【走向高考】高考物理总复习 第八章 第1讲 磁场对电流的作用课件.ppt

热点一磁场对电流的作用本部分内容在高考中所占比例为6 左右 考查磁场中的基本概念 通电直导线在磁场中受力 结合牛顿定律 运动学公式以及能量 从近三年高考试题来看 多以选择题的形式出现 题目难度中等 通电直导线在磁场中的受力一直是高考考查的热点 也常与电磁感应知识结合考查如2009年高考全国卷 第17题考查了对安培力表达式的理解 2010年福建卷第21题考查了安培力方向及匀强磁场中的安培力 热点二磁场对带电粒子的作用本部分内容在高考中所占比例为5 左右 题型有选择题也有计算题 题目难度中等 有关洛伦兹力方向的判断及带电粒子在磁场中的运动 考查的方式有单独命题 如2010年浙江卷第24题 广东卷第36题 有综合命题 如2010年北京卷第23题 命题特点是重在考查考生对基础知识的理解及对基本技能的掌握 热点三带电体在复合场中的运动本部分内容在高考中所占比例为10 左右 带电粒子在复合场中的运动一直是高考的热点 题目以中等难度为主 考查形式既有选择题也有计算题 考查的方式有与重力场 电场结合考查 如2010年安徽第23题 有界复合场 如2010年山东卷第25题 浙江卷第24题 对基本仪器的考查 如2009年江苏卷第14题考查了回旋加速器 2009年宁夏卷第16题考查了电磁流量计 2010年天津卷第12题考查了质谱仪 2010年福建卷第20题考查了速度选择器 2010年北京卷第23题考查霍尔元件及传感器 命题特点是综合性强 应用数学知识解决物理问题的能力要求高 具有一定的抽象性 温故自查1 磁场 1 产生 磁场是一种特殊的物质 产生于和周围 2 特点 磁场对放入磁场中的磁极和电流的作用 3 方向 规定磁场中任意一点的小磁针静止时的指向 小磁针n极受力方向 为该点的磁场的方向 磁极 电流 有力 n极 2 磁感线 1 特点 不是真实存在的 是人们为了形象描述磁场而假想的 是闭合曲线 磁体的外部是从n极到s极 内部是从s极到n极 磁感线的密疏表示磁场的强弱 磁感线上某点的表示该点的磁场方向 2 两种常见的磁感线条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 在磁体的外部 磁感线从n极射出进入s极 在内部也有相应条数的磁感线 图中未画出 与外部磁感线衔接并组成 切线方向 闭合曲线 3 安培定则 右手直导线定则 用右手握住通电直导线 让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致 那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向 右手螺线管定则 用右手握住环形导线 让弯曲的四指所指的方向跟电流的环绕方向一致 那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线的中心轴线上磁感线的方向 4 用安培定则判断典型常见的电流磁场的磁感线分布 直线电流的磁场 如图所示 直线电流的磁感线是在垂直于导线平面上的以导线上某点为圆心的同心圆 其分布呈现 中心密边缘疏 的特征 环形电流的磁场 如图所示 环形电流的磁感线是一组穿过环所在平面的曲线 在环形导线所在平面处 各条磁感线都与环形导线所在的平面垂直 通电螺线管的磁场 如图所示 通电螺线管的磁感线与条形磁铁相似 一端相当于磁北极n 另一端相当于磁南极s 匀强磁场 如图甲所示 磁场的某些区域内 若磁感线为同向的等间距的平行直线 则这个区域的磁场叫匀强磁场 地球的磁场 地球的磁场与条形磁铁的磁场相似 其主要特点有三个 a 地磁场的n极在地球的南极附近 s极在地球的北极附近 磁感线分布如图乙所示 b 地磁场b的水平分量 bx 总是从地球南极指向地球北极 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 c 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁感应强度相等 且方向水平向北 3 磁现象的电本质 1 安培分子电流假说 物质微粒内部存在着环形分子电流 对各种磁现象解释 分子电流取向杂乱无章时无磁性 分子电流取向大致时有磁性 2 磁现象的电本质 磁铁和电流的磁场都是由而产生的 相同 运动电荷 考点精析磁感线与电场线的联系与区别 电场线是用于形象描述静电场的分布 磁感线是用于形象描述磁场的分布 静电场的电场线是不闭合的 磁场的磁感线是闭合的静电场电场线上某点切向 沿电场线方向 磁场磁感线上某点切向既表示该点磁场方向 