【红对勾】高考物理 磁场课件.ppt

由上表对近几年高考试题分析不难看出 带电粒子在磁场运动以及复合场问题综合性较强 覆盖考点较多 在现今的理综试题中是一个热点 因此在今后的高考无论是物理单科还是综合考试 与洛伦兹力 电场力 重力有关的力电综合题型为考试内容的出题的几率都会很高 且以大型综合题为主 高考命题中 采用本章的基础知识与科学技术成果相结合 物理模型与生产生活实际相结合 是近年来命题的新思路 磁场这一章在电磁学乃至整个高中物理阶段都占据着相当重要的地位 它是学好下一章电磁感应的基础 在复习本章时要注意以下问题 1 重视并加强对基本概念 基本规律的学习 在学习中要注意与电场进行类比学习 类比记忆 同时更应该注意它们之间的区别 2 注意总结 归纳a 全章学完之后 要在头脑中建立起来基本知识框架 形成网络 最好自己先独立完成全章的基础知识归纳 b 归纳题型 总结解题方法 本章的题目很多 但如果透过现象看本质 好多题实质是一样的 属于一类题 如果我们总结出解决这类题的解题方法 再适当地加以强化训练 一定会取得较好的效果 但开始一定要按总结出的方法一步一步地进行 熟练之后才可灵活应用 切不可操之过急 我们把这个过程叫作 先死而后活 全章学完之后头脑里装的不是一个一个的题而是若干个题型的解题方法 课时1磁场及其对电流的作用 知识点一磁场 知识回顾 1 磁场的基本特点磁场对放入其中的磁体 电流和运动电荷有的作用 2 磁场的方向在磁场中的任一点 小磁针的受力的方向 亦即小磁针静止时所指的方向 就是那一点的磁场方向 磁场力 n极 n极 3 磁感线的特点磁感线是为形象地描述磁场的强弱和方向而引入的一系列假想的曲线 是一种理想化的模型 它有以下特点 1 磁感线某点切线方向表示该点的磁场方向 磁感线的 表示磁场的强弱 2 磁感线是的 外部n s 内部s n 3 任意两条磁感线不相交 疏密 闭合 4 几种典型磁场 1 条形磁体和蹄形磁体的磁场 如图1 图1 2 直线电流的磁场 无磁极 非匀强 距导线越远处磁场 画法如图2所示 图2 越弱 3 环形电流的磁场 两侧是n极和s极 离圆环中心越远 磁场 画法如图3所示 图3 越弱 4 通电螺线管的磁场 两端分别是n极和s极 管内是磁场 磁感线方向由s极指向n极 管外为磁场 磁感线由n极指向s极 画法如图4所示 图4 越弱 非匀强 5 安培定则 1 直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场磁感线的方向可以用定则确定 2 对于通电直导线 可用握住导线 大拇指指向方向 弯曲的四指指向的方向 3 对于环形电流和通电螺线管 则用弯曲的四指指向环绕的方向 右手大拇指指向螺线管的磁感线的方向 安培 右手 电流 磁感线环绕 电流 轴线上 要点深化 磁感线和电场线比较 特别提醒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 基础自测 如图5所示 放在通电螺线管内部中间处的小磁针 静止时n极指向右 试判断电源的正负极 图5 解析 小磁针n极的指向即为该处的磁场方向 所以螺线管内部磁感线由a b 根据安培定则可判断出电流由电源的c端流出 d端流入 故c端为正极 d端为负极 答案 c端为正极 d端为负极 知识点二磁感应强度 知识回顾 1 磁感应强度 1 定义 在磁场中垂直磁场方向的通电导线 受到的安培力跟电流和导线长度的乘积的比值 2 表达式 b 3 矢量性 方向为该点的磁场方向 即通过该点的磁感线的切线方向 4 单位 特斯拉 t 2 匀强磁场 1 定义 磁感应强度的大小 方向的磁场称为匀强磁场 2 特点 匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的 方向相同的平行直线 距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部的磁场 边缘部分除外 都可以认为是匀强磁场 处处相等 处处相同 要点深化 磁感应强度的理解1 磁感应强度是由比值法定义的 磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的 由磁场本身的性质决定 与放入的直导线的电流i的大小 导线的长短即l的大小无关 与通电导线受到的力也无关 即便不放入载流导体 它的磁感应强度也照样存在 因此不能说b与f成正比 或b与il成反比 2 磁感应强度b是矢量 遵守矢量分解 合成的平行四边形定则 注意磁感应强度的方向就是该处的磁场方向 并不是该处通电导线的受力方向 基础自测 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 答案 d 知识点三磁场对电流的作用力 安培力 知识回顾 1 安培力的方向 1 安培力 通电导线在磁场中受的力 实验表明安培力的方向与 都有关系 2 左手定则 伸开左手 让拇指与其余四指 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 这时所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 磁场方向 电流方向 垂直 电流的方向 拇指 2 安培力的大小 1 当磁场与电流时 安培力最大为fmax bil 2 当磁场与电流平行时 即磁场方向与电流方向相同或相反时 安培力为零 垂直 特别提醒牢记安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直又跟电流方向垂直 思考 闭合通电线圈在匀强磁场中所受安培力为多少 任意形状的闭合线圈在匀强磁场中所受安培力的矢量和为零 但不一定会处于静止状态 要点深化 1 应用公式f bil时应注意哪些问题 1 b与l垂直 2 式中l是有效长度 弯曲导线的有效长度l等于在垂直磁场平面内的投影长度两端点所连直线的长度 如图6所示 相应的电流方向沿l由始端流向末端 图6 对于任意形状的闭合线圈 其有效长度均为零 所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零 3 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 2 安培力做功的实质 能量的传递 1 安培力做正功 是将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或其他形式的能 2 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能 或储存或再转化为其他形式的能 基础自测 2010 上海高考 