高考物理一轮总复习 专题九 第1讲 磁场 磁场对电流的作用课件.ppt

专题九磁场 续表 第1讲磁场磁场对电流的作用 考点1 磁场的基本概念 1 磁场 1 定义 存在于磁体 电流和运动电荷周围空间的一种特 殊形态的物质 磁体 通电导线 运动电荷 2 基本特性 磁场对处于其中的 和 有磁场力的作用 3 方向 在磁场中任一点 小磁针 极受力的方向 即小磁针静止时 极所指的方向 就是该点的磁场方向 4 磁现象的电本质 磁体的磁场和电流的磁场都是由电荷 的运动产生的 北 北 2 磁感应强度 1 定义 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 所受的安培力f安跟电流i和导线长度l的乘积的比值叫磁感应强度 2 定义式 3 方向 就是磁场的方向 即小磁针静止时北极所指的方 向 也是过该点的磁感线的 方向 切线 4 磁感应强度是矢量 可描述磁场的强弱和方向 5 单位 特斯拉 简称特 国际符号是t 1t 1 na m 3 磁感线 1 磁感线是在磁场中画出的一些有方向的曲线 2 磁感线的分布可以形象地表示出磁场的强弱和方向 磁感线的疏密表示磁场的 磁感线上某点的 方 向就是该点的磁场方向 强弱 切线 闭合 s s 3 磁感线是永不相交的 曲线 在磁体外部 从 极指向 极 在磁体内部 由 极指向 极 n n 4 注意 熟记条形磁体 蹄形磁体 直线电流 环形电流 通电螺线管的磁感线分布状况 4 磁通量 1 定义 设在磁感应强度为b的匀强磁场中 有一个面积为s且与磁场方向垂直的平面 磁感应强度b与面积s的乘积 叫做穿过这个平面的磁通量 简称磁通 2 意义 穿过某一面积的磁感线条数的多少 3 定义式 bscos 式中scos 为面积s在垂直于磁场方向的平面 中性面 上投影的大小 是s所在平面的法线方向与磁场方向的夹角 4 磁通量是标量 但是有正负 其正负表示与规定的正方向 如平面法线的方向 是相同还是相反 若磁感线沿相反方向穿过同一平面 且正向磁感线条数为 1 反向磁感线条数为 2 则总磁通量 1 2 相同 5 单位 韦伯 符号是wb 1wb 1t m2 5 匀强磁场 磁感应强度大小处处 方向处处 的磁场称为匀强磁场 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 通电螺线管内部的磁场 边缘部分除外 以及平行板电容器间的磁场 都可以认为是匀强磁场 相等 跟踪训练 1 下列关于磁场的说法中 正确的是 d a 只有磁体周围才存在磁场b 磁场是假想的 不是客观存在的c 磁场的方向就是小磁针静止时南极所指的方向d 磁极与磁极 磁极与电流 电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的 相互作用 所以d正确 解析 磁体和电流周围都能够产生磁场 a错误 磁场的本质是运动电荷产生的客观物质 b错误 磁场的方向就是小磁针静止时北极所指的方向 c错误 在磁体或电流周围首先产生磁场 其次放入磁场中的磁体或电流将通过磁场与之发生 2 关于磁感应强度 下列说法正确的是 a 一小段通电导线放在磁感应强度为零的位置 它所受到的磁场力一定为零b 通电导线所受的磁场力为零 该处的磁感应强度也一定为零c 放置在磁场中1m长的通电导线 通过1a的电流 受到的磁场力为1n 则该处的磁感应强度就是1td 磁场中某处的磁感应强度b的方向跟电流在该处受到磁场力f的方向相同 解析 根据磁感应强度的定义 a正确 通电导线 电流i 与磁场平行时 磁场力为零 b错误 c中结论成立的前提是通电导线 电流i 必须与磁场垂直 c错误 b与f方向一定垂直 d错误 答案 a 3 双选 关于磁感线 下列说法中正确的是 a 磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致b 磁感线是磁场中客观存在的 肉眼看不见的曲线c 两条磁感线的空隙处不存在磁场 不同磁场所形成的磁感线可以相交d 匀强磁场的磁感线是同向的 平行等间距的直线 解析 磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向 所以a正确 磁感线是形象描绘磁场的假想曲线 可以用实验来模拟 但是不存在的 b错误 用磁感线的疏密反映磁场的强弱 但不等于空隙处不存在磁场 磁场是充满某个区域的 不同磁源产生的磁场在某一区域叠加合成 磁感线描绘的是叠加后的合磁场 某处的磁感应强度是唯一的 磁感线是不相交的 c错误 匀强磁场的强弱和方向都处处相同 磁感线是方向相同的平行等间距的直线 d正确 答案 ad 4 