（安徽适用）高考物理一轮复习要点提示 第8讲 磁场及其描述 磁场对电流的作用课件.ppt

第八章磁场 一 磁场及其描述1 定义 磁场是磁体 电流周围存在的一种特殊物质 2 方向 磁场中任一点小磁针n极所受的方向为该点的磁场方向 3 磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁体 电流和运动电荷都有磁场力的作用 4 磁感应强度 1 物理意义 描述的物理量 2 方向 小磁针时n极所指的指向 磁场力 磁场强弱 静止 5 磁感线 在磁场中人为地画出一系列曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的的方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 磁感线的疏密程度表示磁场的 二 几种常见的磁场1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图所示 特斯拉 磁感应强度 强弱 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 1 地磁场的在地理南极附近 在地理北极附近 2 地磁场b的水平分量 bx 总是从地理指向 而竖直分量 by 则南 北半球相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 3 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁感强弱相同 且方向水平向北 n极 s极 南极 北极 3 几种电流周围的磁场分布 4 匀强磁场 1 定义 处处相同的磁场 2 磁感线特点 匀强磁场的磁感线为间隔相同的平行直线 如图所示 3 常见例子 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 边缘部分除外 相隔一定距离的两个平行放置的通电线圈中间区域的磁场 5 磁通量 1 公式 2 单位 韦伯 韦 符号 wb 1wb 1t m2 3 适用条件 匀强磁场 s是垂直磁场并在磁场中的有效面积 强弱 方向 bs 三 安培力的大小和方向1 安培力的大小 如图所示 1 f 2 磁场和电流垂直时 f 3 磁场和电流平行时 f 0 2 安培力的方向 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 并使四指指向的方向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受的方向 2 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于决定的平面 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 但磁感应强度与电流不一定垂直 bilsin bil 电流 安培力 b i 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 2 工作原理如右图所示 磁场的方向总沿着均匀辐射地分布 在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是的 保证b的大小不发生变化 且安培力的方向与线圈垂直 当电流通过线圈时 导线受到安培力的作用 线圈转动 螺旋弹簧变形 反抗线圈的转动 电流越大 安培力就 螺旋弹簧的形变也就 i与指针偏角 成正比 表盘刻度均匀 所以 从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小 3 优 缺点 优点是精确度高 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 线圈 半径方向 相等 越大 越大 1 关于磁感应强度b 下列说法中正确的是 a 磁场中某点b的大小 跟放在该点的试探电流元的情况有关b 磁场中某点b的方向 跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致c 在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时 该点b值大小为零d 在磁场中磁感线越密集的地方 磁感应强度越大解析 磁感应强度是由磁场本身决定的 与试探电流元的情况无关 a错 电流元所受磁场力方向与磁感应强度b的方向垂直 b错 当磁场与电流平行时 安培力等于零 c错 磁感线的疏密程度表示磁场的强弱 磁场中磁感线越密集的地方 磁感应强度越大 d正确 故选d 答案 d 2 2012年滁州模拟 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总磁通量 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 故总磁通量减小 选b 答案 b 3 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如下图中箭头所示 当没有磁场时 导线呈直线状态 当分别加上方向竖直向上 水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时 描述导线状态的四个图示中正确的是 解析 电流与磁场平行放置时不受磁场力 选项a错误 电流与磁场垂直放置时 由左手定则知选项d正确 答案 d 4 如图所示 pq和mn为水平 平行放置的金属导轨 相距1m 导体棒ab跨放在导轨上 棒的质量为m 0 2kg 棒的中点用细绳经滑轮与物体相连 物体的质量m 0 3kg 棒与导轨间的动摩擦因数为 0 5 匀强磁场的磁感应强度b 2t 方向竖直向下 为了使物体匀速上升 应在棒中通入多大的电流 方向如何 g取10m s2 解析 导体棒ab受力如右图所示 由平衡条件 fn mg bil ff mg 0 又ff fn 联立 可得i 2a 由左手定则知电流方向由a b 答案 2aa b 对磁感应强度的理解 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 1 电场强度的方向与电荷的受力方向相同或相反 而磁感应强度的方向与电流元受安培力方向垂直 满足左手定则 2 电荷在电场中一定受到电场力的作用 而电流在磁场中如果电流方向与磁场方向平行 则不受安培力的作用 例1 如图所示 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o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 自主解答 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 答案 d 对磁通量的理解 1 b s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 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面积 如图乙所示 s应为线圈面积的一半 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 4 合磁通量求法若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在 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 1 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 2 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 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 思路点拨 解决此题应把握以下两点 1 明确磁感线方向与线圈平面的角度关系 2 求解磁通量变化时应考虑磁感线正穿和反穿的情况 2 如图有一正方形线圈边长为10cm 与水平面夹角为37 匀强磁场竖直向下 已知通过线圈平面的磁通量为0 04wb 则匀强磁场的磁感应强度b为多少 如果线圈的匝数变为原来的n倍 则其磁通量变为多少 为什么 答案 5t0 04wb原因见解析 通电导体在安培力作用下运动的判断 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 1 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 2 有时导体在安培力作用下会出现平动和转动 这时可以应用特殊位置法 例3 如图所示 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 自主解答 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 3 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 与安培力有关的力学综合问题 1 安培力的大小安培力常用公式f bil 要求两两垂直 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 因为任意形状的闭合线圈 其有效长度为零 所以闭合线圈通电后在匀强磁场中 受到的安培力的矢量和为零 涉及安培力的运动问题 用动能定理或能量守恒定律有时会比较方便 思路点拨 先根据闭合电路欧姆定律求出电流i 进而求出安培力 当f安 mgsin 时 ff静沿导轨向下 当f安 mgsin 时 ff静沿导轨向上 最后由力的平衡条件列式求解 自主解答 金属棒受到四个力作用 重力mg 垂直框面向上的支持力fn 沿框面向上的安培力f安 沿框面的静摩擦力ff静 金属棒静止在框架上时 ff静的方向可能沿框面向上 也可能向下 需分两种情况考虑 当变阻器r取值较大时 i较小 安培力f安较小 在金属棒重力分力mgsin 作用下棒有沿框架下滑的趋势 框架对棒的摩擦力沿框面向上 受力如图所示 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 答案 1 4 r 8 2 4 如图所示 在倾角为37 的光滑斜面上有一根长为0 4m 质量为6 10 2kg的通电直导线 电流强度i 1a 方向垂直于纸面向外 导线用平行于斜面的轻绳拴住不动 整个装置放在磁感应强度每秒增加0 4t 方向竖直向上的磁场中 设t 0时 b 0 则需要多长时间 斜面对导线的支持力为零 g取10m s2 答案 5s 1 2012年淮北模拟 如图 长为2l的直导线折成边长相等 夹角为60 的v形 并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为b 当在该导线中通以电流强度为i的电流时 该v形通电导线受到的安培力大小为 a 0b 0 5bilc bild 2bil解析 v形导线通入电流i时每条边受到的安培力大小均为bil 方向分别垂直于导线斜向上 再由平行四边形定则可得其合力f bil 答案为c 答案 c 2 2011年高考课标全国卷 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 3 2011年高考大纲全国卷 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点解析 由于i1 i2 且离导线越远产生的磁场越弱 在a点i1产生的磁场比i2产生的磁场要强 a错 同理 c对 i1与i2在b点产生的磁场方向相同 合成后不可