【三维设计】高考物理一轮复习 第八章 第1单元 磁场的描述 磁场对电流的作用课件 新人教版（安徽 北京专版）.ppt

理知识 第八章 提能力 第1单元 明考向 课堂考题领悟 课下综合提升 思维启动 如图8 1 1所示为一电磁选矿机的示意图 其中m为矿石漏斗 d为电磁铁 在开矿中 所开采出的矿石有含铁矿石和非含铁矿石 那么矿石经过选矿机后 落入b槽中的矿石是 落入a槽中的矿图8 1 1石是 提示 含铁矿石被电磁铁d磁化吸引 故落入b槽 非含铁矿石不受d的作用 故落入a槽 知识联动 1 磁场 1 基本性质 磁场对处于其中的磁体 电流和运动电荷有磁场力的作用 2 方向 小磁针n极所受磁场力的方向 2 磁感应强度 1 磁感应强度是反映磁场性质的物理量 是用比值法定义的 2 匀强磁场 磁感应强度处处相同 磁感线是一组平行且等间距的直线 3 磁感应强度b与电场强度e的比较 应用升级 1 下列说法中正确的是 电荷在某处不受电场力的作用 则该处电场强度为零 一小段通电导线在某处不受磁场力作用 则该处磁感应强度一定为零 表征电场中某点电场的强弱 是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值 表征磁场中某点磁场的强弱 是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流乘积的比值a b c d 答案 a 思维启动 铁屑在磁场中的分布曲线就是真实的磁感线 这种说法对吗 提示 不对 磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线 并不是客观存在于磁场中的真实曲线 实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况 只是研究磁感线的一种方法 使看不见 摸不着的磁场变得具体形象 给研究带来方便 但是绝不能认为磁感线是由铁屑排列而成的 另外被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况 而磁铁周围的磁感线应该分布在长 宽 高组成的三维空间内 知识联动 1 磁感线 1 磁感线 在磁场中画出一些有方向的曲线 使曲线上各点的切线方向跟这点的磁感应强度方向一致 2 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布 如图8 1 2所示 图8 1 2 3 电流的磁场 应用升级 2 磁场中某区域的磁感线如图8 1 4所示 则 a a b两处的磁感应强度的大小不等 ba bb图8 1 4b a b两处的磁感应强度的大小不等 ba bbc 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 在磁场中 磁感线疏密表示磁场的强弱 故ba bb 选项b正确 a错误 同一通电导线如果都垂直放入磁场中 则在a处受力一定比b处受力小 但如果导线与磁场平行放置 受力均为0 故c d均错误 答案 b 思维启动 请根据图8 1 5中给出的条件 运用左手定则 指明各图中第三个物理量的方向 图8 1 5 提示 根据各图中已知方向利用左手定则 判知 a f垂直于纸面向里 b f垂直于纸面向里 c b垂直于纸面向外 d i由左向右 e f垂直于i斜向右下方 3 通电导体在安培力作用下运动的判断 1 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 现对五种常用的方法列表如下 2 在应用左手定则判定安培力方向时 磁感线方向不一定垂直于电流方向 但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直 即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 应用升级 3 如图8 1 6所示 质量为m 50g 长l 10cm的铜棒 用长度也为l的两根轻软导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度b 1 3t 图8 1 6未通电时 轻线在竖直方向 通入恒定电流后 棒向外偏转的最大角度 37 求此棒中恒定电流的大小 解析 金属棒向外偏转过程中 导线拉力不做功 如图所示 安培力f做功为wf fs1 bil2sin37 重力做功为wg mgs2 mgl 1 cos37 由动能定理得 答案 5a 知识检索 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 在判定直线电流的磁场方向时 大拇指指 原因 电流方向 四指指 结果 磁场绕向 在判定环形电流的磁场方向时 四指指 原因 电流绕向 大拇指指 结果 环内沿中心轴线的磁感应线方向 典题例析 例1 如图8 1 7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 a b c是等边三角形的三个顶点 a处电流在三角形中心图8 1 7o点产生的磁场的磁感应强度大小为b 求o处的磁感应强度 思路点拨 首先求出a b c三根导线电流在o处各自形成的磁场的磁感应强度的大小和方向 然后利用平行四边形定则进行合成 解析 由于oa ob oc 所以在各电流等大的前提下 各处的电流在o点的磁感应强度大小也都为b 根据安培定则 各电流在o处的磁感应强度应垂直于各点和o的连线 如图所示 由图中几何关系知ba与bb夹角为120 所以根据平行四边形定则 a b在o处的合磁感应强度为b 方向水平向右 所以o处的总磁感应强度大小为2b 方向平行ab连线向右 答案 2b 方向平行ab连线向右 拓展训练 1 如图8 1 8所示 有两根长为l 质量为m的细导体棒a b a被水平放置在倾角为45 的光滑斜面上 b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置 图8 1 8且a b平行 它们之间的距离为x 当两细棒中均通以电流大小为i的同向电流时 a恰能在斜面上保持静止 则下列关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法错误的是 解析 由安培定则可知b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度方向向上 