《高考风向标》高考物理一轮复习 专题九 第1讲 磁场 磁场对电流的作用课件.ppt

专题九 磁场 第1讲磁场磁场对电流的作用 考点1 磁场的基本概念 1 磁场 1 定义 存在于磁体 电流和运动电荷周围空间的一种特 殊形态的物质 3 方向 在磁场中的任一点 小磁针极受力的方向 亦即小磁针静止时极所指的方向 就是该点的磁场方向 4 磁现象的电本质 磁铁的磁场和电流的磁场都是由电荷 的运动产生的 磁体 通电导线 运动电 荷 北 北 f安 2 磁感应强度 1 定义 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 所受的安培力f安跟电流i和导线长度l的乘积il的比值叫做磁感应强度 2 定义式 b il 3 方向 就是磁场的方向 即小磁针静止时北极所指的方向 也是过该点的磁感线的方向 4 磁感应强度是矢量 既可描述磁场的强弱 又可描述磁场的方向 5 单位 特斯拉 简称特 国际符号是t 1t 1 切线 3 磁感线 1 磁感线是在磁场中画出的一些有方向的曲线 2 磁感线的分布可以形象地表示出磁场的强弱和方向 磁感线的疏密表示磁场的 磁感线上某点的方向就是该点的磁场方向 3 磁感线是永不相交的曲线 在磁体外部 从极指 向极 在磁体内部 由极指向极 4 注意 熟记条形磁铁 蹄形磁铁 直线电流 环形电流 通电螺线管的磁感线分布状况 强弱 切线 闭合 n s s n 4 单位 韦伯 符号是wb 1wb 1t m 4 磁通量 1 定义 磁感应强度与垂直磁场方向的面积的乘积叫做穿过这个面的磁通量 其物理意义是穿过某一面积的磁感线 2 定义式 bscos 式中scos 为面积s在垂直于磁场方向的平面 中性面 上投影的大小 是面积s所在平面的法线方向与磁场方向的夹角 3 磁通量是标量 但是有正负 其正负表示与规定的正方向 如平面法线的方向 是相同还是相反 若磁感线沿相反方向穿过同一平面 且正向磁感线条数为 1 反向磁感线条数为 2 则磁通量等于穿过平面的合磁通 磁通量的代数和 即 1 2 2 条数 5 匀强磁场 磁感应强度的大小处处 方向处处的磁场称为匀强磁场 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 通电螺线管内部的磁场 边缘部分除外 以及平行板电容间的磁场 都可以认为是匀强磁场 1 单选 下列关于磁场的说法中 正确的是 a 只有磁铁周围才存在磁场b 磁场是假想的 不是客观存在的c 磁场的方向就是小磁针静止时南极所指的方向d 磁极与磁极 磁极与电流 电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用 相等 相同 d 解析 磁铁和电流周围都能够产生磁场 a错 磁场的本质是运动电荷产生的客观物质 b错 磁场的方向就是小磁针静止时北极所指的方向 c错 在磁体或电流周围首先产生磁场 其次放入磁场中的磁体或电流将通过磁场与之发生相互作用 所以d对 2 单选 关于磁感应强度 下列说法正确的是 a a 一小段通电导线放在磁感应强度为零的位置 那么它受到的磁场力也一定为零b 通电导线所受的磁场力为零 该处的磁感应强度也一定为零c 放置在磁场中1m长的通电导线 通过1a的电流 受到的磁场力为1n 则该处的磁感应强度就是1td 磁场中某处的b的方向跟电流在该处受到磁场力f的方向相同 解析 根据磁感应强度的定义 a对 通电导线 电流i 与磁场平行时 磁场力为零 b错 c中结论成立的前提是通电导线 电流i 必须与磁场垂直 c错 b与f方向一定垂直 d错 3 双选 关于磁感线 下列说法中正确的是 ad a 磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致b 磁感线是磁场中客观存在的 肉眼看不见的曲线c 两条磁感线的空隙处不存在磁场 不同磁场形成的磁感线可以相交d 匀强磁场的磁感线是同向的平行等间距的直线 解析 磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向 所以a正确 磁感线是形象描绘磁场的假想曲线 可以用实验来模拟 但是不存在的 b错误 用磁感线的疏密反映磁场的强弱 但不等于空隙处不存在磁场 磁场是充满某个区域的 不同磁源产生的磁场在某一区域叠加合成 磁感线描绘的是叠加后的合磁场 某处的磁感应强度是唯一的 磁感线是不相交的 c错误 匀强磁场的强弱和方向都处处相同 磁感线是方向相同的平行等间距的直线 d正确 4 单选 上海闸北区2011届高三期末 关于磁通量的概 念 以下说法中正确的是 d a 磁通量发生变化 一定是磁场发生变化引起的b 磁感应强度越大 穿过闭合回路的磁通量也越大c 磁感应强度越大 线圈面积越大 