高考物理一轮复习 8.1磁场及磁场对电流的作用课件.ppt

第八章磁场 复习目标定位 1 磁场 磁感应强度 磁感线 2 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 3 安培力 安培力的方向 4 匀强磁场中的安培力 5 洛伦兹力 洛伦兹力的方向 6 洛伦兹力的公式 7 带电粒子在匀强磁场中的运动 8 质谱仪和回旋加速器 解读 知道什么是磁场以及对磁场的两种描述方法 磁感应强度和磁感线 会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 掌握安培力的计算公式 会判断安培力方向 正确掌握公式f bil的使用条件 并能用来解决通电直导线在匀强磁场中的动力学问题 知道什么是洛伦兹力 会判断正负粒子在磁场中的受力方向 掌握洛伦兹力的表达式 会用来进行计算 掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律 理解质谱仪和回旋加速器的结构和工作原理 本章的考查热点主要集中在 1 安培力的应用和带电粒子在磁场中的运动 2 带电粒子在复合场中的运动 对磁场性质和安培力的考查一般以选择题的形式出现 结合牛顿定律 运动学公式以及能量的问题 往往以非选择题的形式出现 带电粒子在磁场和电场 磁场和重力场以及磁场 电场 重力场三场组成的复合场问题也是考查重点 带电粒子在复合场中的运动 常考查质谱仪 速度选择器 回旋加速器 电磁流量计 磁流体发电机等 带电粒子在组合场中的运动也是高考命题的重点 试题一般分值较高 难度大 对本章的重要概念 如磁感应强度 磁感线 磁通量 安培力 洛伦兹力等要深刻理解 准确理解的同时注意与电场知识进行类比学习和记忆 对各种磁场的磁感线的分布要从立体 横截面图 纵截面图等不同的角度识记且能根据问题需要准确画出 针对安培定则 左手定则以及右手定则易混的特点 复习时要通过比较 区别 反复练习的方法 从而达到准确应用 对安培力的复习 不但要明确其大小 方向 还要学会用 电流元法 特殊位置 等效分析法 等方法分析具体问题 将立体图转化为平面图进行受力分析是解决涉及安培力的综合问题的常用方法 带电粒子在匀强磁场中的运动是本章重点 涉及带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题要按画轨迹 定圆心 求半径 找圆心角的顺序根据几何关系和运动方程求解 本章知识与生产 生活 现代科技联系密切 如质谱仪 回旋加速器 等离子体发电机 电磁流量计等相联系 学生利用所学知识进行分析 提高学生应用知识解决实际问题的能力 第一讲磁场及磁场对电流的作用 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 磁场 磁感应强度 考点自清 1 磁场磁体与磁体之间 磁体与之间 以及通电导体与通电导体之间的相互作用是通过发生的 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的和 通电导体 磁场 强弱 方向 2 定义 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 跟的比值 叫做通电导线所在处的磁感应强度用b表示 表达式 b 3 方向 磁感应强度是 其方向是n极的指向 4 单位 简称特 符号 t 受到磁场力f 电流i和导线长度l的乘积 矢量 小磁针静止时 特斯拉 基础自测 1 下列说法中正确的是 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 某点电场强度的大小等于一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身所带电荷量的比值d 某点磁感应强度的大小等于一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流乘积的比值 答案 ac 二 磁感线和电流的磁场 考点自清 1 磁感线在磁场中画出一些有方向的曲线 使曲线上各点的方向跟该点的磁感应强度方向一致 2 电流的磁场 1 奥斯特实验 奥斯特实验发现了电流的 即电流可以产生 首次揭示的联系 切线 磁效应 磁场 电与磁 2 安培定则 通电直导线 用手握住导线 让伸直的大拇指所指的方向跟的方向一致 弯曲的四指所指的方向就是的环绕方向 通电螺线管 让右手弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致 所指的方向就是环形电流中轴线上的的方向或螺线管内部的方向 电流 磁场 大拇指 磁感线 磁感线 基础自测 2 磁场中某区域的磁感线如图所示 则 a m n两处的磁感应强度的大小不等 bm bnb m