高考物理一轮复习 第九章 磁场 第1讲 磁场 磁场对电流的作用课件.ppt

第九章磁场 第1讲磁场磁场对电流的作用 一 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 电流和运动电荷有磁场力的作用 2 方向 小磁针的n极所受磁场力的方向 或自由小磁针静止时北极的指向 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的强弱和方向 3 方向 小磁针静止时n极的指向 提示 对磁感应强度的三点提醒 1 磁感应强度由磁场本身决定 与是否放入小磁针及电流无关 2 磁感应强度是矢量 其方向与磁场的方向 磁感线的切向是相同的 3 在空间中有多个磁场共存时 要通过矢量合成求合磁感应强度的大小 方向 3 匀强磁场 1 定义 磁感应强度的大小处处相等 方向处处相同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 方向相同的平行直线 二 磁感线 常见电流的磁场1 磁感线的特点 1 磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向 2 磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱 在磁感线较密的地方磁场较强 在磁感线较疏的地方磁场较弱 3 磁感线是闭合曲线 没有起点和终点 在磁体外部 从n极指向s极 在磁体内部 由s极指向n极 4 同一磁场的磁感线不中断 不相交 不相切 5 磁感线是假想的曲线 客观上不存在 2 电流的磁场 3 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n极在地球南极附近 s极在地球北极附近 2 地磁场b的水平分量 bx 总是从地球南极指向北极 而竖直分量 by 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 距离地球表面相等的各点 磁感应强度相等 且方向水平向北 三 安培力 安培力的方向1 匀强磁场中安培力的大小 当磁感应强度b的方向与导线方向成 角时 f bilsin 1 当磁场与电流垂直时 安培力最大 fmax bil 2 当磁场与电流平行时 安培力等于零 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 并使四指指向电流的方向 这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 2 特点 f b f i 即f垂直于b和i决定的平面 3 两平行的通电直导线间的安培力 同向电流互相吸引 异向电流互相排斥 考点二 考点一 考点三 磁感应强度的概念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 匀强磁场中磁感应强度处处相同 磁感线是一组平行且等间距的直线 考点二 考点一 考点三 考点二 考点一 考点三 考点二 考点一 考点三 品思感悟 理解磁感应强度的三点注意事项 1 磁感应强度由磁场本身决定 因此不能根据定义式认为b与f成正比 与il成反比 2 测量磁感应强度时通电导线最好垂直磁场放入 如果平行磁场放入 则所受安培力为零 但不能说该点的磁感应强度为零 3 磁感应强度是矢量 其方向为放入其中的小磁针n极的受力方向 也是小磁针静止时n极的指向 考点二 考点一 考点三 多选 下列说法正确的是 cd a 磁场中某点的磁感应强度可以这样测定 把一小段通电导线放在该点时 受到的磁场力f与该导线的长度l 通过的电流i的乘积的比值即为磁场中某点的磁感应强度b 通电导线在某点不受磁场力的作用 则该点的磁感应强度一定为零c 磁感应强度只是定义式 它的大小取决于场源及磁场中的位置 与f i l以及通电导线在磁场中的方向无关d 磁场是客观存在的 考点二 考点一 考点三 考点二 考点一 考点三 安培定则的应用与磁场的叠加1 安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场时应分清 因 和 果 2 磁场的叠加磁感应强度是矢量 多个通电导体产生的磁场叠加时 合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和 考点二 考点一 考点三 典例2 多选 三条在同一平面内的长直绝缘导线组成一等边三角形 在导线中通过的电流均为i 方向如图所示 a b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上 且到相应顶点的距离相等 将a b和c处的磁感应强度大小分别记为b1 b2和b3 下列说法正确的是 a b1 b2 b3b b1 b2 b3c a和b处磁场方向垂直于纸面向外 c处磁场方向垂直于纸面向里d a处磁场方向垂直于纸面向外 b和c处磁场方向垂直于纸面向里 考点二 考点一 考点三 解题思路 本题要明确3条导线中的电流在a b c三点各自产生的磁场的分布情况 要充分利用对称性进行矢量合成 对于a点 由右手螺旋定则可知 两倾斜导线在此处产生的磁感应强度大小相等 方向相反 水平导线在此点产生的磁场方向向外 对于b点 斜向右上方的导线与水平导线在此点产生的磁感应强度大小相等 方向相反 斜向左上方的导线在此点产生的磁场方向向外 对于c点 水平导线在此点产生的磁场方向向里 斜向左上方和斜向右上方的导线在此点产生的磁场方向也向里 则c点合磁场方向向里 且有b3 b1 b2 综上可知 a c项正确 参考答案 ac 考点二 考点一 考点三 考点二 考点一 考点三 两根长直导线a b平行放置 如图所示为垂直于导线的截面图 图中o点为两根导线连线ab的中点 