2020版高考物理一轮复习第8章磁场第1讲磁场的描述磁场对电流的作用课件

选考导航 第1讲磁场的描述磁场对电流的作用 知识排查 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 n极 磁场力 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的 和 2 大小 b 通电导线垂直于磁场 3 方向 小磁针静止时 的指向 4 单位 特斯拉 t 3 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 磁感线的特点 疏密程度相同 方向相同的平行直线 n极 强弱 方向 处处相等 处处相同 1 磁感线及特点 1 磁感线 在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的 的方向一致 2 特点 磁感线上某点的 方向就是该点的磁场方向 磁感线的 定性地表示磁场的强弱 磁感线是 曲线 没有起点和终点 磁感线是假想的曲线 客观上 磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 磁感应强度 切线 疏密 闭合 不存在 2 电流的磁场 1 安培力的大小 1 磁场和电流垂直时 f 2 磁场和电流平行时 f 2 安培力的方向左手定则判断 1 伸出左手 让拇指与其余四指 并且都在同一个平面内 2 让磁感线从掌心进入 并使四指指向 方向 3 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 安培力 安培力的方向匀强磁场中的安培力 bil 0 垂直 电流 拇指 图1 小题速练 1 思考判断 1 小磁针n极所指的方向就是该处磁场的方向 2 磁感线是真实存在的 3 磁感线越密表示磁场越强 4 将通电导线放入磁场中 若不受安培力 说明该处磁感应强度为零 5 磁场中某点磁感应强度的方向 跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致 6 安培力一定不做功 7 奥斯特发现了电流可以产生磁场 答案 1 2 3 4 5 6 7 答案b 3 人教版选修3 1 p94 t1改编 下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力 其中正确的是 答案c 4 在磁感应强度为b0 方向竖直向上的匀强磁场中 水平放置一根通电长直导线 电流的方向垂直于纸面向里 如图2所示 a b c d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点 在这四点中 a c d两点的磁感应强度大小相等b a b两点的磁感应强度大小相等c c点的磁感应强度的值最小d b点的磁感应强度的值最大 图2 解析通电直导线在c点产生的磁场的磁感应强度方向与b0的方向相反 b d两点的电流磁场与b0垂直 a点电流磁场与b0同向 由磁场的叠加知c点的合磁感应强度最小 答案c 安培定则的应用 1 几种常见的磁场 2 安培定则 1 直线电流的磁场 右手握住通电导线 伸直的大拇指指向电流方向 那么弯曲的四指的方向就是导线周围的磁感线环绕的方向 2 环形电流的磁场 用右手握住通电的环形导线 或通电螺线管 弯曲的四指与环形电流的方向一致 那么大拇指的指向就是环形导线轴心上 或通电螺线管内部 的磁感线的方向 3 电场线与磁感线的比较 典例 如图3所示 直导线ab 螺线管c 电磁铁d三者相距较远 它们的磁场互不影响 开关s闭合 则小磁针的北极n 黑色一端 指示磁场方向正确的是 图3a a cb b cc c dd a d 解析据安培定则判断出 1 ab直导线磁场在小磁针a所在位置垂直纸面向外 所以小磁针a的n极指向正确 2 c左侧为n极 内部磁场向左 所以小磁针c的n极指向正确 小磁针b的n极指向不对 3 d左为s极 右为n极 所以小磁针d的n极指向也不正确 答案a 1 如图4所示 竖直放置的长直导线通有恒定电流 侧旁小磁针n极的最终指向应为 a 平行纸面向右b 平行纸面向左c 垂直纸面向里d 垂直纸面向外解析根据安培定则可知 导线右侧的磁感线方向垂直纸面向外 故小磁针n极的最终指向应为垂直纸面向外 答案d 图4 2 2016 10月浙江选考 如图5所示 把一根通电的硬直导线ab 用轻绳悬挂在通电螺线管正上方 