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 图7 解析 v形导线两部分的受力情况如图8所示 其中f bil v形导线受到的安培力应为这两个力的合力 大小为f合 2fcos60 bil 故c项正确 答案 c 图8 知识点四磁电式电流表 知识回顾 1 基本组成部分 磁铁和放在磁铁两极之间的 线圈 2 工作原理 如图9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 图9 径向 相等 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 不均匀 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 越大 越大 均匀 灵敏度 很弱 基础自测 关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈与磁场的关系 下列说法中正确的有 a 通电线圈旋转的角度不同 它所在位置的磁感应强度大小也不同b 不管通电线圈转到什么位置 它所在位置的磁感应强度大小都相等c 通电线圈旋转的角度不同 它的平面与磁感线的夹角也不同d 不管通电线圈转到什么位置 它的平面都与磁感线相平行 答案 bd 题型一安培定则的应用及磁感应强度的叠加 例1 若三根平行长直导线中通有大小相等 方向相同的电流 且分别垂直地通过一等边三角形abc的三个顶点 如图10所示 每根通电直导线在三角形的中心o处的磁感应强度大小为 图10 解析 直流电流的磁场是以直线电流为中心的一组同心圆 故中心o点处三个直线电流的磁场方向如图11所示 由于对称性 它们互成120 角 由于它们的大小相等 根据矢量合成特点可知它们的合矢量为零 答案 零 图11 题后反思空间中磁场叠加 在某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个 即合磁场方向 应用平行四边形定则来求 变式1 1两根通电的长直导线平行放置 电流分别为i1和i2 电流的方向如图12所示 在与导线垂直的平面上有a b c d四点 其中a b在导线横截面连接的延长线上 c d在导线横截面连线的垂直平分线上 则导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是 a a点b b点c c点d d点 图12 解析 i1和i2的磁场方向分别为逆时针和顺时针方向 那么c d两点的磁场方向不可能相反 由c d两点的磁感应强度不可能为零 故c d错误 当i1大于i2时 b点的磁感应强度可能为零 i1小于i2时 a点的磁感应强度可能为零 选项a b正确 答案 ab 题型二安培力作用下导体的运动问题 例2 如图13甲所示 导线ab固定 导线cd与ab垂直且与ab相隔一段距离 cd可以自由移动 试分析cd的运动情况 图13 分析 cd如何运动取决于ab导体产生的磁场对cd的安培力方向 所以弄清ab形成的磁场的分布情况是解题的关键 解析 首先分析固定导线ab的磁感线的分布情况 如图13乙所示 用安培定则 然后再用左手定则分析cd导线在磁场中的受力方向 可以发现cd导线将顺时针方向转动 仔细留意一下就会发现 当cd一转动 两者的电流就有同向的成分 而同向电流相互吸引 可见cd导线在转动的同时还要向ab导线平移 答案 cd导线顺时针转动的同时向ab导线平移 题后反思判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向问题 可根据问题的需要灵活选用直线电流元分析法 特殊位置分析法等方法 变式2 1如图14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 图14 解析 首先用电流元法 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纸面向里 综上可知导线将顺时针转动 俯视 然后应用特殊位置法 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 答案 a 题型三安培力作用下的平衡问题 例3 如图15所示 在磁感应强度b 1 0t 方向竖直向下的匀强磁场中 有一个与水平面成 37 角的导电滑轨 滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab 图15 已知接在滑轨中的电源电动势e 12v 内阻不计 ab杆长l 0 5m 质量m 0 2kg 杆与滑轨间的动摩擦因数 0 1 滑轨与ab杆的电阻忽略不计 求 要使ab杆在滑轨上保持静止 滑动变阻器r的阻值在什么范围内变化 g取10m s2 sin37 0 6 解析 分析画出ab杆在恰好不下滑和恰好不上滑这两种情况下的受力分析 如图16所示 图16 题后反思 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 把立体图改画成平面图 标明方向 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 变式3 1水平面上有电阻不计的u形导轨nmpq 它们之间的宽度为l m和p之间接入电动势为e的电源 不计内阻 现垂直于导轨搁一根质量为m 电阻为r的金属棒ab 并加一个范围较大的匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向与水平面夹角为 且指向右斜上方 如图17所示 问 图17 1 当ab棒静止时 受到的支持力和摩擦力各为多少 2 若b的大小和方向均能改变 则要使ab棒所受支持力为零 b的大小至少为多少 此时b的方向如何 解析 从b向a看侧视图如图18所示 1 水平方向 f fasin 竖直方向 fn facos mg 图18 1 2009 全国卷 如图19 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 导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 图19 答案 a 图20 2 为了培养小明的观察与思考能力 一天中午当物理教师的爸爸和小明一起利用手边的器材 一根松弛的导体线圈 导线 电池及电键连接成的电路如图20所示 试问当闭合电键后 小明将会观察到线圈发生的现象是 a 纵向收缩 径向膨胀b 纵向伸长 径向收缩c 纵向伸长 径向膨胀d 纵向收缩 径向收缩答案 a 3 如图21所示 有两根长为l 质量为m的细导体棒a b a被水平放置在倾角为4