高考物理一轮复习 第8单元磁场第1讲　磁感应强度 安培力课件 新人教版.ppt

第1讲磁感应强度安培力 知识建构 模块建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 一 磁场 磁感应强度 1 磁场 模块建构 知识建构 技能建构 2 方向 小磁针的 n极所受磁场力的方向 1 基本特性 磁场对处于其中的 磁体 电流和 运动的电荷有磁场力的作用 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的 强弱和方向 模块建构 知识建构 技能建构 3 方向 小磁针静止时 n极的指向 2 定义式 b 通电导线垂直于磁场 3 磁通量 1 概念 在磁感应强度为b的匀强磁场中 与磁场方向 垂直的平面面积s和b的乘积 模块建构 知识建构 技能建构 3 单位 1wb 1t m2 2 公式 bs 模块建构 知识建构 技能建构 4 安培的分子电流假说 安培认为 在原子 分子等物质微粒的内部 存在着一种环形电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体 它的两侧相当于两个磁极 如图所示 模块建构 知识建构 技能建构 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 二 磁感线及几种常见的磁场 模块建构 知识建构 技能建构 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图所示 2 几种常见的磁场 模块建构 知识建构 技能建构 2 几种电流周围的磁场分布 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 3 匀强磁场 在磁场的某些区域内 磁感线为等间距的平行线 如下图所示 模块建构 知识建构 技能建构 4 地磁场 地磁场的n极在地球地理南极附近 s极在地球地理北极附近 磁感线分布如图所示 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 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁感应强度大小相等且方向水平平行 注意 1 只有在同一个图中才能根据磁感线的疏密来判定磁场的强弱 模块建构 知识建构 技能建构 2 应用安培定则判断直线电流的磁场方向和判断环形电流的磁场方向时 四指 大拇指指向的意义正好相反 三 安培力的大小和方向 模块建构 知识建构 技能建构 1 安培力的大小 如图所示 模块建构 知识建构 技能建构 1 如图所示的情况下 f bilsin 2 磁场方向和电流方向垂直时 f bil 3 磁场方向和电流方向平行时 f 0 注意 公式中的l为有效长度 即垂直磁感应强度方向的长度 模块建构 知识建构 技能建构 1 用左手定则判定 伸开左手 使拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心进入 并使四指指向电流的方向 这时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 安培力的方向 模块建构 知识建构 技能建构 2 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于b和i决定的平面 注意 安培力的方向垂直于磁感应强度b和电流i所决定的平面 但磁感应强度b与电流i不一定垂直 b与i垂直时产生的安培力最大 四 磁电式电流表 1 基本组成部分 磁铁和放在磁铁两极之间的线圈 模块建构 知识建构 技能建构 3 优 缺点 优点是灵敏度高 能测出很弱的电流 缺点是线圈的导线很细 允许通过的电流很弱 2 工作原理 模块建构 知识建构 技能建构 1 关于磁感应强度 正确的说法是 a 根据定义式b 磁场中某点的磁感应强度b与f成正比 与i成反比 b 磁感应强度b是矢量 方向与f的方向一致 c 磁感应强度b是矢量 方向与f的方向相反 d 在确定的磁场中 同一点的磁感应强度b是确定的 不同点的磁感应强度b可能不同 磁感线密的地方磁感应强度b大些 磁感线疏的地方磁感应强度b小些 模块建构 知识建构 技能建构 反 b c不正确 在确定的磁场中 同一点的磁感应强度b是确定的 不同点的磁感应强度b可能不同 磁感线密的地方磁感应强度b大些 磁感线疏的地方磁感应强度b小些 d正确 答案 d 解析 磁感应强度是磁场本身的性质 与磁场中该点的电流i或受力大小f无关 a不正确 由左手定则 f的方向与磁感应强度b的方向总是垂直的 既不与磁感应强度b一致 也不与磁感应强度b相 模块建构 知识建构 技能建构 2 2012年锦州模拟 如图所示 环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置 若将弹簧沿半径向外拉 使其面积增大 则穿过弹簧所包围面积的磁通量将 a 增大b 减小 c 不变d 无法确定如何变化 解析 穿过弹簧所围面积的磁通量应为合磁通量 磁铁内部由s极指向n极的磁通量不变 而其外部由n极指向s极的磁通量随面积的增大而增大 故合磁通量减小 选b 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 3 实验室经常使用的电流表是磁电式仪表 这种电流表的构造如图甲所示 