直导线中的电流方向由a向b 闭合开关s瞬间 导线a端所受安培力的方向是 a 向上b 向下c 垂直纸面向外d 垂直纸面向里 图5 解析闭合开关s瞬间 由右手螺旋定则知螺线管右端为n极 左端为s极 螺线管产生的磁场方向在通电导线a端斜向左下方 由左手定则可知 导线a端所受安培力的方向垂直纸面向里 d正确 答案d 1 磁感应强度由磁场本身决定 与检验电流无关 2 磁感应强度是矢量 磁场叠加时合磁感应强度等于各个磁感应强度的矢量和 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或根据正交分解法进行合成与分解 3 磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场叫做匀强磁场 磁感应强度及磁场的叠加 典例 2017 4月浙江选考 如图6所示 两平行直导线cd和ef竖直放置 通以方向相反大小相等的电流 a b两点位于两导线所在的平面内 则 a b点的磁感应强度为零b ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里c cd导线受到的安培力方向向右d 同时改变两导线的电流方向 cd导线受到的安培力方向不变 图6 解析根据右手螺旋定则可知 两平行直导线通以电流后在b处的磁场方向均为垂直纸面向外 所以选项a错误 导线cd在a处的磁场垂直纸面向里 导线ef在a处的磁场垂直纸面向外 且导线cd在a处产生的磁感应强度大 所以选项b错误 根据安培定则和左手定则可判断 方向相反的两个电流的安培力互相排斥 所以选项c错误 不管电流方向如何 只要电流方向相反 就互相排斥 选项d正确 答案d 1 下列说法正确的是 a 电荷在某处不受电场力的作用 则该处电场强度可能不为零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 电场强度表征电场中某点电场的强弱 是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值d 磁感应强度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线长度和电流乘积的比值 答案c 2 有两根长直导线a b互相平行放置 如图7所示为垂直于导线的截面图 在图中所示的平面内 o点为两根导线连线的中点 m n为两根导线附近的两点 它们在两导线连线的中垂线上 且与o点的距离相等 若两导线中通有大小相等 方向相同的恒定电流i 则关于线段mn上各点的磁感应强度的说法正确的是 a m点和n点的磁感应强度大小相等 方向相同b m点和n点的磁感应强度大小相等 方向相反c 在线段mn上各点的磁感应强度都不可能为零d 在线段mn上三点的磁感应强度为零 图7 解析根据安培定则和磁场叠加原理 m点和n点的磁感应强度大小相等 方向相反 选项a错误 b正确 在线段mn上只有在o点处 a b两直导线电流形成的磁场的磁感应强度等大反向 即只有o点处的磁感应强度为零 选项c d错误 答案b 3 2017 全国卷 18 如图8 在磁感应强度大小为b0的匀强磁场中 两长直导线p和q垂直于纸面固定放置 两者之间的距离为l 在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流i时 纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零 如果让p中的电流反向 其他条件不变 则a点处磁感应强度的大小为 图8 答案c 1 安培力的大小 1 当b与i垂直时 f最大 f ilb 当b与i平行时 f最小 f 0 2 公式f bil中的l是指有效长度 当直导线与磁场垂直时 导线在磁场中的部分为有效长度 当弯曲导线与磁场垂直时 有效长度等于连接两端点线段的长度 如图9所示 相应的电流沿l由始端流向末端 图9 安培力及安培力作用下的导体运动情况的判断 2 安培力作用下导体运动方向的判断方法 典例1 2017 上海单科 如图10 一导体棒ab静止在u形铁芯的两臂之间 电键闭合后导体棒受到的安培力方向 图10a 向上b 向下c 向左d 向右 解析根据图中的电流方向 由安培定则知u形铁芯下端为n极 上端为s极 ab中的电流方向由a b 由左手定则可知导体棒受到的安培力方向向右 选项d正确 答案d 典例2 如图11所示 