上海闸北区2011届高三期末 关于磁通量的概念 以 下说法中正确的是 d a 磁通量发生变化 一定是磁场发生变化引起的b 磁感应强度越大 穿过闭合回路的磁通量也越大c 磁感应强度越大 线圈面积越大 则穿过线圈的磁通量也越大d 穿过线圈的磁通量为零 但该处的磁感应强度不一定为零 考点2 电流的磁效应 磁场对电流的作用 1 电流磁效应 奥斯特发现了电流的磁效应 即电流周围存在磁场 可用安培定则 即右手螺旋定则 判断电流的磁场方向 2 磁场对电流的作用 1 安培力的大小 当i b时 90 fmax bil 当i b时 0 fmin 0 当通电导线方向与磁场方向成 角时 f安 bilsin 2 特点 不仅与b i l有关 还与夹角 有关 l是有效长度 不一定是导线的实际长度 弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度 所以任意形状的闭合线圈的有效长 度l 0 3 安培力的方向 安培力的方向既与磁场方向垂直 又与电流的方向垂直 即f总是垂直于b和i所在的平面 可以用左手定则来判定 3 右手螺旋定则与左手定则的比较 跟踪训练 5 如图9 1 1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的位置是 a 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 图9 1 1 解析 带负电的金属环旋转 可形成环形电流 而产生磁场 负电荷匀速旋转 会产生与旋转方向相反的环形电流 由右手定则可知在磁针所处的磁场方向沿oo 轴向左 由于磁针n极指向为磁场方向 所以应选c 答案 c 6 如图9 1 2所示 a b c三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方 管内和右侧 当这些小磁针静止时 小磁针 n极的指向是 c a a b c均向左b a b c均向右c a向左 b向右 c向右 d a向右 b向左 c向右 解析 首先搞清电流的方向 再根据安培定则判断 螺线管右侧相当于n极 左侧相当于s极 在外部磁感线由n极指向s极 在内部磁感线由s极指向n极 所以小磁针的n极a向左 b向右 c向右 故选c 图9 1 2 7 如下列图所示 匀强磁场对电流i的作用力f的相互关 系 方向关系 正确的是 a 解析 根据左手定则 a正确 考点3 涉及安培力的力学问题 1 通电导线在安培力作用下运动情况的判定方法 1 画出通电导线所在处的磁感线方向 2 用左手定则判断各段通电导线所受安培力的方向 3 确定导线的运动情况 2 安培力作用下导线受力运动问题的处理步骤 1 正确画出导线受力的投影平面图 或侧视图 2 结合物体的平衡条件 牛顿运动定律 欧姆定律等进行分析解答 3 物体在安培力作用下运动的分析方法 1 电流元受力分析法 即把整段电流等效为很多段直流电流元 先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力方向 从而判断出整段电流所受合力方向 最后确定运动方向 2 特殊值分析法 把电流或磁体转到一个便于分析的特殊位置 如转90 后再判断所受安培力方向 从而确定运动方向 3 等效分析法 环形电流可以等效成条形磁体 条形磁体也可以等效成环形电流 通电螺线管可等效成很多的环形电流 4 推论分析法 两电流相互平行时无转动趋势 方向相同相互吸引 方向相反相互排斥 两电流不平行时有转动趋势 跟踪训练 8 如图9 1 3所示 把轻质线圈用细线挂在磁铁n极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面 当线 圈内通过图示方向的电流时 线圈运动的情况是 图9 1 3 a 线圈向磁铁靠拢c 线圈不动 b 线圈远离磁铁d 无法确定 解析 环形线圈可等效为一条形磁体 由安培定则可知 图中的环形线圈其左侧为s极 右端为n极 由磁体相互之间的作用可知两者彼此吸引 故线圈将向磁铁靠拢 同理 也可视磁体为环形通电线圈 即把磁体等效为与线圈通有同向电流的线圈 而同向电流相互吸引 故两者彼此靠拢 答案 a 9 2010年广东六校联考 一段长0 2m 通过2 5a电流的直导线 关于在磁感应强度为b的匀强磁场中所受安培力f的 情况 正确的是 c a 如果b 2t f一定是1nb 如果f 0 b也一定为零c 如果b 4t f有可能是1nd 如果f有最大值时 通电导线一定与b平行解析 当导线与磁场方向垂直放置时 f bil 力最大 当导线与磁场方向平行放置时 f 0 当导线与磁场方向成任意其他角度放置时 0 