则穿过线圈的磁通量也越大d 穿过线圈的磁通量为零 但该处的磁感应强度不一定为零 考点2 电流的磁场 磁场对电流的作用 1 电流磁效应 奥斯特发现了电流的磁效应 即电流周围存在磁场 可用安培定则 右手螺旋定则 判断电流的磁场方向 2 磁场对电流的作用 1 安培力的大小 当i b时 90 fmax bil 当i b时 0 fmin 0 当通电导线方向与磁场方向成 角时 f安 bilsin 2 特点 不仅与b i l有关 还与夹角 有关 l是有效长度 不一定是导线的实际长度 弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度 所以任意形状的闭合线圈的有效长度l 0 3 安培力的方向 安培力的方向既与磁场方向垂直 又与电流的方向垂直 即f总是垂直于b和i所在的平面 可以用左手定则来判定 3 安培定则与左手定则的比较 5 单选 如图9 1 1所示 带负电的金属环绕轴oo 以角速度 匀速旋转 在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置 是 c 图9 1 1 a n极竖直向上b n极竖直向下 c n极沿轴线向左d n极沿轴线向右 解析 带负电的金属环旋转 可形成环形电流 而产生磁场 负电荷匀速旋转 会产生与旋转方向相反的环形电流 由右手定则可知在磁针所处的磁场方向沿oo 轴向左 由于磁针n极指向为磁场方向 所以应选c 6 单选 如图9 1 2所示 a b c三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方 管内和右侧 当这些小磁针静止时 小磁针n极的指向是 c 图9 1 2 a a b c均向左b a b c均向右 c a向左 b向右 c向右d a向右 b向左 c向右 解析 首先搞清电流的方向 再根据安培定则判断 螺线管右侧相当于n极 左侧相当于s极 在外部磁感线由n极指向s极 在内部磁感线由s极指向n极 所以小磁针的n极a向左 b向右 c向右 故选c 互关系 方向关系 正确的是 a 7 单选 如选项图所示 匀强磁场对电流i的作用力为f的相 解析 根据左手定则 a正确 考点3 涉及安培力的力学问题 1 通电导线在安培力作用下运动情况的判定方法 1 画出通电导线所在处的磁感线方向 2 用左手定则判断各段通电导线所受安培力的方向 3 确定导线的运动情况 2 安培力作用下导线受力运动问题的处理步骤 1 正确画出导线受力的投影平面图 或侧视图 2 结合物体平衡条件 牛顿定律 欧姆定律等进行分析解答 3 物体在安培力作用下运动的分析方法 1 电流元受力分析法 即把整段电流等效为很多段直流电流元 先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力方向 从而判断出整段电流所受合力方向 最后确定运动方向 2 特殊值分析法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置 如转90度 后再判断所受安培力方向 从而确定运动方向 3 等效分析法 环形电流可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可以等效成环形电流 通电螺线管可等效成很多的环形电流 4 推论分析法 两电流相互平行时无转动趋势 方向相同相互吸引 方向相反相互排斥 两电流不平行时有转动趋势 8 单选 如图9 1 3所示 把轻质线圈用细线挂在磁铁n极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面 a 当线圈内通过图示方向的电流时 线圈运动的情况是 图9 1 3 a 线圈向磁铁靠拢b 线圈远离磁铁 c 线圈不动d 无法确定 解析 环形线圈可等效为一条形磁体 由安培定则可知 图中的环形线圈其左侧为s极 右端为n极 由磁体相互之间的作用可知两者彼此吸引 故线圈将向磁铁靠拢 同理 也可视磁体为环形通电线圈 即把磁体等效为与线圈通有同向电流的线圈 而同向电流相互吸引 故两者彼此靠拢 教师参考 备选题 如图甲所示 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 a 顺时针转动 同时下降b 顺时针转动 同时上升c 逆时针转动 同时下降d 逆时针转动 同时上升 解析 画出马蹄形磁铁的两条磁感线 在磁感线与电流相交处分别取一小段电流 如图乙中的bc ad两段 由左手定则可知 ad段受安培力垂直纸面向外 bc段受垂直纸面向里的安培力 故导线将绕轴线oo 顺时针旋转 俯视 当导线转动90 时 特殊位置法 由左手定则可知 导线受向下的安培力作用 所以导线在顺时针转动的同时还向下运动 例1 单选 