a正确 a的受力如图甲所示 答案 b 知识检索 1 判断通电导线 或线圈 在安培力作用下的运动方向时 可以有多种方法 具体选用哪一种 可以视情况而定 在下例中 除了已用到的两种方法外 还可以应用 转换研究对象法 即假设导线固定不动 判断出蹄形磁铁的n s极受力方向 从而确定蹄形磁铁的转动方向 再根据实际情况 将结论反过来即可 2 对电流与电流的相互作用 一般先由安培定则判断出某一电流产生的磁场方向 再由左手定则判断出另一电流受的安培力方向 典题例析 例2 如图8 1 9所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方 导线可以自由转动 当导线通入图示方向电流i时 导线的运图8 1 9动情况是 从上往下看 a 顺时针方向转动 同时下降b 顺时针方向转动 同时上升c 逆时针方向转动 同时下降d 逆时针方向转动 同时上升 思路点拨 首先明确常见磁场的磁感线分布情况 然后取 电流元 用左手定则判定其受力方向 特别注意电流旋转后 有了垂直于纸面的分量而导致向下受力 解析 1 电流元法如图所示 把直线电流等效为ao o o ob三段 o o段极短 电流元 由于o o段电流方向与该处磁场方向平行 所以不受安培力作用 ao 段电流元所在处的磁场方向倾斜向上 根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外 ob段电流元所在处的磁场方向倾斜向下 同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里 综上可知导线将以oo 段为轴顺时针转动 俯视 2 特殊位置法把导线转过90 的特殊位置来分析 根据左手定则判得安培力方向向下 故导线在顺时针转动的同时向下运动 综上所述 选项a正确 答案 a 拓展训练 2 将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来 在其附近放一条形磁铁 磁铁的轴线与圆环在同一个平面内 且通过圆环中心 如图8 1 10图8 1 10所示 当圆环中通以顺时针方向的电流时 从上往下看 a 圆环顺时针转动 靠近磁铁b 圆环顺时针转动 远离磁铁c 圆环逆时针转动 靠近磁铁d 圆环逆时针转动 远离磁铁解析 该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针 n极在内 s极在外 根据同极相互排斥 异极相互吸引 可得c项正确 答案 c 知识检索 1 通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路 1 选定研究对象 2 变三维为二维 如侧视图 剖面图或俯视图等 并画出平面受力分析图 其中安培力的方向要注意f安 b f安 i 3 列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解 2 安培力做功的特点和实质 1 安培力做功与路径有关 不像重力 电场力做功与路径无关 2 安培力做功的实质 起传递能量的作用 安培力做正功 是将电源的能量传递给通电导线后转化为导线的动能或转化为其他形式的能 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能 典题例析 例3 如图8 1 11所示 两平行金属导轨间的距离l 0 40m 金属导轨所在的平面与水平面夹角 37 在导轨所在平面内 分布着磁感应强度b 0 50t 图8 1 11方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场 金属导轨的一端接有电动势e 4 5v 内阻r 0 50 的直流电源 现把一个 质量m 0 040kg的导体棒ab放在金属导轨上 导体棒恰好静止 导体棒与金属导轨垂直 且接触良好 导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻r0 2 5 金属导轨电阻不计 g取10m s2 已知sin37 0 60 cos37 0 80 求 1 通过导体棒的电流 2 导体棒受到的安培力大小 3 导体棒受到的摩擦力 思路点拨 3 导体棒所受重力沿斜面向下的分力f1 mgsin37 0 24n由于f1小于安培力 故导体棒受沿斜面向下的摩擦力ff 受力分析如图所示 根据共点力平衡条件mgsin37 ff f安 解得 ff 0 06n 答案 1 1 5a 2 0 30n 3 0 06n 若导轨是光滑的 则导体棒恰好静止在导轨上时 磁感应强度b的最小值是多少 方向如何 答案 0 4t方向垂直于斜面向上 1 2011 课标全国卷 为了解释地球的磁性 19世纪安培假设 地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流i引起的 在图8 1 12的四个图中 正确表示安培假设中环形电流方向的是 图8 1 12 解析 由日常知识可知 地球的南极为磁场的n极 由右手螺旋定则可知 电流方向如图b 故选项b正确 答案 b 2 2011 全国卷 如图8 1 13 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图8 1 13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 解析 根据安培定则可知i1和i2电流分别在a处产生的磁场方向为垂直ac连线向上和向下 由于i1 i2 且i1电流与a点的距离比i2电流与a点距离要小 故b1a b2a 则a处磁感应强度不可能为零 a错 两电流在b处产生的磁场方向均垂直ac连线向下 故b错 i1和i2电流分别在c处产生的磁场方向为垂直ac连线向下和向上 且i1电流与c点的距离比i2 电流与c点距离要大 故b1c与b2c有可能等大反向 c对 两电流在d处产生的磁场方向一定成某一夹角 且夹角一定不为180 d错 答案 c 3 2012 宣城模拟 如图8 1 14所示 两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源e 内阻不计 导轨平面与水平面间的夹角 30 金属杆ab垂直导轨放置 图8 1 14导轨与金属杆接触良好 整个装置处于磁感应强度为b的匀强磁