高考物理大一轮复习-第八章--磁场的描述-磁场对电流的作用.ppt

知识梳理,重难突破,思想方法,栏目索引,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高考物理大一轮复习 第八章 磁场的描述 磁场对电流的作用课件,一、磁场及其描述,1.定义:磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质。,2.方向:磁场中任一点小磁针N极所受磁场力的方向为该点的磁场方向。,知识梳理,3.磁场的基本特性:磁场对放入其中的磁体、电流和运动电荷都有磁场,力的作用。,4.磁感线:在磁场中人为地画出一系列曲线,曲线的切线方向表示该位置,的磁场方向,磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。,(1)对于通电直导线,可用右手握住导线,大拇指指向电流方向,弯曲的四指指向磁场的方向。,(2)对于环形电流和通电螺线管,则用弯曲的四指指向电流的方向,右手大拇指指向内部磁场的方向。,注意应用安培定则时首先应特别注意伸的是右手,其次注意不同情况下四指环绕方向、大拇指指向的意义不同。,(1)磁体周围的磁场,磁体周围存在着磁场,磁体周围磁场的磁感线从磁体,N,极出发,回,到,S,极。,条形磁体和蹄形磁体的磁场(如图所示):,特点,地磁场的N极在地理南极附近,S极在地理北极附近,地磁场,B,的水平分量(,B,x,)总是从地球南极指向北极;而竖直分量(,B,y,)则南北相反,在南半球竖直向上,在北半球竖直向下,在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁场强弱相同,且方向水平,(2)地磁场,直线电流的磁场,无磁极,非匀强,距导线越远处磁场越弱,画法如图所示,(3)电流的磁场,通电螺线管的磁场,两端分别是N极和S极,管内是匀强磁场,磁感线方向由S极指向N极,管外为非匀强磁场,磁感线由N极指向S极,画法如图所示,环形电流的磁场,两侧是N极和S极,圆环外侧离圆环越远,磁场越弱,画法如图所示,(1)意义:描述磁场,强弱,的物理量。,(2)定义式:,B,=,。式中,F,为,I,与磁场方向垂直时的磁场力(此时磁,场力最大,I,与磁场平行时,磁场力为零)。,(3)方向:小磁针静止时,N极所指(所受磁场力)的方向。,(4)匀强磁场:磁感应强度大小处处相同,方向处处相同的区域里的磁场叫,做匀强磁场。匀强磁场的磁感线是分布均匀的平行直线。,在磁感应强度为,B,的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为,S,则把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量,用公式表示为,=BS,。,二、磁场对电流的作用,1.安培力方向的判断左手定则,伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,把左,手放入磁场中,让磁感线从手心穿入,让四指指向电流的方向,那么大拇指,所指的方向就是安培力的方向。,(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,F,=,BIL,。,(2)当磁感应强度,B,的方向与导线方向成,角时,F,=,BIL,sin,这是一,般情况下安培力的表达式,以下是两种特殊情况:,a.当磁场与电流,垂直,时,安培力最大,F,max,=,BIL,。,b.当磁场与电流,平行,时,即磁场方向与电流方向相同或相反时,安,培力为零。,注意,安培力的方向垂直于磁感应强度,B,和电流,I,所决定的平面,但磁感,应强度与电流不一定垂直。,A.,a,、,b,两处的磁感应强度的大小不等,B,a,B,b,B.,a,、,b,两处的磁感应强度的大小不等,B,a,B,b,a,处受力一定比放在,b,处受力大,a,处受力一定比放在,b,处受力小,答案B在磁场中,磁感线的疏密表示磁场的强弱,故,B,a,B,b,选项B正确,A错误;同一通电导线如果垂直放入磁场中,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0,故C、D均错误。,1.磁场中某区域的磁感线如图所示,则,(),2-1两条金属导轨上水平放置一根导电棒ab,处于竖直向上的匀强磁场中,如图所示,导电棒质量为1.,(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。,重难二与安培力有关的力学综合问题,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。,两侧是N极和S极,圆环外侧离圆环越远,磁场越弱,画法如图所示,把整段弯曲导线分为多段直线电流元,先用左手定则判断每段电流元受力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,从而确定导线运动方向,(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。,通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时,判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向,方向垂直纸面向里,大小为,解析通电线圈产生的磁场方向向东,由安培定则可知电流沿逆时针方,两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向电流互相吸引,反向电流互相排斥;两不平行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势,在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁场强弱相同,且方向水平,磁感线:在磁场中人为地画出一系列曲线,曲线的切线方向表示该位置的磁场方向,磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。