与名师对话·高三课标版物理8-1磁场.ppt

磁场力 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 磁感应强度B与电场强度E的比较 思考1磁感应强度B的方向是小磁针N极受力方向 通电导线在磁场中受力方向与磁感应强度的方向一致吗 提示 虽然磁感应强度B的方向是小磁针N极受力方向 但通电导线在磁场中受力方向与小磁针受力方向不同 应由左手定则分析判定 二 磁感线 电流的磁场1 磁感线 在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的方向都跟这点的的方向一致 2 几种常见的磁场 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁铁外部的磁感线从磁铁的极出来 进入磁铁的极 如下图所示 切线 磁感应强度 N S 2 地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似 其主要特点有三个 地磁场的N极在地球附近 S极在地球附近 磁感线分布如右图所示 南极 北极 地磁场B的水平分量 Bx 总是从地球指向 而竖直分量 By 则南北半球相反 在南半球垂直地面 在北半球垂直地面 在赤道平面上 距离地球表面相等的各点 磁感应强度相等 且方向 南极 北极 向上 向下 水平向北 3 电流周围的磁场 越弱 越弱 电流周围的磁场情况都可以用安培定则判断 但不同形式的通电导体采用的安培定则的方式不同 4 匀强磁场 在磁场的某些区域内 磁感线为同向 等间距的平行线 如下图所示 3 磁感线的特点 1 磁感线上某点的方向就是该点的磁场方向 2 磁感线的疏密定性地表示磁场的 在磁感线较密的地方磁场 在磁感线较疏的地方磁场较 3 磁感线是曲线 没有起点和终点 在磁体外部 从N极指向S极 在磁体内部 由S极指向N极 4 同一磁场的磁感线不 不 不相切 5 磁感线是假想的曲线 客观上不存在 切线 强弱 弱 较强 闭合 中断 相交 思考2同名磁极一定相斥 异名磁极一定相吸吗 提示 同名磁极相斥 异名磁极相吸只适用于通电螺线管外部 在螺线管内部不成立 因为规定磁针的N极指向为磁场方向 而在螺线管内部的磁场方向是由S极指向N极 因此在管内部为同名相吸 异名相斥 三 安培力1 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 让拇指与其余四指 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线垂直掌心进入 并使四指指向方向 这时所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 2 两平行的通电直导线间的安培力 同向电流互相 异向电流互相 垂直 电流 拇指 吸引 排斥 2 安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成 角时 F 这是一般情况下的安培力的表达式 以下是两种特殊情况 1 当磁场与电流时 安培力最大 Fmax BIL 2 当磁场与电流时 安培力等于零 BILsin 垂直 平行 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 如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度 如图所示 相应的电流方向沿L由始端流向末端 因此任意形状的闭合线圈 其有效长度为零 受到的安培力的矢量和为零 1 安培定则的应用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 2 磁场的叠加磁感应强度是矢量 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 A O点处的磁感应强度为零B a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反C c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同D a c两点处磁感应强度的方向不同 尝试解答 由安培定则可知 两导线在O点产生的磁场均竖直向下 合磁感应强度一定不为零 选项A错 由安培定则 两导线在a b两处产生的磁场方向均竖直向下 由于对称性 电流M在a处产生磁场的磁感应强度等于电流N在b处产生磁场的磁感应强度 同时电流M在b处产生磁场的磁感应强度等于电流N在a处产生磁场的磁感应强度 所以a b两处磁感应强度大小相等 方向相同 选项B错 根据安培定则 两导线在c d处产生的磁场的磁感应强度大小相等 方向相同 选项C正确 a c两处的磁感应强度的方向均竖直向下 选项D错误 答案 C 2011 新课标全国卷 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 在下列四个图中 正确表示安培假设中环形电流方向的是 解析 地磁场的N极在地球南极附近 地磁场的S极在地球北极附近 根据安培定则 可判定电流方向为顺时针方向 站在地球的北极向下看 选项B正确 选项A C D错误 答案 B 判断通电导体在安培力作用下的运动方向 清楚导线所在位置的磁场分布情况 然后结合左手定则准确判断导线的受力情况或将要发生的运动 往往采用以下几种方法 A FN1FN2 弹簧的伸长量增大D FN1 FN2 弹簧的伸长量减小 思路启迪 尝试解答 采用 转换研究对象法 由于条形磁铁的磁感线是从N极出发到S极 所以可画出磁铁在导线A处的一条磁感线 此处磁感应强度方向斜向左下方 如图 导线A中的电流垂直纸面向外 由左手定则可判断导线A必受斜向右下方的安培力 由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力的方向是斜向左上方 