高考物理复习 第8章第一节磁场的描述 磁场对电流的作用课件 沪科版.ppt

第一节磁场的描述 磁场对电流的作用 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 第一节磁场的描述 磁场对电流的作用 基础知识梳理 基础知识梳理 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 2 方向 磁场中任一点小磁针 极所受磁场力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 描述磁场 的物理量 2 方向 小磁针静止时 极所指的方向 物质 强弱 n n 4 单位 符号t 1t 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 特别提示 磁场方向 磁感应强度方向 磁感线切线方向 小磁针静止时n极所指的方向是一致的 特斯拉 1n a m 磁感应强度 强弱 二 几种常见的磁场1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图8 1 1 图8 1 1 2 匀强磁场 物理学中 把磁感线的间距 相互 且指向相同的磁场叫做匀强磁场 3 电流的磁场和安培定则 1 直线电流的磁场 右手握住直导线 方向与电流的方向一致 所指的方向就是磁感线的环绕方向 2 通过螺线管的磁场 右手握住通电螺线管 方向跟电流方向一致 所指的方向为通电螺线管内部的磁感线方向 相等 平行 大姆指 则弯曲四指 四指 大姆指 4 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 n极 s极 南极 北极 3 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁场强弱 且方向水平向 相同 北 三 安培力的大小和方向1 安培力的大小如图8 1 2所示 1 f 2 磁场和电流垂直时 3 磁场和电流平行时 f 0 图8 1 2 bilsin f bil 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 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 2 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于 决定的平面 电流的方向 安培力的方向 b i 思考感悟磁感应强度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 而是与磁感应强度方向垂直 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 工作原理图8 1 3 线圈 如图8 1 3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 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 选填 均匀 不均匀 所以 从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小 半径方向 相等 垂直 越大 越大 均匀 3 优 缺点 优点是 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 精确度 课堂互动讲练 一 对磁感线的理解及判定1 磁感线的特点 1 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 2 磁感线在磁体 螺线管 外部由n极到s极 内部由s极到n极 是闭合曲线 3 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线较密的地方磁场较强 磁感线较疏的地方磁场较弱 4 磁感线上任何一点的切线方向 都跟该点的磁场 磁感应强度 方向一致 5 磁感线不能相交 也不能相切 2 几种电流周围磁场的比较 3 磁感线和电场线的比较 名师点睛 虽然磁感线和电场线的疏密都能形象地表示相应场的强弱 但应注意 1 只有在同一个图中才能根据磁感线或电场线的疏密判定各处相应场的强弱 2 没有画出磁感线或电场线的地方并不表示那里没有磁场或电场存在 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年镇江模拟 如图8 1 4所示 若一束电子沿y轴正方向移动 则在z轴上某点a的磁场方向应该是 图8 1 4 a 沿x轴的正向b 沿x轴的负向c 沿z轴的正向d 沿z轴的负向解析 选b 电子沿y轴正方向移动 相当于电流方向沿y轴负方向 根据安培定则可判断在z轴上a点的磁场方向应沿x轴负方向 3 磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向 而是与受到的作用力的方向垂直 4 磁感应强度b与电场强度e的比较 名师点睛 由上表可以看出 磁感应强度和电场强度有很多相似之处 但更应注意两者的区别 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受力方向垂直 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图8 1 5所示 两个完全相同的通电圆环a b 圆心o重合 圆面相互垂直的放置 通电电流相同 电流方向如图所示 设每个圆环在其圆心o处独立产生的磁感应强度都为b0 则o处的磁感应强度大小为 图8 1 5 三 安培力作用下通电导体运动方向的判定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 2 常用方法 名师点睛 1 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 2 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 如图8 1 6所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 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 图8 1 6 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 选a 判断导线的转动方向可用电流元法 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相反 所以不受安培力作用 ao 段电流元所在处的磁场方向斜向上 根据左手定则可知其所受安培力方向垂直纸面向外 ob段电流元所在处的磁场方向斜向下 同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里 综上可知其导线将以oo 段为轴顺时针转动 俯视 判断导线的升降情况可用特殊位置法 用导线转过90 的特殊位置来分析 根据左手定则判得安培力的方向向下 故导线在顺时针转动的同时向下运动 此题还可应用 转换研究对象法 即假设导体固定不动 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 再根据具体情况 把结论反过来即可 经典题型探究 图8 1 7 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 f静沿导轨向下 当f安 mgsin 时 f静沿导轨向上 最后由力的平衡条件列式求解 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 图8 1 8 金属棒受到四个力作用 重力mg 垂直框面向上的支持力n 沿框面向上的安培力f安 沿框面的静摩擦力f静 金属棒静止在框架上时 f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 在金属棒重力的分力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8 1 8所示 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 当变阻器r取值较小时 i较大 安培力f安较大 会使金属棒产生沿框面上滑的趋势 因此 框架对棒的摩擦力沿框面向下 受力如图8 1 9所示 金属棒刚好不上滑时满足平衡条件 答案 1 4 r 8 2 规律总结 1 解决有关通电导体在磁场中的平衡问题 关键是受力分析 只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力 2 画好辅助图 如斜面 标明辅助方向 如b的方向 i的方向等 是画好受力分析图的关键 3 由于安培力 电流i 磁感应强度b的方向之间涉及到三维空间 所以在受力分析时要善于把立体图转化成平面图 如图8 1 10所示 一段导线abcd位于磁感应强度大小为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 求导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 图8 1 10 图8 1 11 解析 对非直线通电导线受安培力的确定 可分