高考物理一轮复习 第8章 磁场 第1讲 磁场及其对电流的作用课件 新人教版选修31.ppt

第八章磁场 选修3 1 1 高考对本章知识常以选择题和计算题两种形式出现 选择题 一般考查对磁感应强度 磁感线 安培力和洛伦兹力这些概念的理解 以及安培定则和左手定则的运用 计算题 主要考查安培力大小的计算 以及带电粒子在磁场中受到洛伦兹力和带电粒子在磁场中的圆周运动的分析判断和计算 尤其是带电粒子在电场 磁场中的运动问题是高考的重点内容 可能成为试卷的压轴题 2 由于本考点知识与现代科技密切相关 在近代物理实验中有重大意义 因此考题还可能以科学技术的具体问题为背景 考查学生运用知识解决实际问题的能力和建模能力 1 在复习本章时要重视对基本概念 基本规律的理解掌握 特别要熟悉典型磁场的磁感线空间分布和安培定则 左手定则的运用 通电导体棒受安培力运动的问题 作为一种题型 也要重点分析和掌握 2 复习带电粒子在磁场中运动的问题时 要多把洛伦兹力 圆周运动的规律 几何知识结合在一起复习 提高学生的空间想象能力和利用数学知识处理物理问题的能力 第1讲磁场及其对电流的作用 知识梳理自测 1 磁场 1 定义 磁场是 周围存在的一种特殊物质 2 基本性质 磁场对处于其中的 和 有磁场力的作用 3 方向 小磁针的 所受磁场力的方向 2 磁感应强度 1 定义式 通电导线垂直于磁场 2 方向 小磁针静止时 的指向 磁场 磁感应强度 磁体 电流 磁体 电流 运动电荷 n极 n极 1 磁感线 在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的 方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 2 安培定则 1 通电直导线 右手握住导线 让 所指的方向与电流方向一致 所指的方向就是磁感线环绕的方向 磁感线与安培定则 切线 伸直的拇指 弯曲的四指 2 环绕电流 让右手 与环形电流的方向一致 所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向 如图 分别表示通电直导线 环形电流 通电线圈周围的磁场 表示 的方向 表示 的方向 弯曲的四指 伸直的拇指 电流 磁场 1 安培力的方向 左手定则 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 指向电流方向 3 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 如图 表示 的方向 表示 的方向 表示 的方向 安培力的大小与方向 垂直 四指 拇指 电流 磁场 安培力 2 安培力的大小 f 为磁场方向与电流方向的夹角 1 当磁场与电流垂直时 f 2 当磁场与电流平行时 f 思考 1 磁场中的一小段通电导体在该处受力为零 此处b一定为零吗 2 利用左手定则判断两平行的通电 同向 异向 直导线间的安培力是引力还是斥力 答案 1 不一定 2 同向相吸 异向相斥 bilsin bil 0 思维辨析 1 电流在磁场中受力为零 说明该处磁感应强度为零 2 磁体的磁感线不论是在磁体外部还是在内部 都是由n极指向s极 3 同名磁极相互排斥 异名磁极相互吸引 与此类似 同向电流相互排斥 异向电流相互吸引 4 安培力f 磁感应强度b 电流i三者方向总是相互垂直 5 安培力计算公式f bil的成立条件是磁感应强度b垂直于电流i 即b i 6 磁铁的磁场和电流的磁场本质上是不同的 7 磁感应强度是一个矢量 表示通电导线所受安培力的方向 8 地磁的n极在地球南极附近 赤道表面附近的地磁场可近似认为平行地面向北 9 安培力只能对导体做正功 答案 1 电流在磁场中受力为零 磁感应强度不一定为零 2 在磁体内部 磁感线由s极指向n极 3 同向电流相互吸引 异向电流相互排斥 4 安培力垂直磁场和电流决定的平面 磁场和电流不一定垂直 5 6 磁铁的磁场和电流的磁场本质上是一样的 7 磁感应强度方向是静止小磁针n极的指向或小磁针n极的受力方向 8 9 安培力既可以对导体做正功 也可以对导体做负功 b b 解析 磁感线的疏密程度表示b的大小 但安培力的大小除跟该处的b的大小和i l有关外 还跟导线放置的方向与b的方向的夹角有关 故c d错误 由a b两处磁感线的疏密程度可判断出bb ba 所以b正确 ad 解析 由安培定则可得 a图线圈中i1和i2分别产生的磁场方向相反 a图中磁通量可能为零 a正确 b图线圈中 i2产生的磁通量为零 i1产生的磁通量垂直于纸面向外 所以线圈中磁通量不可能为零 c图中 两电流产生的磁通量都垂直于纸面向外 不可能为零 c错误 d图中 两电流产生的磁场方向相反 磁通量可能为零 d正确 解析 b i时受磁场力最大 故乙 丁图中最大 故c正确 c 核心考点突破 1 电流的磁场 安培定则的应用和磁场的叠加 ac 解题探究 1 根据安培定则判断三条导线分别在a b c处的磁场方向 对于a点 左边导线 右边导线 下边导线 2 磁感应强度的大小与导线的位置有怎样的关系 答案 离导线越近 磁感应强度越强 3 磁场的合成遵从 垂直纸面向外 垂直纸面向里 垂直纸面向外 