m n为ab的中垂线上的两点且与o点等距 两导线中通有等大 同向的恒定电流 已知直线电流在某点产生的磁场的磁感应强度b的大小跟该点到通电导线的距离r成反比 则下列说法中正确的是 b 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 若在n点放一小磁针 静止时其北极沿no由n点指向o点 解析 由安培定则 通电直导线周围磁场特点及矢量的合成知bm垂直mn向下 bn垂直mn向上 且bm bn 而o点的磁感应强度bo 0 b项正确 a c项错误 若在n点放一小磁针 静止时其北极垂直mn向上 d项错误 考点一 考点三 考点二 安培力1 安培力的大小 1 当通电导体和磁场方向垂直时 f ilb 2 当通电导体和磁场方向平行时 f 0 3 当通电导体和磁场方向的夹角为 时 f ilbsin 4 l是有效长度 即垂直磁感应强度方向的长度 2 安培力的方向 1 安培力的方向由左手定则确定 2 f b 同时f i 即f垂直于b和i决定的平面 但i和b不一定垂直 考点一 考点三 考点二 典例3 2015 新课标全国卷 如图 一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中 磁场的磁感应强度大小为0 1t 方向垂直于纸面向里 弹簧上端固定 下端与金属棒绝缘 金属棒通过开关与一电动势为12v的电池相连 电路总电阻为2 已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0 5cm 闭合开关 系统重新平衡后 两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0 3cm 重力加速度大小取10m s2 判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向 并求出金属棒的质量 考点一 考点三 考点二 解题思路 依题意 开关闭合后 电流方向从b到a 由左手定则可知 金属棒所受的安培力方向竖直向下 开关断开时 两弹簧各自相对于其原长伸长为 l1 0 5cm 由胡克定律和力的平衡条件得2k l1 mg 式中 m为金属棒的质量 k为弹簧的劲度系数 g为重力加速度的大小 开关闭合后 金属棒所受安培力的大小为f bil 式中 i为回路电流 l为金属棒的长度 两弹簧各自再伸长了 l2 0 3cm 由胡克定律和力的平衡条件得2k l1 l2 mg f 由欧姆定律有e ir 式中 e是电源的电动势 r是电路总电阻 考点一 考点三 考点二 联立 式 并代入题给数据得m 0 01kg 参考答案 竖直向下0 01kg 考点一 考点三 考点二 总结提升 安培力作用下导体棒平衡问题的解决方法 1 求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 2 三个关键 电磁问题力学化 立体图形平面化 求解问题数学化 考点三 考点二 考点一 2016 湖北部分重点高中联考 如图所示 用两根轻细金属丝将质量为m 长为l的金属棒ab的两端悬挂在c d两处 置于竖直向上的匀强磁场内 当棒中通以从a到b的电流i后 两悬线偏离竖直方向 角处于平衡状态 则磁感应强度b为多大 为了使棒平衡在该位置上 所需匀强磁场的磁感应强度b最小为多少 方向如何 考点三 考点二 考点一 解 画出从右侧逆着电流方向的侧视图 如图甲所示 金属棒在重力mg 悬线拉力ft 安培力f三个力作用下处于平衡状态 由平衡条件得f mgtan 要求所加匀强磁场的磁感应强度最小 应使棒在该位置平衡时所受的安培力最小 由于棒的重力恒定 悬线拉力的方向不变 由如图乙所示的力三角形可知 安培力的最小值 fmin mgsin 即bminil mgsin 由左手定则可知 所加磁场的方向应平行于悬线向上 1 多选 下列说法中正确的是 ac a 电荷在某处不受电场力的作用 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 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 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 2 在实验精度要求不高的情况下 可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度 具体做法是 在一根南北方向放置的直导线的正下方10cm处放一个罗盘 导线没有通电时 罗盘的指针 小磁针的n极 指向北方 当给导线通入电流时 发现罗盘的指针偏转一定角度 根据偏转角度即可测定电流产生磁场的磁感应强度 现已测出此地的地磁场水平分量b 5 0 10 5t 通电后罗盘指针停在北偏东60 的位置 如图所示 由此测出该通电直导线在其正下方10cm处通电直导线产生磁场的磁感应强度大小约为 c a 5 0 10 5tb 1 0 10 4tc 8 66 10 5td 7 07 10 5t 解析 如图所示 因为 所以通电直导线产生磁场的磁感应强度大小b1 btan60 8 66 10 5t c项正确 3 如图所示 长方形线框abcd通有电流i 放在直线电流i 附近 以下关于线框四个边所受安培力的说法正确的是 c a 线框只有两个边受力 合力向左b 线框只有两个边受力 合力向右c 线框四个边都受力 合力向左d 线框四个边都受力 合力向右 解析 直线电流产生磁场 通电线框处在磁场中 四条边都受安培力 其中ab和cd边所受安培力等大反向 合力为零 由安培定则及左手定则可知 ad边所受安培力向左 bc边所受安培力向右 且fad fbc 所以合力向左 c项正确 4 倾角为 的导电轨道间接有电源 轨道上放有一根静止的