河北师大附中精品课件高二物理磁场全章课件磁场复习课.ppt

专题一磁现象的电本质 运动电荷 运动电荷 磁场 磁现象的电本质 所有的磁现象都可归结为运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用 1 关于磁现象的电本质 下列说法中正确的是 a 磁与电紧密联系 有磁必有电 有电必有磁b 不管是磁体的磁场还是电流的磁场 都起源于电荷的运动c 永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的d 根据安培分子电流假说可知 磁体内分子电流总是存在的 因此任何磁体都不会失去磁性 解析 a 磁生电 和 电生磁 都是有条件的 运动电荷产生磁场 变化的磁场产生电场 bc 磁体的磁场和电流的磁场都是由运动电荷产生的 d 磁体内部只有当分子电流取向大体一致时 才显示出磁性 当分子电流取向杂乱无章时 就没有磁性 b 2 如图所示 一个用毛皮摩擦过的橡胶圆盘处在竖直面内 可以绕过其圆心的水平轴高速旋转 当它不动时 放在它左侧轴线上的小磁针处于静止状态 当橡胶盘从左向右看逆时针高速旋转时 小磁针n极的指向a 不偏转b 向左偏c 向右偏d 向纸内偏转 c 解析 判定小磁针如何转动问题 首先应确定小磁针所在处的磁场方向 我们可以把带负电的橡胶圆盘看成与其旋转方向相反的环形电流 根据安培定则判断小磁针所在处的磁场方向 也就是小磁针静止时n极的指向 3 根据安培的假设的思想 认为磁场是由于运动电荷产生的 这种思想如果对地磁场也适用 而目前在地球上并没有发现相对于地球定向移动的电荷 那么由此推断 地球应该 a 带负电b 不带电c 带正电d 无法确定 a 解析 因在地球的内部地磁场从地球北极指向地球的南极 根据右手螺旋定则可判断出地球表现环形电流的方向应从东到西 而地球是从西向东自转 所以只有地球表面带负电荷才能形成上述电流 故选a 罗伦兹力与安培力的关系 洛伦兹力是安培力的微观本质 安培力是罗伦兹力的宏观表现 f安与f方向相同 4 设有一段长为l的通电导线 横截面积为s 单位体积内的自由电荷数为n 自由电荷的电量为q 定向移动的速度为v 通电导线与磁感应强度为b的匀强磁场垂直放置 试结合安培力公式f bil证明每个自由电荷受到的洛伦兹力f qvb 证明 在时间t内 通过导体横截面的电量为 导体中的电流强度 导通电导线受到的安培力 根据安培力和洛伦兹力的关系有 由此每个电荷受到的洛伦兹力 先根据电流的流体模型求出电流强度 再根据安培力和洛伦兹力的关系由安培力公式推导出洛伦兹力的公式 专题二磁场方向的描述 规定 小磁针n极的受力方向 体现 小磁针静止时n极的指向 准确描述 磁感应强度b的方向 形象描述 磁感线在该点的切向方向 正试探电荷的受力方向 电场方向的描述 电场强度e的方向 电场线在该点的切线方向 熟悉六种常见磁场的磁感线的空间分布 学会把空间立体图变成平面图 磁感线是为了形象描述磁场而人为引入的假想曲线 磁感线的切向表示磁场方向 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线是闭合曲线 而电场线是非闭合曲线 1 条形磁铁 蹄形磁铁周围磁场 跟等量异种电荷形成电场的电场线相似 蹄形磁体两极间形成的磁场不平行 也不均匀 有一条直线磁感线 2 直线电流周围磁场 安培定则 右手螺旋定则 用右手握住导线 让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致 弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向 直线电流的磁场无磁极 非匀强 距导线越远处磁场越弱 3 环形电流周围磁场 安培定则 用右手握住螺线管 或环形导线 让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致 大拇指所指的方向就是螺线管 或环形导线 内部磁感线的方向 横截面图 纵截面图 环形电流 