 解答 最早揭示磁现象电本质的是安培提出的分子电流假说 1 在原子 分子中有一种环形电流 分子电流 分子电流就是一个小磁体 它的两侧相当于两个磁极 2 条形磁铁的磁场和通电螺线管的磁场很相似的原因 就是因为条形磁铁产生的磁场 可以看做是大量分子的电流产生的 就像通电螺线管是由好多环形电流组成的一样 3 磁铁能产生磁场 电流也能产生磁场 而电流又是电荷的定向移动 所以概括起来讲 磁铁和电流产生磁场的本质都一样 即 运动电荷可以产生磁场 安培分子电流假说可解释磁体的磁场以及以下几种现象 1 软铁棒被磁化 当铁棒受到外界磁场的作用时 它内部的分子电流取向变得大致相同 铁棒被磁化 两端对外界显示出较强的磁作用 形成磁极 2 磁铁受到高温或猛烈的敲击会失去磁性 磁体受到高温或猛烈的敲击时 分子电流在激烈的热运动或机械振动的影响下 取向又变得杂乱了 从而失去了磁性 2 正确理解磁感应强度要注意哪些方面 解答 1 磁感应强度是矢量 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向 即通过该点的磁感线的切线方向 2 磁场的矢量性 磁感应强度是矢量 常将它按矢量的运算法则进行分解 而以其分量来代替它的作用 这在求磁通量 磁场对电流的作用力时较常用 当空间中某点处有多个磁场相叠加时的合磁场也是按矢量合成的方法来求得的 3 给磁感应强度下定义时 通电导线是与磁场方向垂直的 因此 在使用定义式b 时必须要受这个前提条件 i b 的限制 4 磁感应强度是表征磁场本身性质的物理量 在一个确定的磁场中 各处磁感应强度有确定的大小和方向 仅与产生磁场的磁体或电流有关 与在这个地方有无通电导线以及放什么样的通电导线无关 因此 从b 可得出b与f成正比 b与il成反比的说法都是不正确的 3 电场强度e与磁感应强度b的比较解答 电场强度e是描述电场力的性质的物理量 磁感应强度b是描述磁场力的性质的物理量 为了加深对磁感应强度b的理解 现把这两个物理量比较如下 1 磁体与磁现象例1 将铁棒甲的a端靠近小磁针的n极 发现小磁针的n极被吸引 将铁棒乙的b端靠近小磁针的n极 发现小磁针的n极被排斥 那么 将铁棒甲的a端靠近铁棒乙的b端 a b两端相互作用的情况是 a 可能相互排斥b 可能相互吸引c 一定相互排斥d 一定相互吸引 解析 铁棒甲的a端靠近小磁针的n极 发现小磁针的n极被吸引 说明铁棒甲的a端可能是s极 也可能铁棒甲无磁性 将铁棒乙的b端靠近小磁针的n极 发现小磁针的n极被排斥 说明铁棒乙的b端一定是n极 所以 铁棒乙的b端 n极 不论是靠近有磁性的铁棒甲a端 s极 还是靠近无磁性的铁棒甲a端 都会相互吸引 答案 d 方法点拨 本题的关键是要明确磁体与磁体之间有相互作用 磁体与铁棒也会有相互作用 同时又要认识到两种作用的区别 磁体与磁体之间的相互作用遵循 同名磁极相互排斥 异名磁极相互吸引 的规律 而磁体与铁棒之间却始终是相互吸引的 变式训练1 有两根外形完全相同的金属棒 一根是条形磁铁 另一根是铁棒 如果不允许借助其他器材 你能区分它们哪一根是条形磁铁 哪一根是铁棒吗 说说你的做法和判断的依据 解析 不借助其他器材 也能区分这两根外形完全相同的金属棒哪一根是条形磁铁 哪一根是铁棒 做法如下 设两根金属棒分别为a b 手持a棒的一端去接触b棒的中间处 如右图所示 如果两者相互吸引 则a棒是条形磁铁 b棒是铁棒 如果两者没有吸引 则a棒是铁棒 b棒是条形磁铁 判断的依据是 条形磁铁磁性最强的部分在两端 而中间部分磁性很微弱 所以 如果用条形磁铁的一端去接触棒的中间处 它们会相互吸引 而用铁棒的一端去接触条形磁铁的中间处 它们几乎不会相互吸引 2 各种磁场的磁感线例2 如图8 1 2所示 位于通电直导线和通电螺线管附近或内部可自由转动的小磁针a b c d中 d在螺线管内部 其指向正确的是 a a和cb b和dc a和dd b和c 图8 1 2 解析 处在磁场中的小磁针静止时 n极所指的方向与该处的磁场方向一致 根据安培定则画出磁感线 即可确定小磁针n极所指的方向正确的为b c 所以选项d正确 答案 d方法点拨 熟悉各种典型的磁场的磁感线分布情况 正确运用安培定则 明确处在磁场中的小磁针n极的受力方向 小磁针静止时n极所指的方向 该处的磁场方向 磁感应强度的方向等四个方向的同一性 是解决这类问题的关键 变式训练2 9世纪20年代 以数学家赛贝克为代表的科学家已认识到温度差会引起电流 安培考虑到地球自转造成了被太阳照射后正面与背面的温度差 从而提出如下假设 地球磁场是绕地球的环形电流引起的 该假设中电流的方向是 a 与地球自转方向相反b 与地球自转方向相同c 由南向北沿子午线方向d 由赤道向两极沿子午线方向 解析 由安培定则可以确定 与选项a的电流对应的地磁场n极在地球地理位置的南极 s极在地球地理位置的北极 与实际情况相符 选项a正确 由安培定则可以确定与其他选项的电流对应的地磁场均与实际情况不符 答案 a 图8 1 3 3 磁感应强度的矢量性例3 三根平行的直导线 分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点 如图8 1 3所示 现使每条通电导线在斜边中点o所产生的磁感应强度的大小为b 则该处的实际磁感应强度的大小和方向如何 方法点拨 与电场叠加原理一样 磁感应强度也遵循叠加原理 磁感应强度是矢量 与所有矢量一样 运算法则遵循平行四边形定则 变式训练3 2010 海口 两个完全相同的通电圆环a b圆心o重合 圆面相互垂直地放置 通电电流相同 电流方向如图8 1 4所示 设每个圆环在其圆心o处独立产生的磁感应强度为b0 则o处的磁感应强度大小为 a 0b 2b0c b0d 无法确定 图8 1 4 例4 把一个面积为s0 1 2 10 1m2的单匝矩形线圈abcd放在磁感应强度为b 4 10 2t的有界磁场中 线圈平面与磁场方向垂直 线圈平面恰好有一半处在磁场中 另一半处在磁场外面 如图8 1 5所示 求穿过线圈的磁通量是多少 如果以矩形线圈的bd边为转轴 将线圈旋转60 求此时穿过线圈的磁通量又是多少 图8 1 5 解析 根据磁通量公式 bs 由于线圈平面只有一半处在磁场中 所以s s0 2 6 10 2m2穿过线圈的磁通量 bs 4 10 2 6 10 2wb 2 4 10 3wb线圈旋转60 后 线圈平面全部处在磁场中 且s0与垂直于磁场的平面成60 角 根据磁通量公式 bscos 可得 穿过线圈的磁通量 bscos60 4 10 2 1 2 10 1 0 5wb 2 4 10 3wb 方法点拨 对于计算磁通量的问题 关键是正确理解计算磁通量的公式 bscos 中每个物理量的意义 特别注意公式中的s并不一定是线圈的面积 而是有磁感线穿过的这部分面积 变式训练4 如图8 1 6所示