高考物理一轮复习 第九章 磁场 1 磁场的描述 磁场对电流的作用课件.ppt

第九章磁场 2 3 第1节磁场的描述磁场对电流的作用 5 基础夯实 自我诊断 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 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的强弱和方向 2 大小 b 通电导线垂直于磁场 3 方向 小磁针静止时n极的指向 4 单位 特斯拉 t 6 基础夯实 自我诊断 二 磁感线几种常见的磁场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磁感应强度的方向一致 2 几种常见的磁场 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图所示 7 基础夯实 自我诊断 2 电流的磁场 8 基础夯实 自我诊断 9 基础夯实 自我诊断 3 匀强磁场在磁场的某些区域内 磁感线为同向等密的平行线 如图所示 4 地磁场 地磁场的n极在地理南极附近 s极在地理北极附近 磁感线分布如图所示 10 基础夯实 自我诊断 在赤道上 距离地球表面高度相等的各点 磁感应强度相同 方向水平向北 11 基础夯实 自我诊断 三 安培力的方向和大小1 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么 大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 两平行的通电直导线间的安培力 同向电流互相吸引 反向电流互相排斥 2 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 这是一般情况下的安培力的表达式 以下是两种特殊情况 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 12 基础夯实 自我诊断 请根据安培分子电流假说解释磁铁磁场产生的本质 提示磁铁中的每个原子会存在分子电流 并因分子电流而产生一个很小的磁场 平时分子电流磁场是杂乱无章的 所以对外不显磁性 在磁铁被磁化时 所有的分子电流磁场在强大的外磁场作用下会旋转自身的方向并趋于和外磁场的方向一致 这些分子电流磁场会合成一个较强的磁场 这时磁铁就会显示出磁性 在外加磁场撤去后 分子电流磁场还会有序排列 对外显示出磁性 13 基础夯实 自我诊断 1 多选 磁感应强度 下列所示各图中 小磁针的指向正确的是 答案 解析 14 基础夯实 自我诊断 2 下列关于磁感应强度的说法正确的是 a 一小段通电导体放在磁场a处 受到的磁场力比b处的大 说明a处的磁感应强度比b处的磁感应强度大b 由b 可知 某处的磁感应强度的大小与放入该处的通电导线所受磁场力f成正比 与导线的i l成反比c 一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用 则该处磁感应强度一定为零d 小磁针n极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向 答案 解析 15 基础夯实 自我诊断 3 多选 关于磁场和磁感线的描述 下列说法正确的是 a 磁极与磁极之间 磁极与电流之间都可以通过磁场发生相互作用b 磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向 它每一点的切线方向都和小磁针在该点静止时北极所指的方向一致c 磁感线总是从磁铁的n极出发 到s极终止d 磁感线可以用细铁屑来显示 因而是真实存在的 答案 解析 16 基础夯实 自我诊断 4 2016 沈阳模拟 如图所示 甲 乙是直线电流的磁场 丙 丁是环形电流的磁场 戊 己是通电螺线管的磁场 试在各图中补画出电流方向或磁感线方向 答案 17 基础夯实 自我诊断 5 在如图所示的四幅图中 正确标明通电导线所受安培力f方向的是 答案 解析 18 考点一 考点二 考点三 考点一安培定则的应用和磁场的叠加 师生共研 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的磁场时应分清 因 和 果 2 磁场的叠加 1 磁感应强度是矢量 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 2 两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的 19 考点一 考点二 考点三 例1 2016 浙江嘉兴联考 如图所示 两根互相平行的长直导线过纸面上的m n两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b在m n的连线上 o为mn的中点 c d位于mn的中垂线上 且a b c d到o点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 a o点处的磁感应强度为零b a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反c c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同d a c两点处磁感应强度的方向不同 答案 解析 20 考点一 考点二 考点三 例2 2016 江西南昌调研 如图所示 m n和p是以mn为直径的半圆弧上的三点 o为半圆弧的圆心 mop 60 在m n处各有一条长直导线垂直穿过纸面 