n两处的磁感应强度的大小不等 bm bnc 同一通电导线放在m处受力一定比放在n处受力大d 同一通电导线放在m处受力一定比放在n处受力小 解析 磁感线密集的区域磁感应强度大 磁感线稀疏的区域磁感强度小 故有bm bn 选项a错误 选项b正确 由f bil sin 可知 同一通电导线由于不能确定电流跟磁场的夹角 所以不能确定其在m n两点处受到的安培力大小 选项c d错误 答案 b 三 磁场对电流的作用 安培力 考点自清 1 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 让拇指与其余四指 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线垂直掌心进入 并使四指指向 方向 这时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 异向电流互相 垂直 电流 拇指 吸引 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 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 当磁场与电流时 安培力最大 fm bil 2 当磁场与电流时 安培力等于零 bil sin 垂直 平行 基础自测 3 请根据图中给出的条件 运用左手定则 指明各图中第三个物理量的方向 答案 a f垂直纸面向里 b f垂直纸面向里 c b垂直纸面向外 d i由左向右 e f垂直i斜向右下方 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 2 磁感应强度b与电场强度e的比较 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 2 几种电流周围的磁场分布 3 匀强磁场 在磁场的某些区域内 磁感线为等间距的平行线 如图所示 4 地磁场 1 地磁场的n极在地理南极附近 地磁场的s极在地理北极附近 磁感线分布如图所示 2 地磁场b的水平分量 bx 总是从地理南极指向北极 而竖直分量 by 则南北相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 赤道处的地磁场沿水平方向 指向北 5 电场线与磁感线的联系与区别 6 电流周围磁场的方向判断 1 在应用安培定则判定直线电流周围磁场的方向和通电螺线管周围磁场的方向时 应注意分清 因 和 果 在判定直线电流的磁场方向时 大拇指指向电流方向 因 四指绕向为磁场绕向 果 在判定通电螺线管周围的磁场方向时 四指绕向为电流绕向 因 大拇指指向螺线管内部沿中心轴线的磁感线方向 即指向螺线管的n极 果 一 直 一 绕 对应即可 2 安培定则也叫右手螺旋定则 环形电流可视为单匝螺线管 通电螺线管内部的磁场是匀强磁场 磁感线由s极指向n极 7 磁感应强度b与电场强度e的区别和联系 如右图所示 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 例1 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 思路指导 由安培定则确定通电直导线在a b c d四点产生的磁场的方向 由平行四边形定则求得以上各点的合磁场大小和方向 解析 由安培定则可知 两导线在o点产生的磁场均竖直向下 合磁感应强度一定不为零 选项a错 由安培定则 两导线在a b两处产生的磁场方向均竖直向下 由于对称性 电流m在a处产生磁场的磁感应强度等于电流n在b处产生磁场的磁感应强度 同时电流m在b处产生磁场的磁感应强度等于电流n在a处产生磁场的磁感应强度 所以a b两处磁感应强度大小相等 方向相同 选项b错 根据安培定则 两导线在c d处产生的磁场的磁感应强度大小相等 方向相同 选项c正确 a c两处的磁感应强度的方向均竖直向下 选项d错误 答案 c 如图所示 在a b c三处垂直于纸面放置三根长直通电导线 电流大小相等 a b c是等边三角形的三个顶点 a处电流在三角形中心o点产生的磁场的磁感应强度大小为b 求o处的磁感应强度 变式训练1 解析 由于oa ob oc 所以在各电流等大的前提下 各处的电流在o点的磁感应强度大小也都为b 根据安培定则 各电流在o处的磁感应强度应垂直于各点和o的连线 如图所示 由图中几何关系知ba与bb夹角为120 所以根据平行四边形定则 a b在o处的合磁感应强度为b 方向水平向右 所以o处的总磁感应强度大小为2b 方向平行ab连线向右 答案 2b 方向平行ab连线向右 1 安培力公式f bil的适用条件 1 b与l垂直 2 匀强磁场或通电导线所在区域的磁感应强度的大小和方向相同 3 若载流导体是弯曲导线 且与磁感应强度方向垂直 则表达式f