小磁针 的磁场两侧是n极和s极 离圆环中心越远 磁场越弱 4 通电螺旋管周围磁场 通电的长直螺线管外部的磁场分布跟条形磁铁外部的磁场分布情况相同 管内是匀强磁场 管外为非匀强磁场 安培定则 用右手握住螺线管 或环形导线 让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致 大拇指所指的方向就是螺线管 或环形导线 内部磁感线的方向 磁倾角 1 地磁场像一个条形磁铁形成的磁场 地磁场的n极在地理南极附近 地磁场的s极在地理北极附近 地球内部磁场方向由北向南 地球外部磁场方向由南向北 2 在南 北 半球地磁场的方向向北偏上 下 在赤道上方磁场方向水平向北 5 地磁场 磁倾角 竖直向上 水平向北 水平向南 竖直向下 b b北 b下 在南 北 半球地磁场的方向向北偏上 下 在赤道上方磁场方向水平向北 1 磁场中某点的磁场方向a 放在该点的通电直导线所受的磁场力的方向b 放在该点的小磁针n极的受力方向c 放在该点的小磁针静止时n极所指的方向d 通过该点磁场线的切线方向 bcd 磁场的方向 小磁针n极的受力方向 小磁针静止时n极的指向 磁感线在该点的切向方向 磁感应强度b的方向 五个方向是一致的 2 试确定如图中电源的正极和负极 讨论 若小磁针在通电螺线管的内部 如图所示 结果又如何 结果相同 同斥异吸 磁极的相互作用规律仅适用于磁极外部 判断小磁针静止时n极的指向问题应按跟所在处的磁场方向相同普适规律进行 s n 3 如图所示 用弯曲的导线环把一铜片和锌片相连装在一绝缘的浮标上 然后把浮标浸在盛有稀硫酸的容器中 若开始设置时 环平面处于南北方向上 放手后 环平面将怎样转动 解析 环中存在着逆时针方向的环形电流 可等效为n极垂直于纸面向外的小磁针 在地表附近地磁场的方向是大致由南向北的 由此此导线环顺时针转动 最后静止转过大约900的位置上 4 在北半球地面上有一东西水平方向放置的长直导线 通有从西向东的电流 则此通电导线受到的地磁场的作用力方向应该是a 向上偏北b 向下偏南c 向南d 向北 磁倾角 在南 北 半球地磁场的方向向北偏上 下 在赤道上方磁场方向水平向北 a 5 指南针静止时 其北极指向如下图中虚线所示 若在其上方放一水平方向的导线 并通以直流电 则指南针转向图中实线所示的位置 据此可知a 导线南北放置 通有向北的电流b 导线南北放置 通有向南的电流c 导线东西放置 通有向西的电流d 导线东西放置 通有向东的电流 b 西 东 北 南 专题三安培定则的应用 安培定则适用于电流产生磁场这一物理现象中根据电流 磁场 方向 判断磁场 电流 方向 电流方向规定为正电荷定向运动的方向 跟负电荷定向运动的方向相反 磁场的方向 小磁针n极的受力方向 小磁针静止时n极的指向 磁感线在该点的切向方向 磁感应强度b的方向是一致的 使用安培定则时要注意对直线电流和环形电流右手拇指和四指各指什么方向 要掌握几种通电导线周围的磁场分布情况 同时又要搞清楚所给图示是平面图还是立体图 bc 1 如图所示 一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方 并与磁针指向平行 能使小磁针的n极转向读者 那么这束带电粒子可能是a 向右飞行的正离子束b 向左飞行的正离子束c 向右飞行的负离子束d 向左飞行的负离子束 注意带电粒子束直线飞行与直线电流的等效性 电流方向跟负电荷定向运动的方向相反 2 电子束沿x轴正向运动 则电子束产生的磁场在y轴上的a点的方向是 a z轴正方向b z轴负方向c y轴正方向d y轴负方向 b 注意带电粒子束直线飞行与直线电流的等效性 电流方向跟负电荷定向运动的方向相反 3 一竖直放置的长直导线通过由下向上的电流 在它正东方某点的磁场方向为 a 向东b 向西c 向南d 向北 直线电流形成磁场的磁感线是在与通电直导线垂直的平面内以通电直导线各点为圆心的同心圆 环绕的四指指向同心圆磁感线的环绕方向 走向 空间某点的磁场方向是过该点圆型磁感线的切线方向 它与该点的圆型磁感线的半径垂直 