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的 若线圈中通以如图乙所示的电流 则下列说法正确的是 a 在量程内指针转至任一角度 线圈平面都跟磁感线平行 模块建构 知识建构 技能建构 b 线圈转动时 螺旋弹簧被扭动 阻碍线圈转动 c 当线圈在如图乙所示的位置时 b端受到的安培力方向向上 d 当线圈在如图乙所示的位置时 安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 解析 指针在量程内线圈一定处于磁场之中 由于线圈与铁芯共轴 线圈平面总是与磁感线平行 故选项a正确 电表的调零使得当指针处于 0 刻度时 螺旋弹簧处于自然状态 所以无论线圈向哪一方向转动都会使螺旋弹簧产生阻碍线圈转动的力 故选项b正确 由左手定则知 b端受到的安培力方向向下 安培力将使线圈沿顺时针方向转动 故选项c错误 d正确 答案 abd 模块建构 知识建构 技能建构 4 2011年上海浦东新区质检 某同学用图示实验装置研究电流在磁场中的受力方向与电流方向 磁场方向之间的关系 模块建构 知识建构 技能建构 1 该同学将观察到的实验现象记录如下表 在表中部分记录缺失 请补充完整 模块建构 知识建构 技能建构 2 某次实验中闭合开关后 金属棒p不动 可能的原因是 解析 1 根据已知条件和左手定则可以判断分别为 2中的电流方向向外 3中的磁场方向竖直向上 模块建构 知识建构 技能建构 2 金属棒p不动 说明金属棒所受安培力小于静摩擦力最大值 故可以解释为 金属棒受到的摩擦力太大 金属棒与导轨接触不良 磁场太弱 电流太小等 以上可能性只写出一个即可 答案 1 模块建构 知识建构 技能建构 2 金属棒受到的摩擦力太大 金属棒与导轨接触不良 磁场太弱 电流太小等 模块建构 知识建构 技能建构 一 对磁感应强度的理解 模块建构 知识建构 技能建构 例1已知地磁场的水平分量为b 利用这一值可以测定某一弱磁场的磁感应强度 如图所示为测定通电线圈中央一点的磁感应强度的实验方法 先将未通电线圈平面固定于南北方向竖直平面内 中央放一枚小磁针 n极指向北方 给线圈通电 此时小磁针n极指北偏东 角后静止 由此可以确定线圈中电流方向 由东向西看 与线圈中央的合磁感应强度分别为 a 顺时针 b 顺时针 c 逆时针 d 逆时针 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 电流磁场方向地磁场 水平分量 方向水平面上合磁场方向电流磁场磁感应强度 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 通电线圈产生磁场方向向东 由安培定则可知电流沿逆时针方向 磁感应强度为矢量 根据其叠加原理可得b b cos b 为合磁感应强度 所以b 答案 c 模块建构 知识建构 技能建构 1 磁感应强度是用比值法定义的 其大小由磁场本身的性质决定 与放入的直导线的电流i的大小 导线l的长短无关 方法概述 2 由定义式b 计算磁感应强度b时 通电导线必须垂直于磁场 若通电导线平行放入磁场 则不受安培力 但不能说该处磁感应强度为零 模块建构 知识建构 技能建构 4 磁感应强度b与电场强度e的比较 3 匀强磁场 磁感应强度大小和方向处处相同 磁感线互相平行且等距 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 注意 电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反 而磁感应强度的方向和电流元受力方向垂直 电荷在电场中一定受静电力作用 而电流元在磁场中不一定受到安培力 模块建构 知识建构 技能建构 5 磁感线和电场线的比较 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练1在正方形的四个顶点处分别放有电流方向垂直纸面向里或向外的通电直导线 如图所示 通电电流强度大小分别为i1 i2 i3 i4 i1 i3 i2 i4 0 已知距导线相同距离处的磁感应强度b与电流i成正比 正方形中心o处的磁感应强度可用图中的四条有向线段中的一条来表示 它是 a b1b b2c b3d b4 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 由安培定则分析出各导线电流在o点产生的磁场方向 i1和i3的磁场沿i2 i4连线且分别指向方向i4 i2 其矢量和指向i4 i2和i4的磁场方向沿i1 i3连线分别指i3 i1 其矢量和指向i3 且小于i1和i3的磁场矢量和 根据磁场叠加原理知 合磁场可能为b4 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 例2如图 矩形线圈有n匝 面积大小为s 放在水平面内 加一个竖直向下的范围较大的匀强磁场 磁感应强度为b 则穿过平面的磁通量是多少 若使线圈绕ab边转过60 则穿过线圈平面的磁通量是多少 若线圈绕ab边转过180 则穿过线圈的磁通量改变了多少 二 对磁通量的理解 模块建构 知识建构 技能建构 1 明确磁感线方向与线圈平面的角度关系 名师点金 解决此题应把握以下两点 模块建构 知识建构 技能建构 2 求解磁通量变化时应考虑磁感线 正穿 和 反穿 的情况 规范全解 由磁通量的定义可知 1 bs 绕ab边转过60 后的磁通量为 2 bscos60 