高考物理一轮复习 第8章 磁场 基础课时22 磁场的描述及磁场对电流的作用课件.ppt

高考导航 基础课时22磁场的描述及磁场对电流的作用 知识梳理 知识点一 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 的作用 2 方向 小磁针的 所受磁场力的方向 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的 和 2 大小 b 通电导线垂直于磁场 3 方向 小磁针静止时 的指向 4 单位 特斯拉 t 力 磁场 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 疏密程度相同 方向相同的平行直线 知识点二 磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向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 处处相等 处处相同 切线 2 几种常见的磁场 1 常见磁体的磁场 2 电流的磁场 知识点三 安培力 安培力的方向匀强磁场中的安培力1 安培力的大小 1 磁场和电流垂直时 f 2 磁场和电流平行时 f 2 安培力的方向左手定则判断 1 伸出左手 让拇指与其余四指 并且都在同一个平面内 2 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 方向 3 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 电流 拇指 垂直 bil 0 思考 1 磁场中的一小段通电导体在该处受力为零 此处b一定为零吗 2 利用左手定则判断两平行的通电 同向 异向 直导线间的安培力是引力还是斥力 诊断自测 答案d 2 在磁场中某区域的磁感线如图1所示 则 图1a a b两处的磁感应强度的大小不等 且ba bbb a b两处的磁感应强度的大小相等c 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大d 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小 解析磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小 安培力的大小跟该处的磁感应强度的大小 i l和导线放置的方向与磁感应强度的方向的夹角有关 故c d错误 由a b两处磁感线的疏密程度可判断出ba bb 所以a正确 b错误 答案a 3 在如图所示的四幅图中 正确标明通电导线所受安培力f方向的是 解析根据左手定则可知 a b c图中安培力方向应向下 d图中安培力垂直于电流和磁场向纸外 故正确答案为b 答案b 4 多选 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2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 图2 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由于通过三条导线的电流大小相等 结合右手螺旋定则可判断出三条导线在a b处产生的合磁感应强度垂直纸面向外 在c处垂直纸面向里 且b1 b2 b3 故选项a c正确 答案ac 5 在赤道上 地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场 磁感应强度是5 10 5t 如果赤道上有一条沿东西方向的直导线 长40m 载有20a的电流 地磁场对这根导线的作用力大小是 a 4 10 8nb 2 5 10 5nc 9 10 4nd 4 10 2n解析磁场方向是南北方向 电流方向是东西方向 它们相互垂直 可以利用公式f bil来计算此安培力的大小 其大小为f bil 5 10 5 20 40n 4 10 2n 答案d 考点一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 例1 2016 江苏省苏锡常镇联考 两根相互靠近的长直导线1 2中通有相同的电流 相互作用力为f 若在两根导线所在空间内加一匀强磁场后 导线2所受安培力的合力恰好为零 则所加磁场的方向是 图3 a 垂直纸面向里b 垂直纸面向外c 垂直导线向右d 垂直导线向左 解析当两根通有大小相同 方向相同的电流时 1 2两导线间的作用力是引力 故2受到向左的安培力 要使导线2所受的安培力的合力恰好为零 故所加的磁场使导线2受到的安培力向右 根据左手定则判断知所加的磁场方向为垂直纸面向外 故b正确 b 规律方法求解有关磁感应强度问题的三个关键 1 磁感应强度 由磁场本身决定 2 合磁感应强度 等于各磁场的磁感应强度的矢量和 