又表示小磁针n极在该点所受磁场力的方向 但不表示该点放置通电导线或运动电荷所受力的方向 注意 1 在应用安培 右手螺旋 定则判定直线电流和通电螺线管 环形电流可视为单匝螺线管 的磁场方向时 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 原因 电流方向 四指指向 结果 磁场绕向 在判定螺线管的磁场方向时 四指指向 原因 电流方向 大拇指指向 结果 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 2 通电螺线管内部的磁场是匀强磁场 且由s极指向n极 温故自查1 磁感应强度 1 物理意义 表示磁场强弱的物理量 2 定义 在磁场中垂直磁场方向的通电导线 受到的安培力跟电流和导线长度的乘积的比值 4 矢量性 方向为该点的磁场方向 即通过该点的磁感线的切线方向 5 单位 特斯拉 t 2 匀强磁场 1 定义 磁感应强度的大小 方向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的方向相同的平行直线 距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部的磁场 边缘部分除外 都可以认为是匀强磁场 处处相等 处处相同 考点精析1 定义 磁感应强度是表示磁场强弱的物理量 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 受到的磁场力f跟电流i和导线长度l的乘积il的比值 叫做通电导线所在处的磁感应强度 用b表示 即b f il 磁感应强度的单位由f i和l的单位决定 在国际单位中 b的单位是特斯拉 简称特 国际符号是t 1t 1n a m 2 磁感应强度是矢量 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向 即通过该点的磁感线的切线方向 3 磁场的矢量性 磁感应强度是矢量 常将它按矢量的运算法则进行分解 而以其分量来代替它的作用 这在求磁通量 磁场对电流的作用力等多处用到 当空间中某点处有多个磁场相叠加时的合磁场也是按矢量合成的方法来求得的 温故自查1 安培力的方向 1 安培力 通电导线在磁场中受的力 实验表明安培力的方向与 都有关系 2 左手定则 伸开左手 让拇指与其余四指垂直 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 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 3 两平行的通电直导线 同向电流互相 异向电流互相 磁场方向 电流方向 电流的方向 拇指 吸引 排斥 2 安培力的大小 1 垂直于匀强磁场放置 长为l的直导线 通过的电流为i时 它所受的安培力 2 当磁感应强度b的方向与导线方向成 角时 f 这是一般情况下安培力的表达式 以下是两种特殊情况 当磁场与电流时 安培力最大 fmax bil 当磁场与电流时 即磁场方向与电流方向相同或相反时 安培力为零 f bil bilsin 垂直 平行 考点精析1 安培力的方向特点 1 与电场力比较磁场和电场有很多相似之处 但是 安培力比库仑力复杂得多 点电荷在电场中受力方向和电场方向不是相同就是相反 而电流在磁场中受力的方向与磁场的方向不在同一条直线上 而且不在同一个平面内 安培力的方向与磁场方向和电流方向决定的平面垂直 2 方向确定 通电导线i放在磁场b之中 是安培力f产生的原因 所以f的方向由i b决定 安培力f的方向总与磁场b的方向和通电导线电流i的方向所决定的平面垂直 但磁场的方向与电流的方向不一定垂直 可以成任意夹角 由磁场b的方向和电流i的方向确定安培力f的方向是唯一的 但由f和b 或i 方向确定i 或b 的方向不唯一 2 安培力的大小和做功情况 1 应用公式f bil时需要注意 b与l垂直 l是有效长度 如图曲线acb中如果通电电流为i 则其受水平向右的安培力f bil b并非一定是匀强磁场 但一定是导线所在处的磁感应强度 2 安培力做功的实质 能量的传递 安培力做正功 是将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或转化为其他形式的能 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能 或储存或再转化为其他形式的能 命题规律磁感应强度是矢量 它的叠加遵循平行四边形定则 考例1 两根通电的长直导线平行放置 