所以磁铁对斜面的压力减小 即FN1 FN2 同时 由于导线A比较靠近N极 安培力的方向与斜面的夹角小于90 所以对磁铁的作用力有沿斜面向下的分力 使得弹簧弹力增大 可知弹簧的伸长量增大 所以正确选项为C 答案 C 如右图所示 把一通电导线放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以自由移动 当导线通过电流I时 如果只考虑安培力的作用 则从上往下看 导线的运动情况是 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 解析 第一步 电流元受力分析法把直线电流等效为OA OB两段电流元 蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向相反 如上图所示 可见从上往下看时 导线将逆时针方向转动 第二步 特殊位置分析法取导线逆时针转过90 的特殊位置来分析 如上图所示 根据左手定则判断安培力方向向下 故导线在逆时针转动的同时向下运动 答案 C 对应学生用书P166 物理思想方法 转化思想在安培力问题上的应用安培力作用下物体的平衡问题 解题思路与力学平衡问题完全相同 解此类问题的关键是由立体图转化为平面受力图 在对物体进行受力分析时 安培力的方向易画错 因此应注意以下两点 1 受力分析时 将表示磁场的箭头在受力图旁边标出 便于确定安培力的方向 并选择适当的角度将空间图形转化为平面受力图 2 画完图后 一定要检查一下 看安培力是否垂直于B I所确定的平面 答案 A 物体在三个力作用下处于平衡状态时 三个力组成首尾相接的三角形 根据三角形的边角关系 可求力 若物体在多个力作用下 大于三个 处于平衡状态时 应用正交分解法求力 当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时 可使金属棒静止在框架上 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 框架与棒的电阻不计 g取10m s2 答案 1 6 R 4 8 已知Ia Ib 则过c点的导线所受安培力的方向可能是 A F1B F2C F3D F4 易错分析 由安培定则可知 导线a b中的电流在c点处所产生的磁场方向分别是偏离PQ指向左下方和指向右下方 因Ia Ib 所以合磁场方向一定介于PQ和b c连线之间 从而过c点的导线所受安培力方向可能是F2的方向 故选B 正确解答 由安培定则可知 通电导线a在导线c处所产生的磁场方向与a c连线垂直 并偏离PQ指向左下方 导线b在导线c处所产生的磁场方向与b c连线垂直 并偏离PQ指向右下方 由于Ia Ib 所以导线c处的合磁场方向并不在直线PQ上 而是介于PQ和b c连线之间 所以 由左手定则可知 导线c所受安培力的方向可能是F4 答案为D 磁感应强度的叠加规律和电场强度的叠加规律相似 但是 电荷在电场中所受静电力与电流在磁场中所受安培力规律不同 电荷在电场中所受静电力方向与电场强度方向在同一直线上 只需分清电荷的正负 而安培力方向要用左手定则来判断 如图所示 平行于纸面水平向右的匀强磁场 磁感应强度B1 1T 位于纸面内的细直导线 长L 1m 通有I 1A的恒定电流 当导线与B1成60 夹角时 发现其受到的安培力为零 则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的大小可能为 答案 BCD 易错点2 不能准确的理解静摩擦力和滑动摩擦力两个概念而出错 易错分析 根据Ff FN 题目中 0 要使Ff 0必有FN 0 为此需要安培力FB与导体重力G平衡 由左手定则可判定题图中B项有此可能 故选B 上述分析受到题目中 动摩擦因数 的干扰 误用滑动摩擦力的计算式Ff FN来讨论静摩擦力的问题 从而导致错选 漏选 正确解答 要使静摩擦力为零 如果FN 0 必有Ff 0 B选项题图中安培力的方向竖直向上与重力的方向相反可能使FN 0 B是正确的 如果FN 0 则导体除受静摩擦力Ff以外的其他力的合力只要为零 那么Ff 0在选项中 导体所受到的重力G 支持力FN及安培力F安三力合力可能为零 则导体所受静摩擦力可能为零 C D选项中 从导体所受到的重力G 支持力FN及安培力F安三力的方向分析 合力不可能为零 所以导体所受静摩擦力不可能为零 答案为AB 本题是一道概念性极强的题 又是一道力学与电学知识交叉的综合试题 摩擦力有静摩擦力与滑动摩擦力两种 判断它们区别的前提是两个相互接触的物体有没有相对运动或相对运动趋势 力学中的概念的准确与否影响电学的学习成绩 如图所示 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 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 3 将重力正交分解 设导体棒所受重力沿斜面的分力为F1 则F1 mgsin37 0 24N所以F1 F安 导体棒受力如图 根据平衡条件有mgsin37 Ff F安解得Ff 0 06N 方向沿斜面向下 答案 1 1 5A 2 0 30N 3 0 06N 方向沿斜面向下 对应学生用书P167 1 通电螺线管内有一在磁场力作用下处于静止的小磁针 磁针指向如图所示 则 A 螺线管的P端为N极 a接电源的正极B 螺线管的P端为N极 a接电源的负极C 螺线管的P端为S极 a接电源的正极D 螺线管的P端为S极 a接电源的负极 答案 B 2 2011 全国卷 如右图 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 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 杭州模拟 如右图所示 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 导轨与金属