满足平行四边形定则 3 牢记判断电流的磁场的方法 安培定则 并能熟练应用 建立磁场的立体分布模型 变式训练 1 与地磁场有关的考查 多选 2015 新课标全国卷 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解析指南针有n s两个磁极 受到地磁场的作用静止时s极指向南方 选项a错误 b正确 指南针有磁性 可以与铁块相互吸引 选项c正确 由奥斯特实验可知 小磁针在通电导线放置位置合适的情况下 会发生偏转 选项d错误 bc 图4 答案d 考点二安培力的分析与计算安培力的大小 计算安培力常用公式f bil 应用时要满足 1 b与l垂直 2 l是有效长度 即垂直磁感应强度方向的长度 例如 如图5所示通电导线 在判断和计算安培力的方向和大小时均可等效为计算和判断ac直导线的安培力的大小和方向 图5 例2 2015 陕西宝鸡质检 如图6所示 将一个半径为r的导电金属圆环串联接入电路中 电路的电流为i 接入点a b是圆环直径上的两个端点 流过圆弧acb和adb的电流相等 金属圆环处在磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向与圆环所在平面垂直 则金属圆环受到的安培力为 图6a 0b birc 2 bird 2bir 答案d 变式训练 3 2015 江苏单科 4 如图7所示 用天平测量匀强磁场的磁感应强度 下列各选项所示的载流线圈匝数相同 边长mn相等 将它们分别挂在天平的右臂下方 线圈中通有大小相同的电流 天平处于平衡状态 若磁场发生微小变化 天平最容易失去平衡的是 图7 解析由题意知 处于磁场中的导体受安培力作用的有效长度越长 根据f bil知受安培力越大 磁场发生微小变化 安培力变化最大 天平越容易失去平衡 由图知选项a中导体的有效长度最大 所以a正确 答案a 考点三安培力作用下导体的平衡问题通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力学综合模型 该模型一般由倾斜导轨 导体棒 电源和电阻等组成 这类题目的难点是题图具有立体性 各力的方向不易确定 因此解题时一定要先把立体图转化成平面图 通过受力分析建立各力的平衡关系 如图8所示 图8 例3 名师改编 如图9所示 在倾角为 37 的斜面上 固定一宽为l 1 0m的平行金属导轨 现在导轨上垂直导轨放置一质量m 0 4kg 电阻r0 2 0 长为1 0m的金属棒ab 它与导轨间的动摩擦因数为 0 5 整个装置处于方向竖直向上 磁感应强度大小为b 2t的匀强磁场中 导轨所接电源的电动势为e 12v 内阻r 1 0 若最大静摩擦力等于滑动摩擦力 滑动变阻器的阻值符合要求 其他电阻不计 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 现要保持金属棒ab在导轨上静止不动 求 图9 1 金属棒所受安培力的取值范围 2 滑动变阻器接入电路中的阻值范围 解析 1 当金属棒刚好达到向上运动的临界状态时 金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力 方向平行斜面向下 设金属棒受到的安培力大小为f1 其受力分析如图甲所示 则有 fn f1sin mgcos f1cos mgsin fmaxfmax fn以上三式联立并代入数据可得f1 8n当金属棒刚好达到向下运动的临界状态时 设金属棒受到的安培力大小为f2 其受力分析如图乙所示 则有fn f2sin mgcos f2cos fmax mgsin fmax fn 设电流为i2 4a时滑动变阻器接入电路中的阻值为r2 由闭合电路欧姆定律 有e i2r i2 r0 r2 代入数据可得r2 0所以滑动变阻器接入电路中的阻值范围为0 r 30 方法提炼1 求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 2 求解关键 1 电磁学问题力学化 2 立体图形平面化 变式训练 4 如图10所示 金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂 处于竖直向上的匀强磁场中 棒中通以由m向n的电流 平衡时两悬线与竖直方向夹角均为 如果仅改变下列某一个条件 角的相应变化情况是 图10a 棒中的电流变大 角变大b 两悬线等长变短 角变小c 金属棒质量变大 角变大d 磁感应强度变大 角变小 答案a 考点四安培力作用下导体的运动问题 例4 2015 郑州二模 如图11所示 用绝缘细线悬挂一个导线框 导线框是由两同心半圆弧导线和直导线ab cd ab cd在同一条水平直线上 连接而成的闭合回路 导线框中通有图示方向的电流 处于静止状态 在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线p 