导线中通有大小相等的恒定电流 方向如图所示 这时o点的磁感应强度大小为b1 若将m处长直导线移至p处 则o点的磁感应强度大小为b2 那么b2与b1之比为 答案 解析 21 考点一 考点二 考点三 思维点拨 1 在m n两点时 o点的两个分磁感应强度大小关系如何 方向夹角为多大 2 在p n两点时 o点的两个分磁感应强度大小关系如何 方向夹角为多大 规律总结磁场的矢量性及合成1 根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向 2 磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向 3 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 提示 1 大小相等 夹角为0 2 大小相等 夹角为60 22 考点一 考点二 考点三 突破训练1 三根平行的长直导线 分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点 三导线中电流方向相同 a b两导线中的电流大小相同 如图所示 已知导线a在斜边中点o处所产生的磁场的磁感应强度大小为b 导线c在斜边中点o处所产生的磁场的磁感应强度大小为2b 则o处的磁感应强度的大小和方向为 a 大小为b 方向沿oa方向b 大小为2b 方向竖直向下c 大小为2b 方向沿ob方向d 大小为2b 方向沿oa方向 答案 解析 23 考点一 考点二 考点三 考点二安培力的分析与计算 师生共研 1 安培力公式f bil 应用时要注意 1 b与i垂直 2 b与i平行时 f 0 3 l是有效长度 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 2 方向 根据左手定则判断 24 考点一 考点二 考点三 例3 2016 陕西宝鸡质检 如图所示 将一个半径为r的导电金属圆环串联接入电路中 电路的电流为i 接入点a b是圆环直径上的两个端点 流过圆弧acb和adb的电流相等 金属圆环处在磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向与圆环所在平面垂直 则金属圆环受到的安培力为 a 0b birc 2 bird 2bir 答案 解析 25 考点一 考点二 考点三 例4 多选 有半径为r的导电圆环处于某一发散的磁场中 其环面的对称轴mn为竖直方向 该磁场中与圆环相交的磁感线反向延长后交于对称轴上的某点 磁感线与对称轴成 角 圆环上各点的磁感应强度b大小相等 若圆环上载有如图所示的恒定电流i 则 a 导电圆环所受的安培力的方向竖直向下b 导电圆环所受的安培力的方向竖直向上c 导电圆环所受的安培力的大小为2bird 导电圆环所受的安培力的大小为2 birsin 答案 解析 26 考点一 考点二 考点三 考点三安培力作用下导体的平衡及运动 多维探究 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 27 考点一 考点二 考点三 28 考点一 考点二 考点三 考向1安培力作用下导体的平衡例5如图所示 在倾角为 37 的斜面上 固定一宽为l 1 0m的平行金属导轨 现在导轨上垂直导轨放置一质量m 0 4kg 电阻r0 2 0 长为1 0m的金属棒ab 它与导轨间的动摩擦因数为 0 5 整个装置处于方向竖直向上 磁感应强度大小为b 2t的匀强磁场中 导轨所接电源的电动势为e 12v 内阻r 1 0 若最大静摩擦力等于滑动摩擦力 滑动变阻器的阻值符合要求 其他电阻不计 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 现要保持金属棒ab在导轨上静止不动 求 29 考点一 考点二 考点三 1 金属棒所受安培力的取值范围 2 滑动变阻器接入电路中的阻值范围 解析 1 当金属棒刚好达到向上运动的临界状态时 金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力 方向平行斜面向下 设金属棒受到的安培力大小为f1 其受力分析如图甲所示 则有fn f1sin mgcos f1cos mgsin ffmffm fn 30 考点一 考点二 考点三 以上三式联立并代入数据可得f1 8n 当金属棒刚好达到向下运动的临界状态时 设金属棒受到的安培力大小为f2 其受力分析如图乙所示 则有fn f2sin mgcos f2cos ffm mgsin ffm fn 31 考点一 考点二 考点三 设电流为i2 4a时滑动变阻器接入电路中的阻值为r2 由闭合电路欧姆定律得e i2r i2 r0 r2 代入数据可得r2 0 所以滑动变阻器接入电路中的阻值范围为0 r 30 答案 1 n f 8n 2 0 r 30 32 考点一 考点二 考点三 思维点拨1 当安培力取最大临界值时导体棒将要沿导轨向上运动 2 当安培力取最小临界值时导体棒将要沿导轨向下运动 33 考点一 考点二 考点三 考向2安培力作用下导体的运动例6光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分 o点为圆弧的圆心 两金属轨道之间的宽度为0 5m 匀强磁场方向竖直向上 如图所示 大小为0 5t 质量为0 05kg 长为0 5m的金属细杆置于金属水平轨道上的m点 当在金属细杆内通以电流强度为2a的恒定电流时 电流强度如图所示 金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动 