高考人教物理高效学习方略复习课件第8章第1讲磁场及其对电流的作用

1、第八章磁场,考纲导航 考纲展示 1.磁场、磁感应强度、磁感线 2磁通量 3通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 4安培力、安培力的方向 5匀强磁场中的安培力 6洛伦兹力、洛伦兹力的方向,7洛伦兹力公式 8带电粒子在匀强磁场中的运动 9质谱仪和回旋加速器 说明：(1)安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形 (2)洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形,权威解读 1.会用安培定则、左手定则分析解决通电导体或带电粒子在磁场中的受力及平衡和运动类问题 2掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，确定其圆心、半径、运动轨迹、运动时间等问题，特别注意“边界问题”以及由周期性引起的多解问题 3掌握带

2、电粒子在复合场中运动的问题 4能够解决电流天平、速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等磁场在生活和科技方面的应用问题.,一、磁场、磁感应强度 1磁场 (1)基本性质： 磁场对放入其中的磁体、 和 有磁场力的作用,电流,运动电荷,同名磁极相互，异名磁极相互 ，磁体之间、磁体与电流之间、电流(或运动电荷)与电流(或运动电荷)之间的相互作用都是通过 发生的 (2)方向：规定在磁场中的任一点，小磁针 所受磁场力的方向或小磁针静止时， 的指向为该点的磁场方向,排斥,吸引,磁场,N极,N极,强弱和方向,N极,特斯拉,二、磁感线、通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 1磁感线 (1)定义：在磁场中画出

3、一系列曲线，使曲线上任意点的 都跟该点的磁场方向一致，这一系列曲线即为磁感线 (2)特点：磁感线的疏密表示磁场的 ，磁感线密的地方磁场强，磁感线疏的地方磁场 ,切线方向,强弱,弱,磁感线是 曲线，没有起点和终点在磁体外部，从极指向极，在磁体内部从 极指向极 同一磁场的磁感线不中断，不 ，不相切,闭合,N,S,S,N,相交,2条形磁铁和蹄形磁铁磁场的磁感线分布，如图所示,3电流的磁场,越弱,匀强,最强,越弱,三、安培力 1安培力的方向 (1)安培力：通电导线在磁场中受到的力 (2)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

4、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间的安培力：同向电流互相 ，异向电流互相,垂直,电流所指,大拇指,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，FmaxBIL. (2)当磁场与电流 时，安培力等于零,BILsin ,垂直,平行,1下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是() A通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大 B通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大 C放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同 D磁感应强度的大小和方向跟放在磁

5、场中的通电导线受力的大小和方向无关,解析D因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电导线的受力及方向都无关，故A错误，D正确因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线的取向有关，故B错误对C选项虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，磁场力是不同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大，与磁场平行时受磁场力为零)，而C中没有说明导线在各个位置的取向是否相同，故C错误,2.磁场中某区域的磁感线如图所示，则() Aa、b两处的磁感应强度的大小不等，BaBb Ba、b两处的磁感应强度的大小不等，BaBb C同一通电导线放在a处受力一定比放在

6、b处受力大 D同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小,解析B在磁场中，磁感线的疏密表示磁场的强弱，故BaBb，选项B正确，选项A错误；同一通电导线如果都垂直放入磁场中，则在a处受力一定比b处受力小，但如果导线与磁场平行放置，受力均为零，故选项C、D均错误,3一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是() 解析D电流与磁场平行放置时不受磁场力，选项A错误；电流与磁场垂直放置时，由左手定则知选项D正确,4在如图所示电路中，电池均相同，当电键S分别

7、置于a、b两处时，导线MM与NN之间的安培力的大小分别为fa、fb，可判断这两段导线(),A相互吸引，fafb B相互排斥，fafb C相互吸引，fafb D相互排斥，fafb 解析D由图可知无论电键置于a或b，导体中的电流方向均由MM和NN，由安培定则可知MM在NN处产生的磁场方向垂直板向上，由左手定则知NN受到的力向外，即这两段导线相互排斥；电键分别置于a、b两处时，在b处的电流较大，所以有fafb，故D正确,5.如图所示，PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨，相距1 m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m0.2 kg，棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体的质量M0.3 kg，棒与导轨间

8、的动摩擦因数为0.5，匀强磁场的磁感应强度B2 T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？(g10 m/s2),解析导体棒ab受力如图所示，由平衡条件： FNmg BILFfMg0 又FfFN 联立得I2 A， 由左手定则知电流方向由ab. 【答案】2 Aab,要点一对磁感应强度的理解,3磁感应强度与电场强度,(1)电场强度的方向与电荷的受力方向相同或相反，而磁感应强度方向与电流元受安培力方向垂直，满足左手定则 (2)电荷在电场中一定会受到电场力的作用，而在磁场中如果电流方向与磁场方向平行，则不受安培力的作用,【例1】(2011上海单科)如图，质量为m、长为L的直