d 4 在如图中 当电流逆时针方向通过线圈时 小磁针的s极将 n s a 向纸内偏转b 向纸外偏转c 在图示位置不动d 转过1800 a 判定直线电流和通电螺线管 环形电流 周围的小磁针如何转动问题 基本思路是判断小磁针所在处的磁场方向小磁针将转动到n极的指向与所在点的磁场方向相同为止 在说明小磁针的转动方向时 必须说明是从什么方向观察的 而且观察的方向应垂直于小磁针的旋转平面 5 如图所示 一个电子沿逆时针方向做匀速圆周运动 则此电子的运动 a 不产生磁场b 产生磁场 圆心处的磁场方向垂直纸面向里c 产生磁场 圆心处的磁场方向垂直纸面向外d 只在圆周内侧产生磁场 b 电流方向跟负电荷定向运动的方向相反 模型化归 环形电流 专题四磁感应强度及其叠加 1 定义磁感应强度的条件是通电导线是与磁场方向垂直的 因此在使用定义式b f il时 必须要受这个前提条件 i b 的限制 2 磁感应强度是描述磁场本身性质 强弱和方向 的物理量 磁场中某点的磁感应强度只与形成磁场的运动电荷 磁体及电流 以及该点在磁场中位置有关 与在这个地方有无通电导线以及放置方向无关 因此 从b f il去说明什么b与f成正比 b与il成反比都是不正确的 但另一方面安培力f不仅与b有关 还跟il以及电流方向与磁场方向的夹角有关 3 磁感应强度是矢量 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向 即通过该点的磁感线的切线方向 空间某点的合磁感应强度应为各个磁场单独存在时在该点磁感应强度的矢量和 b b1 b2 b3 矢量和 1 下列说法正确的是a 磁场中某处磁感强度的大小 等于长为l 通以电流i的一小段导线放在该处时所受磁场力f与乘积il的比值b 一小段通电导线放在某处如不受磁场力作用 则该处的磁感应强度为零c 因为b f il 所以磁场中某处磁感应强度的大小与放在该处的导线所受磁场力f的大小成正比 与il的大小成反比d 磁场中某处磁感应强度的大小与放在磁场中的通电导线长度 电流大小及所受磁场力的大小均无关 d 定义式b f il成立的前提条件是i b 可能i b 如何检验磁场的存在 任意磁场磁感应强度的度量式 通电长直导线的磁场磁感应强度的决定式 2 下列说法正确的是 a 电荷在某处不受电场力作用 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 检验电场中某点的强度 是把一个试探电荷放到该点时受到的电场力与试探电荷本身电量的比值 d 检验磁场中某点强弱 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线的长度和电流的乘积的比值 ac 电荷在电场中就会受到电场力 并且在电场中某一点f q f q 恒量 不同点一般说恒量的值不同 定义电场强度e f q 通电导线在磁场中某一点受到的磁场力与磁场方向 电流方向有关 当i b时不受磁场力的作用 只考虑i b时 f il f il 恒量 不同点一般说恒量的值不同 定义成磁感应强度b f il 3 如图所示 电流从a流入 从b流出均匀的圆铜环 两条支路的电流大小相等 则圆心处的磁感应强度为a 垂直于圆环向里b 垂直于圆环向外c 在圆环内且指向bd 零 d 解析 由安培定则可知 两条支路电流在圆心处产生的磁场方向相反 由对称性可知 大小也相等 故叠加后合磁场的磁感应强度为零 如果问o点上方c点和o点下方d点的磁感应强度的方向如何 a b 4 如图所示 三根通电直导线垂直纸面放置 位于b c d处 通电电流大小相同 方向如图所示 a位于bd中点 则a点的磁感应强度方向是 a 垂直纸面指向纸里b 垂直纸面指向纸外c 沿纸面由a指向bd 沿纸面由a指向c c 解析 根据安培定则 b d两根导线在a点形成的磁场 磁感应强度大小相等 方向相反 合磁感应强度应为零 故a点磁场就由通电导线c来决定 根据安培定则c在a点处的磁场 磁感应强度方向应为沿纸面由a指向b 正确选项为c 5 在地磁场作用下处于水平静止的小磁针上方 