已知mn op 1m 忽略导体棒在磁场中运动产生的感应电流 则下列说法正确的是 34 考点一 考点二 考点三 a 金属细杆开始运动时的加速度大小为5m s2b 金属细杆运动到p点时的速度大小为5m sc 金属细杆运动到p点时的向心加速度大小为10m s2d 金属细杆运动到p点时对每一条轨道的作用力大小为0 75n 答案 解析 35 考点一 考点二 考点三 方法归纳安培力作用下导体的分析技巧1 安培力作用下导体的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法相同 只不过多了安培力 解题的关键是画出受力分析示意图 2 安培力作用下导体的加速问题与动力学问题分析方法相同 关键是做好受力分析 然后根据牛顿第二定律求出加速度 36 考点一 考点二 考点三 突破训练2 如图所示 两平行光滑金属导轨mn pq间距为l 与电动势为e 内阻不计的电源相连 质量为m 电阻为r的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路 回路平面与水平面的夹角为 回路其余电阻不计 为使ab棒静止 需在空间施加一匀强磁场 其磁感应强度的最小值及方向分别为 答案 解析 37 考点一 考点二 考点三 3 2016 河南开封质检 水平面上有电阻不计的u形导轨nmpq 导轨的宽度为l m和p之间接入电动势为e的电源 不计内阻 现垂直于导轨搁一根质量为m 电阻为r的金属棒ab 并加一个范围较大的匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向与水平面夹角为 指向右斜上方且与金属棒ab垂直 如图所示 求 1 当ab棒静止时 受到的支持力和摩擦力各为多少 2 若b的大小和方向均能改变 则要使ab棒所受支持力为零 b的大小至少为多少 此时b的方向如何 答案 解析 38 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 安培力作用下导体运动情况的五种判断方法如图所示 长方形线框abcd通有电流i 放在直线电流i 附近 线框四个边受到安培力的作用吗 合力方向如何 提示 线框四个边都受安培力作用 合力水平向左 39 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 1 问题概述 1 问题特点安培力作用下导体的运动问题与力学中的运动问题一样 同样遵从力学基本规律 只是研究对象所受的力中多分析安培力而已 2 规律分析判定通电导体在安培力作用下的运动方向或运动趋势 首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况 再弄清导体中电流方向 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 40 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 2 几种判定方法 41 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 例1一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方 如图所示 如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流 则关于导线ab受磁场力后的运动情况 下列说法正确的是 a 从上向下看顺时针转动并靠近螺线管b 从上向下看顺时针转动并远离螺线管c 从上向下看逆时针转动并远离螺线管d 从上向下看逆时针转动并靠近螺线管 d 42 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 解析 方法一 电流元法由安培定则可判定通电螺线管产生的磁场方向 导线等效为oa ob两电流元 由左手定则可判定两电流元所受安培力的方向 如图所示 所以从上向下看导线逆时针转动 当转过90 时再用左手定则可判定导线所受磁场力向下 即导线在逆时针转动的同时还要靠近螺线管 选项d正确 43 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 方法二 结论法结论1 两电流相互平行时无转动趋势 电流方向相同时相互吸引 电流方向相反时相互排斥 结论2 两电流不平行时 将发生转动 有转到两电流相互平行且方向相同的趋势 通电螺线管上部离导线近 所以只考虑这部分电流与导线的作用 此时螺线管相当于垂直纸面向里的直导线 由结论2可知导线ab受磁场力后 从上向下看 逆时针转动并靠近螺线管 选项d正确 思维点拨直导线所在位置的磁场方向 左半部分磁场方向斜向上 右半部分磁场方向斜向下 44 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 例2将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来 在其附近放一块条形磁铁 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 答案 解析 45 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的常规思路 46 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 1 一个可以自由运动的线圈l1和一个固定的线圈l2互相绝缘垂直放置 且两个线圈的圆心重