9、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(),关于磁感应强度，下列说法正确的是() A一小段通电导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力也一定为零 B通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度也一定为零 C放置在磁场中1 m长的通电导线，通过1 A的电流，受到的磁场力为1 N，则该处的磁感应强度就是1 T D磁场中某处的B的方向跟电流在该处受到的磁场力F的方向相同,解析A根据磁感应强度的定义，A选项对B选项中通电导线(电流I)与磁场方向平行时，磁场力为零，但磁感应强度不为零，B选项错C选

10、项中只有通电导线(电流I)与磁场方向垂直时，该处磁感应强度大小才为1 T，C选项错D选项中B与F方向一定垂直，D选项错.,要点二通电导体在安培力作用下运动方向的判断 1.基本思路 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常用方法,(1)在应用左手定则判定安培力方向时，磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 (2)有时导体在安培力作用下会出现平动和转动，这时可以应用特殊位置法,【例2】如

11、图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)() A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同时上升 C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升,解析A首先明确常见磁场的磁感线分布情况，然后取“电流元”，用左手定则判定其受力方向，特别注意电流旋转后，有了垂直于纸面的分量而导致向下受力 (1)电流元法： 如图所示，把直线电流等效为AO、OO、OB三段(OO段极短)电流元，由于OO段电流方向与该处磁场方向平行，所以不受安培力作用；,AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向上，根据左手定则可知其所

12、受安培力方向垂直于纸面向外；OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里综上可知导线将以OO段为轴顺时针转动(俯视),(2)特殊位置法： 把导线转过90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动 综上所述，选项A正确,一条形磁铁放在水平桌面上，上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，图中只画出此棒的截面图，并标出导体棒中的电流方向，那么在通电的一瞬间会产生怎样的情况呢？,解析如图所示，对导体棒通电后由左手定则可判断导体棒受到斜向左下的安培力，由牛顿第三定律可得，磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上方，所以在通电的一瞬间，磁铁对

13、桌面的压力会减小，同时磁铁受到向左的摩擦力 【答案】见解析,要点三与安培力有关的力学综合问题 1.安培力公式的说明 (1)可把安培力公式写为FBsin IL(为B与I方向夹角)，即相当于只有与L垂直的磁感应强度的分量对电流产生安培力,(2)对于弯曲导线L等于其在垂直磁场平面内的投影两端点所连线的长度，如图所示相应的电流方向沿L由始端流向末端,2分析通电导线在磁场中平衡和加速运动问题的思路 (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，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

14、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,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,【例3】如图所示，两平行金属导轨间的距离L0.40 m，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B0.50 T、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E4.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040

15、 kg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R02.5 ，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，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,【思路点拨】解答本题时应注意以下三个方面： (1)导体棒中的电流可由闭合电路欧姆定律求解 (2)判断安培力的方向，画好导体棒受力图 (3)摩擦力应由物体的平衡条件列式计算,【答案】(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N，方向沿斜面向下 【规律方法】解决有关通电导体在磁场中的平衡问题

16、要先进行受力分析，再根据物体的平衡条件F合0或Fx合0，Fy合0列出平衡方程特别重要的是安培力方向的判断，方法是根据磁场和电流的方向利用左手定则进行判断由于安培力与电流I和磁感应强度B的方向之间涉及到三维空间，在应用时应善于把立体图转化成平面图,如图所示，在倾角为37的光滑斜面上有一根长为0.4 m，质量为6102 kg的通电直导线，电流强度I1 A，方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T，方向竖直向上的磁场中设t0时，B0，则需要多长时间，斜面对导线的支持力为零？(g取10 m/s2),易错点 对导体所处的状态不清导致错误,未通电时，轻线

17、在竖直方向，通入恒定电流后，棒向外偏转的最大角度37，求此棒中恒定电流的大小,【正确解答】金属棒向外偏转过程中，导线拉力不做功，如图所示 安培力F做功为 WFFx1BIl2sin 37 重力做功为 WGmgx2mgl(1cos 37) 由动能定理得,1(2011全国新课标理综)为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是(),解析B地磁场是从地理的南极附近出来，进入地理的北极附近，除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量，由安培定则，环形电流外部磁场方向向北可知，B正确A图地表上空磁场方向向南，故A错误C

18、、D在地表上空产生的磁场方向是东西方向，故C、D错误,2.(2011全国新课标理综)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I1I2；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() Aa点 Bb点 Cc点 Dd点,解析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B1B2时该点处的磁感应强度可能为零，又I1I2，故该点距I1距离应比I2大，故C正确，A、B、D错误,3.将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一条形磁铁，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