【优化方案】高考物理总复习 第八章第一节 磁场的描述　磁场对电流的作用课件 新人教版选修31.ppt

第八章磁场 第八章磁场 第一节磁场的描述磁场对电流的作用 一 磁场 磁感应强度1 磁场 1 基本性质 磁场对处于其中的磁体 电流和运动电荷有 的作用 2 方向 小磁针的n极所受磁场力的方向 磁力 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场强弱和方向 2 定义式 b 通电导线垂直于磁场 3 方向 小磁针静止时 的指向 4 单位 符号t n极 特斯拉 3 安培分子电流假说安培认为 在原子 分子等物质微粒的内部 存在着一种环形电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的 它的两侧相当于磁极 如图8 1 1所示 图8 1 1 磁体 二 磁感线及几种常见的磁场分布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 切线 2 几种常见的磁场 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图8 1 2所示 图8 1 2 2 几种电流周围的磁场分布 特别提示 同一个图中可以根据磁感线的疏密判定磁场的强弱 没有画出磁感线的地方并不表示该处没有磁场存在 三 安培力的大小和方向1 大小 1 f bilsin 其中 为b与i之间的夹角 2 磁场和电流垂直时f 3 磁场和电流平行时f 0 图8 1 3 bil 2 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 的方向 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 电流 拇指 2 安培力的方向特点 f b f i 即f垂直于b和i决定的平面 注意 b和i可以有任意夹角 四 磁电式电流表的工作原理1 磁场特点 1 方向 沿 均匀辐射地分布 2 大小 在距轴线等距离处的磁感应强度大小 图8 1 4 径向 相等 2 安培力的特点 1 方向 安培力的方向与线圈平面 2 大小 安培力的大小与通过的电流成 垂直 正比 3 表盘刻度特点由于导线在安培力作用下带动线圈转动 螺旋弹簧变形 反抗线圈的转动 电流越大 安培力越大 形变就 所以指针偏角与通过线圈的电流i成 表盘刻度 越大 正比 均匀 一 安培定则的应用和磁场的叠加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的磁场时应分清 因 和 果 2 磁场的叠加磁感应强度是矢量 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 特别提醒 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的磁感应强度叠加而成的 即时应用1 2011 高考大纲全国卷 如图8 1 5 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流i1和i2 且i1 i2 a b c d为导线某一横截面所在平面内 图8 1 5 的四点 且a b c与两导线共面 b点在两导线之间 b d的连线与导线所在平面垂直 磁感应强度可能为零的点是 a a点b b点c c点d d点 解析 选c 由安培定则画出a b c d的磁感线的分布图 由图可知a c两点的磁场方向相反 当b1 b2时该点处的磁感应强度可能为零 又i1 i2 故该点距i1距离应比i2大 故c正确 a b d错误 二 通电导体在安培力作用下运动的判断判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势 首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况 然后利用左手定则判定导体的受力方向 进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向 现对几种常用的方法列表比较如下 特别提醒 1 安培力的方向与磁感应强度的方向垂直 而不是相同或相反 这跟电场力与电场强度方向之间的关系是不同的 2 某些导体在安培力作用下可能会出现平动与转动同时发生的情况 即时应用2 2012 徐州模拟 如图8 1 6所示 把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁n极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心 且垂直于线圈平面 当线圈中通入如图方向的电流后 线圈的运动情况是 图8 1 6a 线圈向左运动b 线圈向右运动c 从上往下看顺时针转动d 从上往下看逆时针转动 解析 选a 法一 电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看做一直线电流 取其中上 下两小段分析 其截面图和受安培力情况如图甲所示 根据对称性可知 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 只有选项a正确 法二 等效法 将环形电流等效成一条形磁铁 如图乙所示 据异名磁极相吸引知 线圈将向左运动 选a 也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 也可判断出线圈向左运动 选a 三 与安培力有关的力学综合问题1 安培力的大小计算安培力常用公式f bil 要求两两垂直 应用时要满足 1 b与l垂直 2 l是有效长度 即垂直磁感应强度方向的长度 如弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度 如图8 1 7所示 相应的电流方向沿l由始端流向末端 因为 图8 1 7 任意形状的闭合线圈 其有效长度为零 所以闭合线圈通电后在匀强磁场中 受到的安培力的矢量和为零 2 通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路 1 选定研究对象 2 变三维为二维 如侧视图 剖面图或俯视图等 并画出平面受力分析图 其中安培力的方向要注意f安 b f安 i 3 列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解 3 安培力做功的特点和实质 1 安培力做功与路径有关 不像重力 电场力做功与路径无关 2 安培力做功的实质 起传递能量的作用 安培力做正功 是将电源的能量传递给通电导线后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后储存起来或转化为其他形式的能 特别提醒 涉及安培力的运动问题 用动能定理或能量守恒定律有时会比较方便 即时应用3 2010 高考上海卷 如图8 1 8 长为2l的直导线折成边长相等 夹角为60 的v形 并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为b 当在该导线中通以电流强度为i的 图8 1 8 电流时 该v形通电导线受到的安培力大小为 a 0b 0 5bilc bild 2bil解析 选c 该导线受安培力的有效长度为l 所以该导线受到的安培力的大小为f bil c正确 如图8 1 9所示 一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1t的匀强磁场中 在以导线截面的中心为圆 图8 1 9 思路点拨 由a点的实际磁感应强度为0 根据安培定则判断出电流方向 每一点的磁感应强度为电流的磁场和匀强磁场的叠加 遵从矢量合成法则 解析 a点的实际磁感应强度为0 是直线电流在a处的磁感应强度与匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为0 所以直线电流在a处的磁感应强度b 1t 方向向左 由安培定则可得直导线中的电流方向垂直纸面向里 由于圆周上各点到直导线的距离相同 所以直 答案 ab 名师归纳 磁场叠加遵守平行四边形定则 2012 长沙市一中月考 通有电流的导线l1 l2处在同一平面 纸面 内 l1是固定的 l2可绕垂直纸面的固定转轴o转动 o为l2的中心 图8 1 10 各自的电流方向如图8 1 10所示 下列哪种情况将会发生 a 因l2不受磁场力的作用 故l2不动b 因l2上 下两部分所受的磁场力平衡 故l2不动c l2绕轴o按顺时针方向转动d l2绕轴o按逆时针方向转动 解析 由右手螺旋定则可知导线l1上方的磁场的方向为垂直纸面向外 且离导线l1的距离越远的地方 磁场越弱 导线l2上的每一小部分受到的安培力方向水平向右 由于o点的下方磁场较强 则安培力较大 因此l2绕固定转轴o按逆时针方向转动 d正确 答案 d 满分样板10分 2012 泉州模拟 如图8 1 11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 图8 1 11 37 在导轨所在区域内 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 现把一个质量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 导体棒受到的安培力大小 2 导体棒受到的摩擦力 2 将重力正交分解 设导体棒所受重力沿斜面的分力为f1 则f1 mgsin37 0 24n 2分 所以f1 f安 导体棒受力如图8 1 12 根据平衡条件有mgsin37 ff