bil中 l是指导线由始端指向末端的直线长度 特别提醒弯曲通电导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度 相应的电流方向由始端指向末端 因为任意形状的闭合线圈 其有效长度l 0 所以通电后在匀强磁场中 闭合线圈受到的安培力的矢量和一定为零 2 安培力作用下导体运动方向的判断方法判断安培力作用下通电导体的运动方向 首先应画出通电导体所在处的磁感线方向 然后根据左手定则判断导体所受安培力的方向 再由导体的受力情况判断导体的运动方向 通常有以下几种方法 如图所示 两通电直导导线a b垂直放置 分别通有如图所示的电流 a导线固定 b导线可以自由运动 下列关于b导线运动的描述正确的是 例2 a 从右向左看 b顺时针转动b 从右向左看 b逆时针转动c 从右向左看 b逆时针转动同时向左运动靠近ad 从右向左看 b逆时针转动同时向右运动远离a 思路指导 通电直导线a在周围空间产生磁场 该磁场并非匀强磁场 由右手螺旋定则判断通电导线产生磁场的分布情况 通电导线b处在a所形成的磁场中 受到安培力作用 开始运动 由于导线b运动从而改变了导线b中电流方向 继而改变了导线b的受力情况 由受力情况分析其运动情况 解析 由安培定则可判断出通电导线a在周围空间产生磁场的分布情况如图所示 通电导线b处在a导线所形成的磁场中 如图所示 在图示位置导线b的上端受到垂直纸面向外的作用力 b的下端受到垂直纸面向里的安培力作用 所以导线b从右向左看做逆时针转动 当导线b转动后 假设转过90 时 a b两通电导线电流方向相同 由左手定则可知 导线b受到向左的安培力 所以导线b在转动的同时向导线a靠近 故选项c正确 答案 c 如下图所示 条形磁铁放在光滑斜面上 用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡 a为水平放置的直导线的截面 导线中无电流时磁铁对斜面的压力为fn1 当导线中有垂直纸面向外的电流时 磁铁对斜面的压力为fn2 则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是 变式训练2 a fn1 fn2 弹簧的伸长量减小b fn1 fn2 弹簧的伸长量减小c fn1 fn2 弹簧的伸长量增大d fn1 fn2 弹簧的伸长量减小 解析 采用 转换研究对象法 由于条形磁铁的磁感线是从n极出发到s极 所以可画出磁铁在导线a处的一条磁感线 此处磁感应强度方向斜向左下方 如图 导线a中的电流垂直纸面向外 由左手定则可判断导线a必受斜向右下方的安培力 由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力的方向是斜向左上方 所以磁铁对斜面的压力减小 即fn1 fn2 同时 由于导线a比较靠近n极 安培力的方向与斜面的夹角小于90 所以对磁铁的作用力有沿斜面向下的分力 使得弹簧弹力增大 可知弹簧的伸长量增大 所以正确选项为c 答案 c 思想方法技巧运用提升素养 学科素养提升 解决与安培力有关的力学综合问题的方法 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析 2 变三维为二维 如侧视图 剖面图或俯视图等 画出平面受力的分析图 判断安培力方向 切忌跟着感觉走 要用左手定则来判断 注意 f安 b f安 i 3 根据力的平衡条件 牛顿第二定律列方程式进行求解 相距为20cm的平行金属导轨倾斜放置 如图所示 导轨所在平面与水平面的夹角为 37 现在导轨上放一质量为330g的金属棒ab 它与导轨间动摩擦因数 0 5 整个装置处于磁感应强度b 2t的竖直向上的匀强磁场中 导轨所接电源电动势为15v 内阻不计 滑动变阻器的阻值可按要求进行调节 其他部分电阻不计 取g 10m s2 为保持金属棒ab处于静止状态 求 例3 1 ab中通入的最大电流为多少 2 ab中通入的最小电流为多少 3 滑动变阻器r阻值的调节范围 思路指导 本题是力电综合问题 涉及到欧姆定律 安培力等电学内容 以金属棒为研究对象 分析其受到的外力 尤其是要清楚安培力的方向 根据平衡条件 分析当安培力最大时 对应电路中电流最大 滑动变阻器接入电路的电阻最小 当安培力最小时 对应电流最小 滑动变阻器接入电路的电阻最大 从而确定滑动变阻器的阻值调整范围 当安培力最大和最小时涉及到金属棒的临界状态 所对应的静摩擦力的方向将不同 解析 1 ab中通入最大电流时受力分析如图所示 此时最大静摩擦力f n 沿斜面向下 建立平面直角坐标系 对ab由平衡条件有 x方向 fmax ncos nsin n cos sin y方向 mg ncos nsin n cos sin 2 通入最小电流时 ab棒受力分析如图所示 此时静摩擦力f n 方向沿斜面向上 建立平面直角坐