平行于小磁针水平放置一导线 当该导线中通有电流时 小磁针会发生偏转 当通过该导线的电流为i时 小磁针偏转了300 则当他发现小磁针偏转了600时 通过该导线的电流为 通电直导线在某点产生的磁场的磁感应强度与通过导线的电流成正比 a 2ib 3ic id 无法确定 b 同向电流相吸 异向电流相斥 两平行通电导线间的作用问题涉及到电流产生磁场和磁场对电流的磁场力两个物理现象 用安培定则和左手定则来判断通电导线所受磁场力的方向 专题三两平行通电导线间的相互作用 两根通电导线间的磁场力遵循牛顿第三定律 例1 如图所示 a b c d四根平行等距长直导线 两端都固定在同一平面内 当它们同时通入大小相等 方向如图所示的电流后 则 a 导线a受力方向向左b 导线b受力方向向左c 导线c受力方向向左d 导线d受力方向向右 acd 结合对称性利用同向电流相吸 异向电流相斥结论进行分析 矛盾的主要方面决定事物的性质 例2 如图所示 两根平行放置的长直导线a和b载有大小相等 方向相反的电流 a受的磁场力的大小为f1 当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后 a受到的磁场力的大小变为f2 则此时b受到的磁场力的大小变为a f2b f1 f2c f1 f2d 2f1 f2 a 题中的f2可看成是a所受两个安培力的合力大小 而b所受的两个安培力跟b所受的两个安培力大小相等 方向相反 所以b所受合力与a所受合力大小相等 方向相反 例3 两个相同的圆形线圈能在一个光滑的圆柱上自由移动 设大小不同的电流按图示的方向通人线圈 则两线圈的运动情况是 a 都绕圆柱转动b 彼此相向运动 具有大小相等的加速度c 彼此相向运动 电流大的加速度大d 彼此相背运动 电流大的速度大 b 模型化归 两平行通电导线间的相互作用 同吸异斥 环形电流等效成条形磁铁 专题五安培力作用下物体的运动方向的判断 1 电流元法 即把整段电流等效为多段直线电流元 先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向 从而判断整段电流所受合力方向 最后确定运动方向 2 特殊位置法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向 从而确定运动方向 3 等效法 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管 通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析 5 转换研究对象法 因为电流之间 电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题 可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力 再由牛顿第三定律 确定磁体所受电流作用力 从而确定磁体所受合力及运动方向 4 利用结论法 两电流相互平行时无转动趋势 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 两电流不平行时 有转动到相互平行且电流方向相同的趋势 1 两条导线ab和cd互相垂直 如图所示 其中的ab固定 cd可自由活动 两者相隔一小段距离 当两条导线分别通以图示方向的电流时 垂直纸面向里看导线cd将a 顺时针方向转动 同时靠近abb 逆时针方向转动 同时靠近abc 顺时外方向转动 同时远离abd 逆时针方向转动 同时远离ab b 解析 根据安培定则和左手定则可判断cd导线的左半部分受到竖直向下的安培力作用 右半部分受到竖直向上的安培力作用 故cd导线将沿逆时针转动 假设导线自图示位置转过90 时 导线cd和导线ab平行 电流方向相同 相互吸引 导线cd将靠近导线ab 实际上 导线cd在整个过程中 同时靠近导线ab 所以本题答案应选c 2 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 