,即BI2L-Ff=ma,两端分别是N极和S极,管内是匀强磁场,磁感线方向由S极指向N极,管外为非匀强磁场,磁感线由N极指向S极,画法如图所示,答案D匀强磁场竖直向上与导线平行,导线受到的安培力为零,A错;,匀强磁场水平向右,根据左手定则可知导线受到的安培力垂直纸面向里,B,错;匀强磁场垂直纸面向外,由左手定则可知导线受到的安培力水平向右,C,错、D对。,2.一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,(),3.如图所示,在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导,线,a,、,b,和,c,各导线中的电流大小相同,其中,a,、,c,导线中的电流方向垂直纸,面向外,b,导线中电流方向垂直纸面向内。每根导线都受到另外两根导线,对它的安培力作用,则关于每根导线所受安培力的合力,以下说法中正确的,是,(),a,所受合力方向水平向右,c,所受合力方向水平向右,c,所受合力方向水平向左,b,所受合力方向水平向左,答案B首先用安培定则判定导线所在处的磁场方向,要注意是合磁场,的方向,然后用左手定则判定导线的受力方向。可以确定B是正确的。,B,0,、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根通电长,直导线,电流的方向垂直于纸面向里。如图所示,a,、,b,、,c,、,d,是以直导线为,圆心的同一圆周上的四点,在这四点中,(),A.,c,、,d,两点的磁感应强度大小相等,B.,a,、,b,两点的磁感应强度大小相等,C.,c,点的磁感应强度的值最小,D.,b,点的磁感应强度的值最大,答案C通电直导线在,c,点的磁感应强度方向与,B,0,的方向相反,b,、,d,两,点的电流磁场与,B,0,垂直,a,点电流磁场与,B,0,同向,由磁场的叠加知,c,点的合磁,感应强度最小。,重难一安培定则的应用和磁场的叠加,重难突破,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”。,原因(电流方向),结果(磁场绕向),直线电流的磁场,大拇指,四指,环形电流的磁场,四指,大拇指,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。,典例1如图所示,三根通电长直导线,P,、,Q,、,R,互相平行,垂直纸面放置,其,间距均为,a,电流均为,I,方向垂直纸面向里(已知电流为,I,的长直导线产生的,磁场中,距导线,r,处的磁感应强度,B,=,kI,/,r,其中,k,为常数)。某时刻有一电子(质,量为,m,、电荷量为,e,)正好经过原点,O,速度大小为,v,方向沿,y,轴正方向,则电,子此时所受磁场力为,(),A.方向垂直纸面向里,大小为,x,轴正方向,大小为,C.方向垂直纸面向里,大小为,x,轴正方向,大小为,平向左,所以电子在原点处受力方向垂直纸面向里,大小为,F,=,evB,=,A,正确。,答案A,解析由安培定则知,三根导线在,O,点的合磁感应强度为,B,=,方向水,1-1已知地磁场的水平分量为,B,利用这一值可以测定某一弱磁场的磁感,应强度,如图所示为测定通电线圈中央一点的磁感应强度,实验方法:先,将未通电线圈平面固定于南北方向竖直平面内,中央放一枚小磁针,N极指向北方;给线圈通电,此时小磁针N极指北偏东,角后静止,由此可以确定线圈中电流方向(由东向西看)与线圈中央的合磁感应强度分别为,(),A.顺时针;,B.顺时针;,C.逆时针;,D.逆时针;,答案C,解析通电线圈产生的磁场方向向东,由安培定则可知电流沿逆时针方,向(由东向西看);磁感应强度为矢量,根据其叠加原理可得,B,=,B,cos,(,B,为合,磁感应强度),所以,B,=,。,1-2(多选)有两根长直导线,a,、,b,互相平行放置,如图所示为垂直于导线的,截面图。在图示的平面内,O,点为两根导线连线的中点,M,、,N,为两根导线附,近的两点,它们在两导线的中垂线上,且与,O,点的距离相等。若两导线中通,有大小相等、方向相同的恒定电流,I,则关于线段,MN,上各点的磁感应强度,的说法中正确的是,(),A.,M,点和,N,点的磁感应强度大小相等,方向相同,B.,M,点和,N,点的磁感应强度大小相等,方向相反,MN,上各点的磁感应强度都不可能为零,MN,上只有一点的磁感应强度为零,答案BD,解析由磁感应强度的矢量合成可知,M,点和,N,点的磁感应强度大小相等,方向相反(如图所示)。在线段,MN,上只有一点的磁感应强度为零,该点为,O,点,O,点左侧磁感应强度方向向下,右侧磁感应强度方向向上。,用公式,F,=,BIL,计算安培力时,要求两两垂直,其中,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,电流方向沿所连直线由始端流向末端。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。,重难二与安培力有关的力学综合问题,(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,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。,(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:起能量转化的作用。,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。,典例2如图所示,质量为60 g的铜棒长为,a,=20 cm,棒两端与长为,l,=30 cm的,细软铜线相连,吊在磁感应强度,B,=0.5 T、竖直向上的匀强磁场中,当棒中,通过恒定电流,I,后,铜棒向上摆动,最大摆角,=60,g,取10 m/s,2,求:,(1)铜棒中电流,I,的大小及方向;,(2)铜棒在摆动过程中的最大速度的大小(结果保留一位有效数字)。,由平衡条件有,BIa,=,mg,tan 30,代入数据得,I,=2,A。,(2)当铜棒上摆30,时速度最大,设最大速度为,v,由动能定理可得,解析(1)因铜棒的最大摆角为,=60,由运动对称性可知,铜棒上摆30,时,速度最大,此处铜棒所受的合力为零。