【优化探究】高考物理一轮复习 第8章第1单元随堂课件.ppt

第八章磁场 一 磁场 磁感应强度1 磁场 1 基本特性 磁场对处于其中的磁体 电流和运动电荷有的作用 2 方向 小磁针的所受磁场力的方向 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场 磁场力 北极 强弱和方向 3 方向 小磁针静止时的指向 北极 二 磁感线及几种常见的磁场分布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磁感应强度的方向一致 2 几种常见的磁场 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图 切线 2 几种电流周围的磁场分布 3 匀强磁场 在磁场的某些区域内 磁感线为的平行线 如下图所示 等间距 4 地磁场 地磁场的n极在地球附近 南极 s极在地球附近 磁感线分布如图所示 地磁场b的水平分量 bx 总是从地球指向 而竖直分量 by 则南北相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁感应强度相等且方向水平平行 北极 南极 北极 大小 温馨提示 1 只有在同一个图中才能根据磁感线的疏密来判定磁场的强弱 2 应用安培定则判断直线电流的磁场方向和判断环形电流的磁场方向时 四指 大拇指指向的意义正好相反 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 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 bilsin bil 0 电流的方向 安培力的方向 2 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于决定的平面 温馨提示 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 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 弹簧 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 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 垂直 越大 越大 均匀 半径 bi 相等 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 灵敏度 对磁感应强度的理解 1 磁感应强度是用比值法定义的 其大小由磁场本身的性质决定 与放入的直导线的电流i的大小 导线的长短l的大小无关 2 由定义式b 计算b时 通电导线必须垂直于磁场 若通电导线平行放入磁场 则不受安培力 但不能说该处磁感应强度为零 3 匀强磁场 磁感应强度大小和方向处处相同 磁感线互相平行且等距 4 磁感应强度b与电场强度e的比较 重点提示 1 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元受力方向垂直 2 电荷在电场中一定受静电力作用 而电流在磁场中不一定受安培力 三根平行的直导线 分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点 如右图所示 现使每条通电导线在斜边中点o所产生的磁感应强度的大小均为b 则该处的磁感应强度的大小和方向如何 思路点拨 听课记录 根据安培定则 i1与i3在o点处产生的磁感应强度方向相同 i2在o点处产生的磁感应强度的方向与b1 b3 垂直 如图所示 又知b1 b2 b3的大小均为b 根据矢量运算定则可知o点的磁感应强度大小为 bo b其方向在三角形平面内与斜边夹角 arctan2 1 如图所示 四条竖直放置的长直导线 它们的截面在一边长为a的正方形的四个顶点a b c d上 当都通以如图所示的电流i时 地理方位东 南 西 北如图所示 则正方形中心的磁感应强度方向是 a 水平向东b 水平向南c 水平向西d 水平向北 解析 由安培定则分析出各导线电流在o点产生的磁场方向 a和c的磁场沿od方向 b d的磁场方向沿oc方向 根据磁场叠加原理知 合磁场方向沿 doc的角平分线向东 答案 a 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 重点提示 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 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 听课记录 由磁通量的定义可知 1 bs绕ab边转过60 后的磁通量为 2 bscos60 bs绕ab边转过180 后的磁通量为 3 bs磁通量的改变量为 3 1 2bs 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 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 重点提示 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 如图所示 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 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 解答本题时可按以下思路分析 听课记录 1 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倾斜向上 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倾斜向下 同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里 综上可知导线将以oo 段为轴顺时针转动 俯视 2 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 答案 a 3 如图所示 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁n极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心 且垂直于线圈平面 当线圈中通入如图所示方向的电流后 线圈的运动情况是 a 线圈向左运动b 线圈向右运动c 从上往下看顺时针转动d 从上往下看逆时针转动 解析 方法一 电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看做一直线电流 取其中上 下两小段分析 其截面图和受安培力情况如图甲所示 根据对称性可知 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 选项a正确 方法二 等效法 将环形电流等效成一条形磁铁 如图乙所示 据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 选a 也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 也可判断出线圈向左运动 选a 答案 a 安培力的大小和做功情况分析 1 安培力公式的说明 1 可把安培力公式写为f bsin il 为b与i方向夹角 即相当于只有与l垂直的磁感应强度的分量对电流产生安培力 2 l是有效长度 即为在垂直磁感应强度方向的投影长度 2 通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析 2 画出受力平面图 3 依据平衡条件或牛顿第二定律列方程 3 安培力做功的实质 能量的转化 1 安培力做正功 是将电源的电能转化为导线的动能或转化为其他形式的能 2 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能 重点提示 1 对导线进行受力分析时 注意将三维立体图转变为二维平面图画受力图 2 通电导线在磁场中的平衡及加速运动问题的处理方法与纯力学问题一样 无非是有安培力参与作用 11分 在倾角 30 的斜面上 固定一金属框 宽l 0 25m 接入电动势e 12v 内阻不计的电池 垂直框面放有一根质量m 0 2kg的金属棒ab 它与框架的动摩擦因数 整个装置放在磁感应强度b 0 8t 垂直框面向上的匀强磁场中 如图所示 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 g取10m s2 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 ff静沿导轨向上 最后由力的平衡条件列式求解 听课记录 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f静 金属棒静止在框架上时 摩擦力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较小 在金属棒重力分力mgsin 作用下棒有沿框架下滑趋势 框架对棒的摩擦力沿框面向上 受力如图甲所示 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 答案 1 4 r 8 2 1 关于磁感应强度 正确的说法是 a 根据定义b f il 磁场中某点的磁感应强度b与f成正比 与i成反比b b是矢量 方向与f的方向一致c b是矢量 方向与f的方向相反d 在确定的磁场中 同一点的b是确定的 不同点的b可能不同 磁感线密的地方b大些 磁感线疏的地方b小些 解析 磁感应强度是磁场本身的性质 与磁场中该点的电流i或受力大小f无关 a不正确 由左手定则 f的方向与b的方向总是垂直的 既不与b一致 也不与b相反 b c不正确 在确定的磁场中 同一点的b是确定的 不同点的b可能不同 磁感线密的地方b大些 磁感线疏的地方b小些 d正确 答案 d 2 2011年榆林模拟 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合磁通量 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 故合磁通量减小 选b 答案 b 3 某同学画的表示磁场b 电流i和安培力f相互关系的图如图所示 其中正确的是 解析 根据左手定则可判定a项中安培力方向应竖直向下 b项中安培力方向应垂直磁场斜向上 c项中导线不受安培力 d项中安培力方向正确 答案 d 4 2009年高考海南卷 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 5 据报道 最近已研制出一种可以投入使用的电磁轨道炮 其原理如图所示 炮弹 可视为长方形导体 置于两固定的平行导轨之间 并与轨道壁密接 开始时炮弹在导轨的一端 通电流后 炮弹会被磁场力加速 最后从位于导轨