高考物理总复习 第8章 第1讲 磁场及其描述　磁场对电流的作用课件 新人教版.ppt

第八章磁场 第一讲磁场及其描述磁场对电流的作用 知识点一磁场磁感应强度1 磁场 1 基本特性 磁场对处于其中的磁体 电流和运动电荷有的作用 2 方向 小磁针的极所受磁场力的方向 磁场力 n 强弱 方向 静止 垂直 bs 1t m2 1 对磁感应强度的理解 1 磁感应强度b与电场强度e的比较 2 磁感应强度的叠加两个电流附近的磁场的磁感应强度是两个电流分别单独存在时产生的磁场的磁感应强度叠加而成的 若两个电流在某处产生的磁场的磁感应强度b1 b2不在同一直线上时 则应用平行四边形定则进行矢量合成可求得该点的磁感应强度b 电荷在电场中一定受静电力作用而且静电力方向与电场强度方向在同一直线上 而电流在磁场中不一定受安培力 若受安培力 则其方向与磁感应强度方向不能平行 2 对磁通量的理解 1 对 b s的理解 bs只适用于磁感应强度b与面积s垂直的情况 当s与垂直于b的平面间的夹角为 时 则有 bscos 如图甲 2 面积s的含义 s不一定是某个线圈的真正面积 而是线圈在磁场范围内的面积 如图乙所示 s应为线圈面积的一半 3 多匝线圈的磁通量 磁通量的大小与线圈匝数无关 因为不论线圈匝数多少 穿过线圈的磁感线条数相同 而磁感线条数可表示磁通量的大小 4 合磁通量求法若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在 当计算穿过这个面的磁通量时 先规定某个方向的磁通量为正 反方向的磁通量为负 平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 1 关于磁感应强度b 下列说法中正确的是 a 磁场中某点b的大小 跟放在该点的试探电流元的情况有关b 磁场中某点b的方向 跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致c 在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时 该点的b值大小为零d 在磁场中磁感线越密集的地方 磁感应强度越大 2 矩形线圈abcd有n匝 面积大小为s 放在水平面内 加一个竖直向下的范围较大的匀强磁场 如图所示 磁感应强度为b 1 若线圈从图示位置绕ab边转过60 则穿过线圈的磁通量是多少 2 若线圈绕ab边转过180 则穿过线圈的磁通量是多少 知识点二磁感线及几种常见的磁场1 磁感线在磁场中画一些曲线 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 这样的曲线就是磁感线 2 磁感线的特点 1 磁感线是为了形象地研究磁场而人为的曲线 并不是客观存在于磁场中的真实曲线 切线 假设 不是客观存在于磁场中的真实曲线 2 磁感线密的地方磁场 磁感线疏的地方磁场 3 磁场对小磁针极作用力的方向叫做磁场方向 由于磁感线上任何一点的受力方向都跟该点的切线方向一致 所以磁场方向 磁感线方向和小磁针静止时极所指的方向 三者是一致的 4 磁感线不能 也不能 5 磁场中任何一条磁感线都是曲线 强 弱 n n 相交 相切 闭合 3 几种常见磁场的磁感线分布 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图所示 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 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 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 3 如图所示 一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方时 小磁针的s极向纸内偏转 这一束带电粒子可能是 a 向右飞行的正离子束b 向左飞行的正离子束c 向右飞行的负离子束d 向左飞行的负离子束 解析 由安培定则可知 在图中小磁针处s极向内 则n极向外 所以带电粒子束相当于向左的电流 所以b c选项正确 答案 bc 知识点三安培力的大小和方向1 大小 1 f ilbsin 其中 为b与i之间的夹角 2 磁感应强度b的方向与电流i的方向垂直时f 3 磁感应强度b的方向与电流i的方向平行时f 0 ilb 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 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 电流 拇指 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 如图所示 相应的电流方向沿l由始端流向末端 因为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 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 4 请画出在如图所示的甲 乙 丙三种情况下 导线ab受到的安培力的方向 答案 画出甲 乙 丙三种情况的侧面图 利用左手定则判定出在甲 乙 丙三种情况下 导线所受安培力的方向如图所示 5 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 远离磁铁解析 该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针 n极在内 s极在外 根据同极相互排斥 异极相互吸引 可得c项正确 答案 c 2012 大纲全国高考 如图 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 解析 由安培定则和磁场叠加原理可判断出o点处的磁感应强度方向向下 一定不为零 选项a错误 a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 选项b错误 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 选项c正确 a c两点处磁感应强度的方向相同 选项d错误 答案 c 磁场的叠加和安培定则的应用的注意事项1 根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向 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 变式训练 1 2011 大纲全国高考 如图 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 根据安培定则可知i1和i2电流分别在a处产生的磁场方向为垂直ac连线向上和向下 由于i1 i2 且i1电流与a点的距离比i2电流与a点距离要小 故ba1 ba2 则a处磁感应强度不可能为零 a错 两电流在b处产生的磁场方向均垂直ac连线向下 故b错 i1和i2电流分别在c处产生的磁场方向为垂直ac连线向下和向上 且i1电流与c点的距离比i2电流与c点距离要大 故bc1与bc2有可能等大反向 c对 两电流在d处产生的磁场方向一定成某一夹角 且夹角一定不为180 d错 答案 c 如图所示 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 a fn1fn2 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 变式训练 2 如图所示 用细橡皮筋悬挂一轻质线圈 置于一固定直导线上方 线圈可以自由运动 当给两者通以图示电流时 线圈将 a 靠近直导线 两者仍在同一竖直平面内b 远离直导线 两者仍在同一竖直平面内c 靠近直导线 同时旋转90 d 远离直导线 同时旋转90 解析 由安培定则知 通电直导线在线圈处产生的磁场垂直于纸面向外 为了判定通电线圈在这一磁场内的受力方向 不妨将它分成足够多的等份来处理 这样每一小段便可看作是一小段通电直导线 结合左手定则可判定出各段受力皆背离圆心 如图所示 但由于直线电流的磁场不均匀 靠近直导线的部分磁场较强 因而线圈靠近直导线的部分受力较大 考虑对称性特点 将各段受力合成时 合力方向一定竖直向下 这样线圈必定靠近直导线 并仍处于同一竖直平面内 答案 a 2011 上海高考 如图 质量为m 长为l的直导线用两绝缘细线悬挂于o o 并处于匀强磁场中 当导线中通以沿x正方向的电流i 且导线保持静止时 悬线与竖直方向夹角为 则磁感应强度方向和大小可能为 答案 bc 变式训练 3 2012 天津高考 如图所示 金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂 处于竖直向上的匀强磁