,对铜棒受力分析如图所示,由左手定则可知,电流的方向向右。,BIa,-,mgl,(1-cos 30,)=,mv,2,而,BIa,=,mg,tan 30,结合以上两式得,v,2,=,gl,tan 30,-2,gl,(1-cos 30,),代入数据得:,v,=1 m/s。,答案(1)2,A方向向右(2)1 m/s,2-1两条金属导轨上水平放置一根导电棒,ab,处于竖直向上的匀强磁场,中,如图所示,导电棒质量为1.2 kg,长1 m。当导电棒中通入3 A电流时,它可,在导轨上匀速滑动,若电流增大为5 A时,导电棒可获得2 m/s,2,的加速度,求装,置所在处的磁感应强度的大小。,F,f,=,F,1,=,BI,1,L,导电棒加速运动时,安培力和摩擦力的合力提供加速度:,F,2,-,F,f,=,ma,即,BI,2,L,-,F,f,=,ma,BI,2,L,-,BI,1,L,=,ma,代入数据得,B,=1.2 T,答案1.2 T,解析导电棒匀速运动时,摩擦力等于安培力:,通电导体在安培力作用下运动情况的判断方法,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。现对几种常用的方法列表比较,如下:,思想方法,典例1如图所示,三根通电长直导线P、Q、R互相平行,垂直纸面放置,其间距均为a,电流均为I,方向垂直纸面向里(已知电流为I的长直导线产生的,通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时,判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向,b所受合力方向水平向左,匀强磁场水平向右,根据左手定则可知导线受到的安培力垂直纸面向里,B错;匀强磁场垂直纸面向外,由左手定则可知导线受到的安培力水平向右,C错、D对。,磁感线:在磁场中人为地画出一系列曲线,曲线的切线方向表示该位置的磁场方向,磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。,磁感线:在磁场中人为地画出一系列曲线,曲线的切线方向表示该位置的磁场方向,磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。,伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,把左手放入磁场中,让磁感线从手心穿入,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的方向就是安培力的方向。,通过恒定电流I后,铜棒向上摆动,最大摆角=60,g取10 m/s2,求:,即BI2L-Ff=ma,的方向,然后用左手定则判定导线的受力方向。,(2)当磁感应强度B的方向与导线方向成角时,F=BIL sin,这是一,S极受力方向,从而确定蹄形磁铁的转动方向,再根据实际情况,将结论反过来即可。,解析首先用电流元法,把直线电流等效为AO、OO、OB三段(OO段极,判断通电导线(或线圈)在安培力作用下的运动方向时,可以有多种方法,具体选用哪一种,可以视情况而定,在本题中,除了已用到的两种方法外,还可以应用“转换研究对象法”,即假设导线固定不动,判断出蹄形磁铁的N、,a、b两点的磁感应强度大小相等,即BI2L-Ff=ma,方向相反(如图所示)。,电流元法,把整段弯曲导线分为多段直线电流元,先用左手定则判断每段电流元受力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,从而确定导线运动方向,特殊位置法,通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时,判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向,等效法,环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可等效成条形磁铁或多个环形电流,反过来等效也成立。等效后再确定相互作用情况,结论法,两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向电流互相吸引,反向电流互相排斥;两不平行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势,转换研究,对象法,定性分析磁体在电流磁场作用下的运动或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动或运动趋势情况,注意,(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。,典例,如图所示,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,解析首先用电流元法,把直线电流等效为,AO,、,O,O,、,OB,三段(,O,O,段极,短)电流元,由于,O,O,段电流元方向与该处磁场方向相反,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纸面向里,综合上述可知导线顺时针转(俯,视)。然后应用特殊位置法,把导线转过90,后的特殊位置来分析,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。,答案A,判断通电导线(或线圈)在安培力作用下的运动方向时,可以有多种方法,具,体选用哪一种,可以视情况而定,在本题中,除了已用到的两种方法外,还可,以应用“转换研究对象法”,即假设导线固定不动,判断出蹄形磁铁的N、,S极受力方向,从而确定蹄形磁铁的转动方向,再根据实际情况,将结论反过,来即可。,针对训练,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.圆环逆时针转动,远离磁铁,答案C,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。,