f bil a d两项不正确 c项正确 磁感应强度是磁场本身的性质 与受力f无关 b不正确 热点1 安培定则和左手定则 例1 2010年上海卷 如图9 1 4 水平桌面上放置一根条形磁铁 磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线 并与磁铁垂直 当直导线中 通入图中所示方向的电流时 可以判断出 a 弹簧的拉力增大 条形磁铁对桌面的压力减小b 弹簧的拉力减小 条形磁铁对桌面的压力减小c 弹簧的拉力增大 条形磁铁对桌面的压力增大d 弹簧的拉力减小 条形磁铁对桌面的压力增大 图9 1 4 思路点拨 先对导线进行受力分析 利用左手定则判断出导线受到磁铁的磁场力 然后根据力是相互作用的 得出磁铁受到导线的磁场力方向 解析 由于磁铁的磁场对通电导线的作用 由左手定则可判断直导线所受安培力方向向下 使弹簧的拉力增大 由于相互作用 磁铁受到向上的作用 条形磁铁对桌面的压力减小 a正确 答案 a 触类旁通 1 双选 2011年黄冈中学期中 如图9 1 5所示 在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来 此时磁铁对水平面的压力为n1 现在磁铁左上方位置固定一导体棒 当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后 磁铁对水平面的压力 为n2 则以下说法正确的是 a 弹簧长度将变长b 弹簧长度将变短c n1 n2d n1 n2 图9 1 5 bc 解析 由条形磁体磁场分布可得出导线受力方向为斜向右 下 可知磁体受斜向左上的力 热点2 安培力的应用 例2 双选 2011年上海卷 如图9 1 6 质量为m 长为l的直导线用两绝缘细线悬挂于o o 并处于匀强磁场中 当导线中通以沿x正方向的电流i 且导线保持静止时 悬 线与竖直方向夹角为 则磁感应强度方向和大小可能为 图9 1 6 思路点拨 对通电导线受力分析 当磁感应强度沿z正向和沿悬线时 通电导线不能平衡而有加速度 当磁感应强度沿y正向时 通电导线受安培力竖直向上 且与重力平衡 即mg bil 当磁感应强度沿z负向时 安培力水平向外 导线在重力 悬线拉力 安培力作用下平衡 答案 bc 触类旁通 2 2009年全国卷 如图9 1 7 一段导线abcd位于磁感线强度大小为b的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l 且 abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力 图9 1 7 答案 a 易错点1 对磁感应强度的理解不到位造成错误 例1 把电流强度均为i 长度均为l的两小段通电直导线分别置于磁场中的1 2两点处时 所受磁场力的大小分别为 f1和f2 已知1 2两点磁感应强度的大小b1 b2 则 a b1 f1il b b2 f2il c f1 f2 d 以上都不对 指点迷津 学物理不能只死记公式 而不理解公式的含义 置时 导线受到的安培力为零 但磁感应强度不为零 纠错强化 1 关于磁感应强度的概念 以下说法中正确的有 a 电流元il在磁场中受力为f 则磁感应强度b一定等于 fil b 电流元il在磁场中受力为f 则磁感应强度可能大于或 等于 fil c 磁场中电流元受力大的地方 磁感应强度一定大d 磁场中某点磁感应强度的方向 与电流元在此点的受力方向相同 解析 判断磁感应强度的大小 需要在电流元受力最大的前提下进行 选项a b中的力f可能小于或等于最大受力 其放置方向有关 因此电流元受力大的地方 磁感应强度不一定大 磁场的方向规定为小磁针静止时n极所指的方向 与电流元受力方向不相同 综上所述 b项正确 答案 b 易错点2 忽略了磁通量的正负导致错误 例2 如图9 1 8 通有恒定电流的导线与闭合金属框abcd共面 第一次将金属框由位置 平移到位置 第二次将金属框由位置 绕cd边翻转到位置 设先后两次通过金属框 的磁通量变化分别为 1和 2 则 a 1 2b 1 2c 1 2d 1 2图9 1 8 正确解析 设线框在位置 时的磁通量分别为 1 2 直线电流产生的磁场在 处比在 处要强 1 2 将线框从位置 平移到位置 磁感线是从线框的同一面穿过的 所以 1 2 1 1 2 将线框从位置 绕cd边翻转到位置 磁感线分别是线框的正反两面穿过的 所以 2 2 1 1 2 以原来穿过平面的磁通量为正 则后来从另一面穿过磁通量的为负 故选a 指点迷津 磁通量 bscos 公式中 是线圈所在平面的法线与磁感线方向的夹角 若 90 时 为正