高考物理 磁场对电流的作用基础知识自学课件.ppt

考点1磁场的概念 磁场对电流的作用 几种电流周围的磁场分布 磁感线的疏密能形象地表示磁场的强弱 但应注意 1 只有在同一图中才能根据磁感线的疏密判定各处磁场的强弱 在不同的两个图中 不能根据磁感线的疏密判定没有联系的两个图中磁场的强弱 2 没有画到磁感线的地方并不表示那里没磁场存在 典例一 对安培定则的认识 例1 如图所示 有一束电子正在y轴上向y轴正方向移动 则在z轴上某点a处的磁场方向应是 a 沿x轴的正方向b 沿x轴的负方向c 沿z轴的正方向d 沿z轴的负方向 1 明确电流的方向 2 建立正确的三维空间观 结合坐标系 根据安培定则确定磁场方向 b 解析 电荷定向移动形成电流 当电子沿y轴正方向运动时 相当于通以沿负y方向的电流 根据安培定则可得 在zoy平面内的y轴上方 磁场方向是垂直于zoy平面指向x轴的负方向 故只有b正确 考点2磁场的描述 1 对磁感应强度的理解 1 磁感应强度由磁场本身决定 跟在该位置放入的导体长度l 电流i的大小及受到磁场的作用力均无关 与放不放通电导体也无关 不能根据公式b f il 就说b与f成正比 与il成反比 2 由公式b f il 计算b时 通电直导线必须垂直于磁场放入 如果小段通电导线平行放入磁场 其所受安培力f为零 但不能说该处磁感应强度b为零 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 而是与通电导线受到的作用力的方向垂直 1 在使用公式b f il 时 必须注意前提条件 i b 2 b f il 为磁感应强度的定义式 而不是决定式 磁感应强度b的大小及方向是由磁场本身决定的 与磁场中是否存在电流无关 3 磁感应强度b是矢量 但其方向不与安培力方向一致 而是与小磁针静止时n极所指的方向一致 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 2 所示 s应为线圈面积的一半 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 1 所示 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 2 对磁通量的理解 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 典例二 对磁感应强度的理解 例2 下列说法中正确的是 a 电荷在某处不受电场力的作用 则该处电场强度为零b 一小段通电导线在某处不受磁场力作用 则该处磁感应强度一定为零c 表征电场中某点电场的强弱 是把一个试探电荷放在该点时受到的电场力与试探电荷本身电荷量的比值d 表征磁场中某点磁场的强弱 是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流乘积的比值 1 电场强度由电场本身决定 与试探电荷无关 2 磁感应强度由磁场本身决定 与试探电流元无关 3 比值定义法定义的物理量具有相似的特点 解析 电场和磁场有一个明显的区别是 电场对放入其中的电荷有力的作用 而磁场仅对在磁场中运动且速度方向和磁感应强度方向不平行的带电粒子有力的作用 磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行 因此a对b错 同理根据电场强度的定义式e f q可知c答案正确 而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明 即b f il 中i和b的方向必须垂直 故d错 所以应选a c ac 典例三 磁通量的理解 例3 如图所示 面积为s的矩形线圈abcd 处在磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向与线框平面成 角 当线框以ab为轴顺时针方向转过90 时 穿过abcd面的磁通量变化量 为 a bscos b bs sin cos c bssin d bs 1 磁通量为穿过平面的磁感线的有效条数 故 应为eb沿垂直于平面的分量与s的乘积 2 有正负之分 3 2 1 即 总为正 b 解析 磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框方向上的分量决定 开始时b与线框平面成 角 磁通量 1 bssin 线框平面按题意方向转动时 磁通量先减小再反向增大 当转过90 时 磁通量为负值 2 bscos 可见 磁通量的变化量为 2 1 bscos bssin bs cos sin 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 现对几种常用的方法列表比较如下 考点3安培力 1 通电导体在安培力作用下运动的判断方法 安培力的方向与磁感应强度的方向垂直 而不是相同或相反 这跟电场力与电场强度方向之间的关系是不同的 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 b与l垂直 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 b并非一定是匀强磁场 但一定是导线所在处的磁感应强度值 2 通电导线在磁场中的平衡和加速 选定研究对象 变三维为二维 画出平面受力分析图 其中安培力的方向切忌跟着感觉走 要用左手定则来判断 注意f安 b f安 i 列平衡方程 牛顿第二定律的方程式进行求解 2 与安培力有关的力学的综合问题 涉及安培力的运动及平衡问题 分析的方法是在分析了其他力的基础上又多加上了一个安培力 该类问题用动能定理或能量守恒定律有时会比较方便 例4 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 安培力作用下导体运动情况的判定 判断通电导线在安培力作用下的运动时方法很多 关键在于根据不同的情况选择不同的解法 解决本题时应明确转动和下降是同时进行 不要因为用了两种方法而认为是两个过程 a 解析 1 电流元法 设导线中心为o点 把直线电流等效为ao ob两段电流元 由左手定则可以判断出ao段受力方向垂直纸面向外 ob段受力方向垂直纸面向内 因此 从上向下看ab将以中心o为轴顺时针转动 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 故选a 典例四 例5 如图所示 在倾角 30 的斜面上 固定一金属框架 宽l 0 25m 接入电动势e 12v 内阻不计的电池 在框架上放有一根质量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 垂直框架向上的匀强磁场中 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 g取10m s2 安培力作用下物体的平衡 典例五 有关安培力的平衡问题往往涉及到三维立体空间问题 处理相关安培力问题时 画出导体棒的横截面受力图 变三维为二维便可变难为易 迅速解题 解析 1 当变阻器r取值较小时 i较大 安培力f较大 会使金属棒产生沿框架上滑的趋势 因此 框架对棒的摩擦力沿框架向下 如图 1 所示 金属棒刚好不上滑时满足平衡条件b e r1 l mgcos mgsin 0 r1 bel mg sin cos 1 6 2 当变阻器