导线可以自由移动 当导线通过图示方向电流时 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 解析 根据蹄形磁铁磁感线分布和左手定则可判断a端受垂直纸面向里的安培力 b端受垂直纸面向外的安培力 故导线逆时针转动 假设导线自图示位置转过90 时 由左手定则可知 导线ab受竖直向下安培力作用 导线下降 实际上 导线ab在整个过程中 同时下降 故导线在逆时针转动的同时向下运动 所以本题答案应选c c 3 如图所示 一个带负电的橡胶圆盘处在竖直面内 可以绕过其圆心的水平轴高速旋转 当它不动时 放在它左侧轴线上的小磁针处于静止状态 当橡胶盘从左向右看逆时针高速旋转时 小磁针n极的指向a 不偏转b 向左偏c 向右偏d 向纸内偏转 c 等效思想 环形电流 条形磁铁 4 如图所示 把轻质导线圈用细线悬挂在磁铁s极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面 当线圈内通过图示方向的电流时 线圈将怎样运动 线圈向右摆起 5 一个可自由转动的线圈l1和一个固定的线圈l2互相绝缘垂直放置 且两个圆线圈的圆心重合 当两线圈通以如图所示的方向时 则从左向右看 线圈l1将 a 不动b 顺时针转动c 逆时针转动d 向纸内转动 c 利用结论法 两电流相互平行时无转动趋势 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 两电流不平行时 有转动到相互平行且电流方向相同的趋势 等效法 把环形电流l1看成小磁针 6 一个松弛的螺线管中通以电流 线圈将 a 纵向伸长 径向膨胀b 纵向压缩 径向膨胀c 纵向伸长 径向收缩d 纵向压缩 径向收缩 b 7 如图所示 条形磁铁放在水平桌面上 在其正中央的上方固定一根长直导线 导线与磁铁垂直 给导线通以垂直纸面向外的电流 则 a 磁铁对桌面压力减小 不受桌面的摩擦力作用 b 磁铁对桌面压力减小 受到桌面的摩擦力作用c 磁铁对桌面压力增大 不受桌面的摩擦力作用d 磁铁对桌面压力增大 受到桌面的摩擦力作用 a 专题六安培力作用下物体的平衡 有安培力参与的物体的平衡 此平衡与前面所讲的物体的平衡一样 也是利用物体的平衡条件解题 期中安培力是众多受力中的一个 与闭合电路欧姆定律相结合的题目 主要应用 闭合电路欧姆定律 安培力公式 物体的平衡条件 在安培力作用下物体的平衡的解决步骤和前面我们学习的共点力的平衡相似 一般也是先进行受力分析 再根据共点力的平衡条件列出平衡方程 其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力 分析通电导线的受力问题 关键是搞清楚各物理量空间方位上的关系 通常是把三维图改画成侧视图 使问题简明 尤其是出现斜面时 2 一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图所示的匀强磁场中 此时悬线中的张力大小小于铜棒的重力 欲使悬线中张力变为0 可采用的方法是 a 保持原磁场不变 适当增大电流且方向不变b 使电流反向 并适当减弱磁场c 电流大小 方向不变 适当增强磁场d 使磁场反向 适当增大电流并反向 acd 8 如图所示 光滑平行导轨宽为l 轨道与水平面成 角 放在竖直向上的匀强磁场中 磁感强度为b 质量为m的金属棒ab垂直于导轨放在轨道上 若保持金属棒ab静止不动 棒中应通有多大的电流 10 如图所示 两平行光滑导轨相距为20cm 与水平方向夹角为45 金属棒mn的质量为10g 电阻r 8 匀强磁场的磁感应强度b的方向竖直向下大小为0 8t 电源电动势为10v 内阻为1 当开关s闭合时 mn处于平衡状态 求变阻器r1的取值为多少 答案 7 11 在磁感强度b 2t 方向竖直向上的匀强磁场中 有一与水平面 37 的导电轨道 滑轨上放一可自由移动的金属杆ab 已知接在滑轨中的电源电动势e 10v 内阻r 1 ab杆长l 0 5m