bs 绕ab边转过180 后的磁通量为 3 bs 磁通量的改变量为 3 1 2bs 答案 bsbs2bs 模块建构 知识建构 技能建构 1 bs的含义 bs只适用于磁感应强度b与面积s垂直的情况 当s与垂直于b的平面间的夹角为 时 则有 bscos 可理解为 b scos 即 等于b与s在垂直于b方向上的分量的乘积 也可理解为 bcos s 即 等于b在垂直于s方向上的分量与s的乘积 如图甲所示 方法概述 模块建构 知识建构 技能建构 3 多匝线圈的磁通量 多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关 因为不论线圈匝数为多少 穿过线圈的磁感线条数相同 而磁感线条数可表示磁通量的大小 2 面积s的含义 s不一定是某个线圈的真正面积 而是线圈在磁场范围内的正对面积 如图乙所示 s应为线圈面积的一半 模块建构 知识建构 技能建构 4 合磁通量求法 若某个平面内有不同方向和不同强弱程度的磁场共同存在 当计算穿过这个面的磁通量时 先规定某个方向的磁通量为正 反方向的磁通量为负 平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 注意 磁通量是标量 其正负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面 同一线圈平面 如果正向穿过平面的磁感线条数与反向穿过平面的条数一样多 则 0 三 安培力作用下通电导体运动方向的判定 模块建构 知识建构 技能建构 例3如图甲所示 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 且垂直于线圈平面 当线圈中通入如图所示方向的电流后 线圈的运动情况是 a 线圈向左运动 b 线圈向右运动 c 从上往下看沿顺时针方向转动 d 从上往下看沿逆时针方向转动 甲 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 解答本题时可按以下思路分析 确定磁场分布 判断安培力方向 确定导体运动方向 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 解法一电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看做一直线电流 取其中上 下两小段分析 其截面图和受安培力情况如图乙所示 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 选项a正确 模块建构 知识建构 技能建构 答案 a 模块建构 知识建构 技能建构 1 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的分布情况 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 方法概述 模块建构 知识建构 技能建构 2 常用方法 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 注意 在应用左手定则时 磁感线不一定垂直穿过手心 但四指一定指向电流方向 大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 某些导体在安培力作用下可能会出现平动与转动同时发生的情况 这时就可以应用特殊位置法 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练2如图所示 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 此时台秤的读数为fn1 现在磁铁上方中心偏右位置固定一通电导线 当通以如图所示的电流后 台秤的示数为fn2 则下列说法正确的是 a fn1 fn2 弹簧长度将变长 b fn1 fn2 弹簧长度将变短 c fn1 fn2 弹簧长度将变长 d fn1 fn2 弹簧长度将变短 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 根据左手定则可以判定导体受到安培力方向左偏下 由牛顿第三定律可知磁铁受到电流的反作用力为右偏上 电流对磁铁作用的竖直分力使磁铁对台秤的压力减小 向右的水平分力使弹簧弹力增大 弹簧长度增大 故选a 答案 a 模块建构 知识建构 技能建构 例4如图所示 一矩形轻质柔软反射膜可绕过o点垂直纸面的水平轴转动 其在纸面上的长度oa为l1 垂直纸面的宽度为l2 在膜的下端 图中a处 挂有一平行于转轴 质量为m 长为l2的导体棒使膜绷成平面 在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板 能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能 并将光能转化成电能 光电池板可等效为一电池 输出电压恒定为u 输出电流正比于光电池板接收到的光能 设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定 导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场b中 并与光电池构成回路 流经导体棒的电流垂直纸面向外 注 光电池与导体棒直接相连 连接导线未画出 四 