当p中通以方向向外的电流时 图11 a 导线框将向左摆动b 导线框将向右摆动c 从上往下看 导线框将顺时针转动d 从上往下看 导线框将逆时针转动解析当直导线p中通以方向向外的电流时 由安培定则可判断出长直导线p产生的磁场方向为逆时针方向 磁感线是以p为圆心的同心圆 半圆弧导线与磁感线平行不受安培力 由左手定则可判断出直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向外 cd所受的安培力方向垂直纸面向里 从上往下看 导线框将逆时针转动 故d正确 答案d 拓展延伸 1 若在 例4 中 将p中通以方向向里的电流 试分析导线框的运动情况 2 若在 例4 中 将直导线p撤去 在导线框所在平面加垂直纸面向里的匀强磁场 试分析导线框的运动情况及导线框对细线的拉力大小 解析 1 若直导线p中通以方向向里的电流时 由安培定则可判断出长直导线p产生的磁场方向为顺时针方向 由左手定则可判断出直导线ab所受的安培力方向垂直纸面向里 cd所受的安培力方向垂直纸面向外 从上往下看 导线框将顺时针转动 2 大半圆弧的有效长度与小半圆弧及直导线ab cd的总有效长度相同 电流方向相反 由f bil和左手定则可以判断导线框两部分所受的安培力等大 反向 故导线框保持静止状态 且对细线的拉力等于导线框自身的重力大小 答案 1 从上往下看 导线框将顺时针转动 2 导线框静止等于导线框自身的重力大小 反思总结1 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路 2 判定安培力作用下导体运动情况的常用方法 变式训练 5 多选 如图12所示 台秤上放一光滑平板 其左边固定一挡板 一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来 此时台秤读数为f1 现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒 当导体棒中通以方向如图所示的电流后 台秤读数为f2 则以下说法正确的是 图12a 弹簧长度将变长b 弹簧长度将变短c f1 f2d f1 f2 解析如图甲所示 导体棒处的磁场方向指向右上方 根据左手定则可知 导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方 根据牛顿第三定律 对条形磁铁受力分析 如图乙所示 所以fn1 fn2即台秤示数f1 f2 在水平方向上 由于f 有向左的分力 磁铁压缩弹簧 所以弹簧长度变短 答案bc 1 2016 江苏南京模拟 如图13所示 直导线ab与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离 其中直导线固定 线圈可自由运动 当同时通有图示方向电流时 从左向右看 线圈将 图13a 不动b 顺时针转动 同时靠近导线c 逆时针转动 同时离开导线d 逆时针转动 同时靠近导线 解析由安培定则可知直线电流ab的磁场在其右方方向垂直纸面向里 利用等效法将自由移动的环形电流看成小磁针 其n极将转向纸面里 排除a b 用转到线圈平面趋近纸面时的特殊位置分析 由结论法 同向电流相吸 反向电流相斥 可知 线圈左侧受直导线引力 右侧受直导线斥力 离直导线越近磁感应强度越大 安培力越大 使得线圈所受直线电流的安培力向左 即线圈在靠近导线 答案d 2 2014 新课标全国卷 15 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 3 如图14所示 一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1t的匀强磁场中 在以导线截面的中心为圆心 r为半径的圆周上有a b c d四个点 已知a点的磁感应强度为0 则下列叙述正确的是 图14 答案b 4 如图15所示 两平行导轨与水平面成 37 角 导轨间距为l 1 0m 匀强磁场的磁感应强度可调 方向垂直导轨所在平面向下 一金属杆长也为l 质量m 0 2kg 水平放在导轨上 与导轨接触良好而处于静止状态 金属杆与导轨间的动摩擦因数 0 5 通有图示方向的电流 电流强度i 2 0a 令最大静摩擦力等于滑动摩擦力 则磁感应强度的最大值和最小值分别为 图15 a 1 0t0b 1 0t0 6tc 1 0t0 2td 0 6t0 2t解析由左手定则知安培力沿斜面向上 因mgsin 1 2n ffm mgcos 0 8n 所以当磁感应强度b最小时 安培力f1 bminil 0 4n 即bimin 0 2t 当b最大时 安培力f2 bmaxil 2 0n 即bmax 1 0t c正确 答案c 5 2015 新课标全国卷 24 如图16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