高考物理一轮复习 第9章 磁场 第1讲 磁场及其对电流的作用课件 新人教版.ppt

磁场 第九章 考试说明 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 知识点1 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 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 知识点2 磁感线与安培定则 切线 伸直的拇指 弯曲的四指 弯曲的四指 伸直的拇指 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 电流 磁场 思考 磁铁产生磁场的本质是什么 答案 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 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 知识点3 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 bilsin bil 0 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 思维诊断 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 c 解析 地磁的南极在地理的北极附近 地磁的北极在地理的南极附近 两者并不完全重合 故a错误 物理学中规定 小磁针北极的受力方向为磁场方向 故b错误 磁场是真实存在的 而磁感线却是人为引入的虚拟线 并不真实存在 故c正确 电流也可能产生磁场 并且电流产生的磁场与磁铁产生的磁场本质一样 故d错误 解析 条形磁铁内部的磁感线方向从s极指向n极 外部由n极指向s极 故a错误 若一小段通电导线平行磁感线放在某处 不受磁场力作用 但该处的磁感应强度不为零 故b错误 两通电导线之间的相互作用是通过磁场发生的 故c正确 在磁感应强度为b的磁场中 只有和磁场方向垂直时穿过面积为s的平面的磁通量为 bs 故d错误 c c 解析 a处的磁感线比b处稀疏 则a点的磁感应强度比b点的小 所以ba bb 故c正确 d错误 当将同一通电导线放入磁场中 由于受到放置角度的限制 当通电导线垂直磁场时 受到的磁场力最大 平行磁场时受到的磁场力为零 故虽然ba bb 但是无法比较通电导线受到的磁场力的大小 故a b错误 cd 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 考点一 2 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 3 磁场的叠加 磁感应强度为矢量 合成与分解遵循平行四边形定则 例1 b 规律总结 高考常考的三类磁场 1 电流表内部永磁体及铁心产生的磁场 2 通电环形螺线管中部磁场分布 其中甲图中绝大部分磁场被束缚在铁心中 环形螺线管左 右半部相当于两个螺线管 且根据安培定则 相当于两个螺线管n s极首尾相连 乙图环形螺线管左 右半部也相当于两个螺线管 且根据安培定则 相当于两个螺线管n极对n极 s极对s极的并联 磁场被迫在螺线管中部形成了闭合曲线 中部可近似看成匀强磁场 a p的右端为s极b p的中轴线与地磁场方向平行c p在x0处产生的磁感应强度大小为b0d x0处合磁场的磁感应强度大小为2b0 类题演练1 c 1 判断方向 1 磁场和电流方向不垂直时 将磁感应强度沿电流和垂直电流方向分解 再用左手定则判定垂直分量作用的安培力 2 不论磁场和电流方向是否垂直 安培力总是垂直于磁场和电流方向所决定的平面 3 两平行的直线电流作用时 同向电流吸引 异向电流排斥 安培力的判断与计算 考点二 2 计算大小 1 有效长度法 公式f bil中的l是有效长度 弯曲导线的有效长度等于连接两端点线段的长度 相应的电流沿l由始端流向末端 如图所示 2 电流元法 将导线分割成无限个小电流元 每一小段看成直导线 再按直线电流判断和计算 例2 c 解题导思 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 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 考点三 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 例3 ab 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 类题演练4 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 例4 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产生的磁场中 据安培定则可知各电流元所在磁场方向向上 据左手定则可得 上部电流元所受安培力均指向纸外 下部电流元所受安培力均指向纸内 因此从左向右看线圈l1顺时针转动 规律总结 判断通电导体在安培力作用下的运动问题时应注意以下两点 1 同一问题可以用多种判断方法分析 可以根据不同的题目选择恰当的判断方法 2 同一导体在安培力作用下 运动形式可能会发生变化 要根据受力情况进行判断 类题演练5 a 解析 如图甲所示 把直线电流等效为无数小段 中间的点为o点 选择在o点左侧s极右上方的一小段为研究对象 该处的磁场方向指向左下方 由左手定则判断 该小段受到的安培力的方向垂直纸面向里 在o点左侧的各段电流元都受到垂直纸面向里的安培力 把各段电流元受到的力合成 则o点左侧导线受到垂直纸面向里的安培力 同理判断出o点右侧的电流受到垂直纸面向外的安培力 因此 由上向下看 导线沿顺时针方向转动 分析导线转过90 时的情形 如图乙所示 导线中的电流向外 由左手定则可知 导线受到向下的安培力 由以上分析可知 导线在顺时针转动的同时向下运动 选项a正确 类题演练6 b 解析 磁铁