2010年上海卷 如图9 1 4 水平桌面上放置一根条形磁铁 磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线 并与磁铁垂直 当直导线中通入图中所示方向的电流时 可以判断出 a 热点安培定则和左手定则 图9 1 4 a 弹簧的拉力增大 条形磁铁对桌面的压力减小b 弹簧的拉力减小 条形磁铁对桌面的压力减小c 弹簧的拉力增大 条形磁铁对桌面的压力增大d 弹簧的拉力减小 条形磁铁对桌面的压力增大 解析 由于磁铁的磁场对通电导线的作用 由左手定则可判断直导线受安培力方向向下 使弹簧的拉力增大 由于相互作用 磁铁受到向上的作用 条形磁铁对桌面的压力减小 a正确 左手定则 用的是左手 而 安培定则 用的是右手 左手定则 是要求伸直手掌 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 而 安培定则 的要求是其余四个手指弯曲并与拇指垂直 安培定则 主要是用来判断电流周围及轴线上的磁场方向的 也可以用来判断导线中的电流方向 左手定则 主要用来判断安培力的方向 也可以用来判断磁场中导体棒电流的方向 导体的运动方向以及磁场的方向 因此 在实际应用中注意不要混淆这两个定则 1 单选 2009年广州一模 如图9 1 5所示 在同一平面内四根彼此绝缘 固定放置的通电直导线 开始通入的电流i4 i3 i2 i1 如果要使四根导线围成的方框中心点o的磁场减 弱 可以 a 图9 1 5 a 只减弱i1 其他电流不变b 只增强i2 其他电流不变 c 同时减弱i3 i4到某一定值 其他电流不变d 同时增强i3 i4到某一定值 其他电流不变 解析 根据安培定则 i1 i2 i3 i4在o点的磁场方向分别为垂直于纸面向里 向里 向里 向外 i1 i2在o点的磁场方向相同 而由于i3 i4 两者在o点的磁场大小相等 方向相反 刚好抵消 因此可知只减弱i1 其他电流不变可使o点的磁场减弱 故a正确 热点安培力的综合应用 例2 2010年浙江卷 如图9 1 6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l3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个电池 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 图9 1 6 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 2 当 变成45 时 通过调整电路使导体棒保持平衡 光电池除维持导体棒力学平衡外 还能输出多少额外电功率 解析 1 导体棒受力如图9 1 7所示 导体棒所受安培力f安 bil2 导体棒平衡 有mgtan f安 解得i 图9 1 7 图9 1 8 解决这类问题的关键是把立体图转化成易于 分析的平面侧视图 以便于画出其受力分析图 在具体分析时 一定要注意安培力的方向与磁场方向垂直 与电流方向垂直 物体在安培力和其他力作用下的平衡问题可理解成力学问题 只不过多了一个力 安培力而已 2 2010年清远模拟 如图9 1 9所示在倾角为 的斜面上 固定一金属框 宽为l 接入电动势为e 电池内阻不计 垂直框面放有一根质量为m的金属棒ab 它与框架的动摩擦因数为 整个装置放在磁感应强度为b 垂直框面向上的匀强磁场中 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 框架与棒的电阻不计 图9 1 9 易错点 磁通量公式 b s的应用 例1 单选 如图9 1 10所示 水平放置的扁平条形磁铁 在磁铁的左端正上方有一线框 线框平面与磁铁垂直 当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中 d 穿过它的磁通量的变化是 a 先减小后增大b 始终减小c 始终增大d 先增大后减小 图9 1 10 错解分析 条形磁铁的两极磁性强 故线框从磁极的一端移到另一端的过程中磁性由强到弱再到强 由磁通量计算公式可知 b s 线框面积不变 与b成正比例变化 所以选a 以上分析没有真正搞清磁通量的概念 未正确明白条形磁铁的磁感线空间分布的模型 因此 盲目地生搬硬套磁通量的计算公式 b s 由条形磁铁两极的磁感应强度b大于中间部分的磁感应强度 得出线框在两极正上方所穿过的磁通量 大于中间正上方所穿过的磁通量 正确解析 规范地画出条形磁铁的磁感线空间分布的剖面图 如图9 1 11所示 利用 b s定性判断出穿过闭合线圈的磁通量先增大后减小 选d 图9 1 11 b s计算公式使用时是有条件的 b是匀 强磁场且要求b垂直s 所以磁感应