电流分别为i1和i2 电流的方向如图所示 在与导线垂直的平面上有a b c d四点 其中a b在导线横截面连接的延长线上 c d在导线横截面连线的垂直平分线上 则导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是 a a点b b点c c点d d点 解析 i1和i2的磁场方向分别为逆时针和顺时针方向 那么c d两点的磁场方向不可能相反 由c d两点的磁感应强度不可能为零 故c d错误 当i1大于i2时 b点的磁感应强度可能为零 当i1小于i2时 a点的磁感应强度可能为零 选项a b正确 答案 ab 总结评述 本题考查了直线电流的磁场分布及磁场叠加的定性判断 要求同学们熟悉常见的磁场的空间分布及磁场方向的判定 三根平行的直导线 分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点 如图所示 现使每条通电导线在斜边中点o所产生的磁感应强度的大小为b 则该处的磁感应强度的大小和方向如何 解析 根据安培定则 i1与i3在o点处产生的磁感应强度方向相同 i2在o点处产生的磁感应强度的方向与b1 b3 垂直 如图所示 命题规律根据通电导体或磁体所受的安培力 判断物体的运动方向 考例2 如图所示 不在同一平面内的两互相垂直的导线 其中mn固定 pq可以自由运动 当两导线中通入图示方向电流i1 i2时 导线pq将 a 顺时针方向转动 同时靠近导线mnb 顺时针方向转动 同时远离导线mnc 逆时针方向转动 同时靠近导线mnd 逆时针方向转动 同时远离导线mn 解析 先由右手螺旋定则确定磁场 再由左手定则判定电流在磁场中受到安培力的方向 进而确定导线运动情况 为判断导线pq的运动情况 需要确定它的受力情况 应先确定导线mn中的电流i1产生的磁场方向 画出俯视图 b 由安培定则画出pq所在处的磁场方向 由左手定则可判断出导线pq中的电流i2所受磁场力的方向是 pq导线的右半段受到垂直于纸面向外的力 左半段受到垂直纸面向里的力 导线pq旋转到如图 c 所示位置时导线受到指向mn方向的力 其实只要pq由 b 位置转过一小段后即可出现指向mn方向之分力 所以pq是边逆时针转动 边向mn靠近 故答案为c 答案 c 总结评述 1 判断两电流之间的作用力 先将其中一电流置于另一电流磁场中 注意对称性分析 根据电流所在处位置的磁感应强度b的方向 用左手定则确定受到的磁场力方向 由此确定导线的运动 2 也可以根据同向平行电流相吸 异向平行电流相斥来判定导线受力及运动 3 如判定环形电流受力 也可将环形电流等效为磁体 根据同名磁极相斥 异名磁极相吸来分析判定环形电流受力情况 如图所示 条形磁铁平放于水平桌面上 在它的正中央上方固定一根直导线 导线与磁场垂直 现给导线中通以垂直于纸面向外的电流 则下列说法正确的是 a 磁铁对桌面的压力减小b 磁铁对桌面的压力增大c 磁铁对桌面的压力不变d 以上说法都不可能 答案 a 解析 通电导线置于条形磁铁上方使通电导线置于磁场中如图甲所示 由左手定则判断通电导线受到向下的安培力作用 同时由牛顿第三定律可知 力的作用是相互的 磁铁对通电导线有向下作用力的同时 通电导线对磁铁有反作用力 作用在磁铁上 方向向上 如图乙 对磁铁作受力分析 由于磁铁始终静止 无通电导线时 n mg 有通电导线后n f mg n mg f 磁铁对桌面压力减小 选项a正确 命题规律根据物体的受力分析和平衡条件 判断物体所受安培力的大小 考例3 2010 泉州模拟 如下图所示 两平行金属导轨间的距离l 0 40m 金属导轨所在的平面与水平面夹角 37 在导轨所在平面内 分布着磁感应强度b 0 50t 方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场 金属导轨的一端接有电动势e 4 5v 内阻r 0 50 的直流电源 现把一根质量为m 0 040kg的导体棒ab放在金属导轨上 导体棒恰好静止 导体棒与金属导轨垂直且接触良好 导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻r0 2 5 金属导轨电阻不计 g取10m s2 已知sin37 0 60 cos37 0 80 求 1 通过导体棒的电流 2 导体棒受到的安培力大小 3 导体棒受到的摩擦力 解析 1 根据闭合电路欧姆定律 2 导体棒受到的安培力f安 bil 0 30n 3 导体棒受力如图 将重力正交分解f1 mgsin37 0 24nf1 f安 根据平衡条件mgsin37 ff f安解得ff 0 06