平行四边形定则 解析 靠近a点的两根导线产生的磁场叠加后 磁感应强度为零 a点磁感应强度由离a最远的导线决定 b点的磁感应强度大小与a点相同 对于c点 靠近c的两根导线的磁感应强度方向相同 叠加后的磁感应强度最大 选项a正确 选项b错误 由右手螺旋定则和磁感应强度的矢量叠加可得 c正确 d错误 类题演练1 c 解析 根据安培定则 结合矢量的合成法则可知 这四条导线的电流在正方形的几何中心o点处产生的磁感应强度方向由o指向c 故c正确 1 计算安培力公式f bil 应用时要注意 1 b与l垂直 2 l是有效长度 公式f bil中l指的是 有效长度 当b与i垂直时 f最大 f bil 当b与i平行时 f 0 安培力的分析与计算 弯曲导线的有效长度l 等于连接两端点线段的长度 如图所示 相应的电流沿l由始端流向末端 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 2 方向 根据左手定则判断 安培力f b f i c 解题探究 1 本题中计算安培力时通电导线的有效长度等于弧长ac的长吗 2 如何确定安培力方向 答案 1 有效长度不等于弧长ac的长 应等于连线ac的长 2 由左手定则确定安培力方向 类题演练2 b 解析 根据左手定则可知 dc边和be两边受的安培力大小相等 方向相反 ad边受的安培力水平向左 大小为f1 bil ka i a ka2i cb边受的安培力水平向右 大小为f2 b il k 2a i a 2ka2i 整个线框受的安培力水平向右 大小为f2 f1 ka2i a c d错误 b正确 1 通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力学综合模型 该模型一般由倾斜导轨 导体棒 电源和电阻等组成 这类题目的难点是题图具有立体性 各力的方向不易确定 因此解题时一定要先把立体图转化成平面图 通过受力分析建立各力的平衡关系 如图所示 安培力作用下导体的平衡与加速 2 安培力作用下的加速问题与动力学问题一样 关键是做好受力分析 然后根据牛顿第二定律求出加速度 最后利用运动学公式求解或结合动能定理 能量守恒和转化来求解 解题探究 1 磁感应强度b与安培力f的方向有何关系 2 什么情况下磁感应强度b最小 答案 1 垂直 2 安培力最小时 磁感应强度b最小 类题演练3 abc a 一直向右移动b 速度随时间周期性变化c 受到的安培力随时间周期性变化d 受到的安培力在一个周期内做正功 解析 本题考查通电导体在磁场中运动 解题关键是结合受力分析 进行运动过程的分析 取安培力向右的方向为正方向 作出导体棒受安培力随时间变化的图象如图甲所示 再根据受力情况 作出导体棒的v t图象 v向右为正方向 如图乙所示 从甲图可知安培力随时间周期性变化 c正确 解析 1 要使金属棒静止 安培力应斜向上指向纸里 画出由a b的侧视图 并对棒ab受力分析如图甲所示 经分析知磁场的方向斜向下指向纸里与纸面成30 角 答案 1 斜向下指向纸里与纸面成30 角 2 2 95t b 16 28t bd 阶段培优微专题 通电导体运动趋势的五种判定方法1 通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的判定步骤 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 2 常用判断方法 1 电流元法 把整段弯曲导线分为多段直线电流元 先用左手定则判断每段电流元受力的方向 然后判断整段导线所受合力的方向 从而确定导线运动方向 2 特殊位置法 通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时 判断其所受安培力的方向 从而确定其运动方向 3 等效法 环形电流可等效成小磁针 通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流 然后根据同极相斥 异极相吸判断相互作用情况 4 结论法 两平行直线电流在相互作用过程中 无转动趋势 同向电流互相吸引 反向电流互相排斥 两不平行的直线电流相互作用时 有转到平行且电流方向相同的趋势 5 转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题时 可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力 然后根据牛顿第三定律 确定磁体所受电流磁场的作用力 从而确定磁体所受合力及运动方向 b 解析 方法一 等效分析法 把线圈l1等效为小磁针 该小磁针刚好处于环形电流l2的中心 通电后 小磁针的n极应指向该环形电流l2的磁场方向 由安培定则知l2产生的磁场方向在其中心竖直向上 而l1等效成小磁针 其n极应由纸里转为向上 所以从左向右看顺时针转动 方法二 利用结论法 凡转动 必靠近 环形电流l1 l2之间不平行 则必有相对转动 直到两环形电流同向平行为止 据此可得l1的转动方向应是 从左向右看顺时针转动 方法三 直线电流元法 把线圈l1沿转动轴分成上下两部分 每一部分又可以看成无数直线电流元 电流元处在l2产生