2013届高考物理一轮复习第8章第1单元磁场及其描述磁场对电流的作用.pptVIP

第八章磁场 一 磁场及其描述1 定义 磁场是磁体 电流周围存在的一种特殊物质 2 方向 磁场中任一点小磁针N极所受的方向为该点的磁场方向 3 磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁体 电流和运动电荷都有磁场力的作用 4 磁感应强度 1 物理意义 描述的物理量 2 方向 小磁针时N极所指的指向 磁场力 磁场强弱 静止 5 磁感线 在磁场中人为地画出一系列曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的的方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 磁感线的疏密程度表示磁场的 二 几种常见的磁场1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图所示 特斯拉 磁感应强度 强弱 2 地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似 其主要特点有三个 1 地磁场的在地理南极附近 在地理北极附近 2 地磁场B的水平分量 Bx 总是从地理指向 而竖直分量 By 则南 北半球相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 3 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁感强弱相同 且方向水平向北 N极 S极 南极 北极 3 几种电流周围的磁场分布 4 匀强磁场 1 定义 处处相同的磁场 2 磁感线特点 匀强磁场的磁感线为间隔相同的平行直线 如图所示 3 常见例子 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 边缘部分除外 相隔一定距离的两个平行放置的通电线圈中间区域的磁场 5 磁通量 1 公式 2 单位 韦伯 韦 符号 Wb 1Wb 1T m2 3 适用条件 匀强磁场 S是垂直磁场并在磁场中的有效面积 强弱 方向 BS 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 0 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 并使四指指向的方向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受的方向 2 安培力的方向特点 F B F I 即F垂直于决定的平面 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 BILsin BIL 电流 安培力 B I 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垂直 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 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 优点是精确度高 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 线圈 半径方向 相等 越大 越大 1 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 磁感应强度越大解析 磁感应强度是由磁场本身决定的 与试探电流元的情况无关 A错 电流元所受磁场力方向与磁感应强度B的方向垂直 B错 当磁场与电流平行时 安培力等于零 C错 磁感线的疏密程度表示磁场的强弱 磁场中磁感线越密集的地方 磁感应强度越大 D正确 故选D 答案 D 2 2012年滁州模拟 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总磁通量 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 故总磁通量减小 选B 答案 B 3 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如下图中箭头所示 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 4 如图所示 PQ和MN为水平 平行放置的金属导轨 相距1m 导体棒ab跨放在导轨上 棒的质量为m 0 2kg 棒的中点用细绳经滑轮与物体相连 物体的质量M 0 3kg 棒与导轨间的动摩擦因数为 0 5 匀强磁场的磁感应强度B 2T 方向竖直向下 为了使物体匀速上升 应在棒中通入多大的电流 方向如何 g取10m s2 解析 导体棒ab受力如右图所示 由平衡条件 FN mg BIL Ff Mg 0 又Ff FN 联立 可得I 2A 由左手定则知电流方向由a b 答案 2Aa b 对磁感应强度的理解 1 磁感应强度是反映磁场性质的物理量 是用比值法定义的 2 匀强磁场 磁感应强度处处相同 磁感线是一组平行且等间距的直线 3 磁感应强度B与电场强度E的比较 1 电场强度的方向与电荷的受力方向相同或相反 而磁感应强度的方向与电流元受安培力方向垂直 满足左手定则 2 电荷在电场中一定受到电场力的作用 而电流在磁场中如果电流方向与磁场方向平行 则不受安培力的作用 例1 如图所示 在a b c三处垂直于纸面放置三根长直通电导线 电流大小相等 a b c是等边三角形的三个顶点 a处电流在三角形中心O点产生的磁场的磁感应强度大小为B 求O处的磁感应强度 思路点拨 首先求出a b c三根导线电流在O处各自形成的磁场的磁感应强度的大小和方向 然后利用平行四边形定则进行合成 自主解答 由于Oa Ob Oc 所以在各电流等大的前提下 各处的电流在O点的磁感应强度大小也都为B 根据安培定则 各电流在O处的磁感应强度应垂直于各点和O的连线 如图所示 由图中几何关系知Ba与Bb夹角为120 所以根据平行四边形定则 a b在O处的合磁感应强度为B 方向水平向右 所以O处的总磁感应强度大小为2B 方向平行ab连线向右 答案 2B 方向平行ab连线向右 答案 D 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 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 例2 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 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 通电导体在安培力作用下运动的判断 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 现对五种常用的方法列表如下 1 在应用左手定则判定安培力方向时 磁感线方向不一定垂直于电流方向 但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直 即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 2 有时导体在安培力作用下会出现平动和转动 这时可以应用特殊位置法 例3 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 思路点拨 首先明确常见磁场的磁感线分布情况 然后取 电流元 用左手定则判定其受力方向 特别注意电流旋转后 有了垂直于纸面的分量而导致向下受力 自主解答 1 电流元法 如图所示 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平行 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于纸面向里 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 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 综上所述 选项A正确 答案 A 3 将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来 在其附近放一条形磁铁 磁铁的轴线与圆环在同一个平面内 且通过圆环中心 如图所示 当圆环中通以顺时针方向的电流时 从上往下看A 圆环顺时针转动 靠近磁铁B 圆环顺时针转动 远离磁铁C 圆环逆时针转动 靠近磁铁D 圆环逆时针转动 远离磁铁解析 该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针 N极在内 S极在外 根据同极相互排斥 异极相互吸引 可得C项正确 答案 C 与安培力有关的力学综合问题 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 1 B与L垂直 2 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 涉及安培力的运动问题 用动能定理或能量守恒定律有时会比较方便 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 Ff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 自主解答 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Ff静 金属棒静止在框架上时 Ff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安较小 在金属棒重力分力mgsin 作用下棒有沿框架下滑的趋势 框架对棒的摩擦力沿框面向上 受力如图所示 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 答案 1 4 R 8 2 4 如图所示 在倾角为37 的光滑斜面上有一根长为0 4m 质量为6 10 2kg的通电直导线 电流强度I 1A 方向垂直于纸面向外 导线用平行于斜面的轻绳拴住不动 整个装置放在磁感应强度每秒增加0 4T 方向竖直向上的磁场中 设t 0时 B 0 则需要多长时间 斜面对导线的支持力为零 g取10m s2 答案 5s 1 2012年淮北模拟 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解析 V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl 方向分别垂直于导线斜向上 再由平行四边形定则可得其合力F BIl 答案为C 答案 C 2 2011年高考课标全国卷 为了解释地球的磁性 19世纪安培假设 地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的 在下列四个图中 正确表示安培假设中环形电流方向的是 解析 地磁场的N极在地球南极附近 地磁场的S极在地球北极附近 根据安培定则 可判定电流方向为顺时针方向 站在地球的北极向下看 选项B正确 选项A C D错误 答案 B 3 2011年高考大纲全国卷 如图 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2 且I1 I2 a b c d为导线某一横截面所在平面内的四点 且a b c与两导线共面 b点在两导线之间 b d的连线与导线所在平面垂直 磁感应强度可能为零的点是 A a点B b点C c点D d点解析 由于I1 I2 且离导线越远产生的磁场越弱 在a点I1产生的磁场比I2产生的磁场要强 A错 同理 C对 I1与I2在b点产生的磁场方向相同 合成后不可