安培力的大小和做功情况分析 模块建构 知识建构 技能建构 2 当 变成45 时 通过调整电路使导体棒保持力学平衡 光电池除维持导体棒保持力学平衡外 还能输出多少额外电功率 名师点金 题目情景新颖 考查了力的平衡 电路计算 安培力 能量守恒等知识 要运用能量观点从整体上把握问题的思维方式 1 现有一束平行光水平入射 当反射膜与竖直方向成 60 时 导体棒处于受力平衡状态 求此时电流强度的大小和光电池的输出功率 模块建构 知识建构 技能建构 1 共点力平衡电流强度输出功率 规范全解 1 导体棒受安培力bil2 f安 导体棒受力平衡 有 mgtan bil2 i 当 60 时 i1 p出 ui1 模块建构 知识建构 技能建构 2 当 45 时 i2 由几何关系得 所以p2 p1 而光电池产生的电流为i3 所以能提供的额外电流i4 i3 i2 mg 可提供的额外功率p额外 i4u 1 答案 1 2 1 模块建构 知识建构 技能建构 1 安培力公式的说明 方法概述 2 l是有效长度 即为在垂直磁感应强度方向的投影长度 1 可把安培力公式写为f bsin il 为b与i方向的夹角 即相当于只有与l垂直的磁感应强度的分量对电流产生安培力 模块建构 知识建构 技能建构 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析 2 通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动 2 画出受力平面图 3 依据平衡条件或牛顿第二定律列方程 模块建构 知识建构 技能建构 1 安培力做正功 是将电源的电能转化为导线的动能或转化为其他形式的能 3 安培力做功的实质 能量的转化 模块建构 知识建构 技能建构 2 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能后储存或转化为其他形式的能 注意 对导线进行受力分析时 注意将三维立体图转变为二维平面图画受力分析图 通电导线在磁场中的平衡及加速运动问题的处理方法与纯力学问题一样 无非是有安培力参与作用 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 全国理综卷 如图 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流i1和i2 且i1 i2 a b c d为导线某一横截面所在平面内的四点 且a b c与两导线共面 b点在两导线之间 b d的连线与导线所在平面垂直 磁感应强度可能为零的点是 a a点b b点c c点d d点 模块建构 知识建构 技能建构 解析提示 由安培定则判断出电流磁场方向 根据直线电流磁场磁感线分布特点 分析观察各点的磁场方向 结合直线电流磁场的磁感应强度与电流和点到直导线距离的关系就能得知磁感应强度可能为零的点 命题分析 本题考查安培定则 直线电流磁场及磁场的叠加 试题难度较低 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 根据安培定则可知 两导线中的电流产生的磁场在导线连线上各点的磁感应强度同向 因此叠加后不可能为零 b项错误 在d点产生的磁感应强度方向不可能相反 因此叠加后不可能为零 d项错误 在a c两点产生的磁感应强度方向相反 由于i1 i2 i1在a点产生的磁场磁感应强度比i2在a点产生的磁场磁感应强度大 即a点磁感应强度不为零 a项错误 同理可以分析在c点的磁感应强度可能为零 c项正确 答案 c 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测1 2011年濮阳一模 处于纸面内的一段直导线长l 1m 通有i 1a的恒定电流 方向如图所示 将导线放在匀强磁场中 它受到垂直于纸面向外的大小f 1n的磁场力作用 据此 a 能确定磁感应强度的大小和方向 b 能确定磁感应强度的方向 不能确定它的大小 c 能确定磁感应强度的大小 不能确定它的方向 d 磁感应强度的大小和方向都不能确定 模块建构 知识建构 技能建构 答案 d 解析 由b 可知水平向左的磁感应强度的分量为1t 无法确定沿电流方向的磁感应强度的分量 由矢量合成可知无法确定磁感应强度的方向 仅知道f的方向 无法用左手定则判断磁感应强度的方向 故选d 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题2 2011年高考 新课标全国卷 电磁轨道炮工作原理如图所示 待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动 并与轨道保持良好接触 电流i从一条轨道流入 通过导电弹体后从另一条轨道流回 轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场 可视为匀强磁场 磁感应强度的大小与i成正比 通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出 现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍 理论上可采用的方法是 a 只将轨道长度l变为原来的2倍 b 只将电流i增加至原来的2倍 c 只将弹体质量减至原来的一半 d 将弹体质量减至原来的一半 轨道长度l变为原来的2倍 其他量 不变 模块建构 知识建构 技能建构