u形平行金属导轨与水平面成37 角 金属杆ab横跨放在导轨上 其有效长度为0 5m 质量为0 2kg 与导轨间的动摩擦因数为0 1 空间存在竖直向上的磁感应强度为2t的匀强磁场 要使ab杆在导轨上保持静止 则ab中的电流大小应在什么范围 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 图11 解析先画出金属杆受力的侧面图 由于安培力的大小与电流有关 因此改变电流的大小 可以改变安培力的大小 也可以使导线所受的摩擦力方向发生变化 由平衡条件可知 当电流较小时 导线所受的摩擦力方向沿斜面向上 如图甲所示 甲乙 则mgsin mgcos fsin fcos 当电流较大时 导线所受的摩擦力方向沿斜面向下 如图乙所示 则mgsin mgcos fsin fcos 所以1 21a i 1 84a 答案1 21a i 1 84a 1 与安培力有关的力学问题与其他力学问题一样 受力分析是关键 利用左手定则正确分析安培力的方向 用安培力公式正确求解其大小 根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解 2 将三维图转换为二维平面图 即通过画俯视图 剖面图 侧视图等 将立体图转换为平面受力图 1 2015 9月浙江测试卷 如图12所示是 探究影响通电导线受力的因素 的装置图 实验时 先保持导线通电部分的长度不变 改变电流的大小 然后保持电流不变 改变导线通电部分的长度 对该实验 下列说法正确的是 图12 a 当导线中的电流反向时 导线受到的安培力方向不变b 保持电流不变 接通 1 4 时导线受到的安培力是接通 2 3 时的3倍c 保持电流不变 接通 1 4 时导线受到的安培力是接通 2 3 时的2倍d 接通 1 4 当电流增加为原来的2倍时 通电导线受到的安培力减半解析接触 1 4 时导线的长度是接触 2 3 时长度的3倍 根据安培力公式f bil知 导线所受安培力也是3倍关系 答案b 2 2018 11月浙江选考 电流天平是一种测量磁场力的装置 如图13所示 两相距很近的通电平行线圈 和 线圈 固定 线圈 置于天平托盘上 当两线圈均无电流通过时 天平示数恰好为零 下列说法正确的是 图13a 当天平示数为负时 两线圈电流方向相同b 当天平示数为正时 两线圈电流方向相同 c 线圈 对线圈 的作用力大于线圈 对线圈 的作用力d 线圈 对线圈 的作用力与托盘对线圈 的作用力是一对相互作用力解析当线圈中通有同向电流时互相吸引 通有反向电流时互相排斥 故当天平示数为负数时 表示互相吸引 所以为同向电流 当天平示数为正时 表示相互排斥 为反向电流 选项a正确 b错误 根据作用力与反作用力可知线圈 对线圈 的作用力等于线圈 对线圈 的作用力 线圈 对线圈 的作用力与托盘对线圈 的作用力都作用在线圈 上 它们不是一对相互作用力 选项c d错误 答案a 3 2016 4月浙江选考 法拉第电动机原理如图14所示 条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心 n极向上 一根金属杆斜插在水银中 杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连 电源负极与金属杆上端相连 与电源正极连接的导线插入水银中 从上往下看 金属杆 a 向左摆动b 向右摆动c 顺时针转动d 逆时针转动解析闭合开关s 金属杆中有向上的电流通过 金属杆处在磁铁的磁场中 受到安培力作用 根据左手定则得知 安培力方向与金属杆垂直向里 使金属杆以磁铁棒为轴逆时针转动 选项a b c错误 d正确 答案d 图14 磁场中的平衡问题 题源 人教版选修3 1 p94 t3 如图3 4 11所示为电流天平 可以用来测量匀强磁场的磁感应强度 它的右臂挂着矩形线圈 匝数为n 线圈的水平边长为l 处于匀强磁场内 磁感应强度b的方向与线圈平面垂直 当线圈中通过电流i时 调节砝码使两臂达到平衡 然后使电流反向 大小不变 这时需要在左盘中增加质量为m的砝码 才能使两臂再达到新的平衡 图3 4 11 1 导出用n m l i计算b的表达式 2 当n 9 l 10 0cm i 0 10a m 8 78g时 磁感应强度是多少 链接高考 2015 浙江理综 24 小明同学设计了一个 电磁天平 如图15甲所示 等臂天平的左臂为挂盘 右臂挂有矩形线圈 两臂平衡 线圈的水平边长l 0 1