高考物理一轮复习 第九章 磁场 第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用课件.ppt

课标版物理 第1讲磁场的描述磁场对电流的作用 一 磁场 磁感应强度1 磁场的基本性质 磁场对处于其中的磁体 电流和运动电荷有 的作用 2 磁感应强度 1 物理意义 描述磁场的 2 定义式 b 通电导线垂直于磁场 3 方向 小磁针静止时 4 单位 符号t 3 匀强磁场 磁感应强度的大小 方向 的磁场称为匀强磁场 磁力 强弱和方向 n极的指向 特斯拉 处处相等 处处相同 自测1 辨析题 1 将通电导线放入磁场中 若不受安培力 说明该处磁感应强度为零 2 通电导线在磁感应强度越大的地方所受安培力越大 3 磁场中某点磁感应强度的方向 跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致 答案 1 2 3 二 磁感线1 磁感线的特点 1 磁感线上某点的 就是该点的磁场方向 2 磁感线的疏密程度表示磁场的 在磁感线较密的地方磁场 在磁感线较疏的地方磁场 3 磁感线是闭合曲线 没有起点和终点 在磁体外部 磁感线从 指向 在磁体内部 磁感线由 指向 4 同一磁场的磁感线不 不 5 磁感线是假想的曲线 客观上不存在 切线方向 强弱 较强 较弱 n极 s极 s极 n极 中断 相交 2 电流周围的磁场 自测2磁场中某区域的磁感线如图所示 则 a a b两处的磁感应强度的大小不等 ba bbb a b两处的磁感应强度的大小不等 ba bbc 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大 d 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小答案b在磁场中 磁感线的疏密程度表示磁场的强弱 故ba bb 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 但如果导线与磁场不垂直放置 受力情况无法判断 故c d均错误 三 安培力的大小和方向1 安培力的大小 1 磁场和电流垂直时 f 2 磁场和电流平行时 f 0 2 安培力的方向 1 用左手定则判定 伸开左手 使大拇指与其余四个手指垂直 并且都与手掌在同一个平面内 让磁感线从掌心垂直进入 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 bil 电流 大拇指 自测3 辨析题 1 通电导线放入磁场中 若不受安培力 说明该处磁感应强度为零 2 安培力一定不做功 答案 1 2 考点一安培定则的应用及磁场的叠加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 1 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 2 两段通电导线附近的磁场的磁感应强度是由两段通电导线分别独立存在时在该处产生的磁感应强度叠加而成的 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b 方向指向x轴正方向 大小为c 方向垂直纸面向里 大小为d 方向指向x轴正方向 大小为 答案a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 求解有关磁感应强度问题的关键 1 磁感应强度由磁场本身决定 2 合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和 满足平行四边形定则 3 牢记判断电流的磁场的方法安培定则 并能熟练应用 建立磁场的立体分布图 1 1 多选 如图所示 两根平行长直导线相距2l 通有大小相等 方向相同的恒定电流 a b c是导线所在平面内的三个点 左侧导线与它们的距离分别为 l和3l 关于这三点处的磁感应强度 下列判断正确的是 a a处的磁感应强度大小比c处的大b b c两处的磁感应强度大小相等c a c两处的磁感应强度方向相同d b处的磁感应强度为零 答案ad已知两导线中电流大小相等 方向相同 根据安培定则判断知 两根导线在a处产生的磁场的方向均垂直纸面向里 在c处产生的磁场的方向均垂直纸面向外 又知a处距左边导线为 距右边导线为 c处距左边导线为3l 距右边导线为l 而两导线中电流大小相等 距离导线越远 磁感应强度越小 故a处的磁感应强度大小比c处的大 选项a正确 选项c错误 左边导线在b处产生的磁场垂直纸面向外 右边导线在b处产生的磁场垂直纸面向里 两导线与b点的距离均为l 故b处的磁感应强度为零 选项d正确 选项b错误 1 2 2013安徽理综 15 6分 图中a b c d为四根与纸面垂直的长直导线 其横截面位于正方形的四个顶点上 导线中通有大小相同的电流 方向如图所示 一带正电的粒子从正方形中心o点沿垂直于纸面的方向向外运动 它所受洛伦兹力的方向是 a 向上b 向下c 向左d 向右答案ba b c d四根导线上电流大小相同 它们在o点形成的磁场的磁感应强度b大小相同 方向如图甲所示 o点合磁场方向如图乙所示 据左手定则可以判定由o点垂直纸面向外运动的带正电的粒子所受洛伦兹力方向向下 b选项正确 考点二安培力的计算和判断1 安培力大小 1 当i b时 f bil 2 当i b时 f 0注意 1 当导线弯曲时 l是导线两端的有效线段长度 如图所示 2 对于任意形状的闭合线圈 其有效长度均为零 所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零 2 安培力方向 用左手定则判断 注意安培力既垂直于b 也垂直于i 即垂直于b与i决定的平面 典例2如图 一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中 且与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段ab bc和cd的长度均为l 且 abc bcd 135 流经导线的电流为i 方向如图中箭头所示 导线abcd所受到的磁场的作用力的合力 a 方向沿纸面向上 大小为 1 ilbb 方向沿纸面向上 大小为 1 ilbc 方向沿纸面向下 大小为 1 ilbd 方向沿纸面向下 大小为 1 ilb 答案a由左手定则及力的合成可知合力方向沿纸面向上 故知c d选项错误 导线受安培力的有效长度为线段ad的长度 lad 1 l 再由安培力公式f bil可得合力大小为 1 ilb 选项a正确 b错误 计算安培力的大小应用公式f bil 当磁场方向和电流方向垂直时 但要注意l是有效长度 在实际应用中 导线可能不是直导线 导线各处的磁感应强度也不相同 需要进行有效转化 如找等效长度 微分为电流元 转换研究对象等 2 1如图 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 当在该导线中通以大小为i的电流时 该v形通电导线受到的安培力大小为 a 0b 0 5bilc bild 2bil 答案cv形导线通入电流i时每条边受到的安培力大小均为bil 方向分别垂直于导线斜向上 再由平行四边形定则可得其合力大小为f bil 答案为c 2 2 多选 有半径为r的导电圆环处于某一发散的磁场中 其环面的对称轴mn为竖直方向 该磁场中与圆环相交的磁感线反向延长后交于对称轴上的某点 且与对称轴成 角 圆环上各点的磁感应强度b大小相等 若圆环上载有如图所示的恒定电流i 则 a 导电圆环所受的安培力的方向竖直向下b 导电圆环所受的安培力的方向竖直向上c 导电圆环所受的安培力的大小为2bird 导电圆环所受的安培力的大小为2 birsin 答案bd将导电圆环分成很多小的电流元 任取一小段电流元为对象 把磁场分解成水平方向和竖直方向的两个分量 结合对称性知所有电流元在竖直方向的分磁场产生的安培力的合力为零 在水平方向的分磁场产生的安培力的合力为f bil 2 birsin 方向为竖直向上 选项b d正确 考点三安培力作用下的平衡和加速问题1 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 列平衡方程或应用牛顿第二定律列方程进行求解 2 安培力做功的特点和实质 1 安培力做功与路径有关 2 安培力做功的实质是能量转化 安培力做正功时将电能转化为导线的动能或其他形式的能 安培力做负功时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3如图甲所示 在水平地面上固定一对与水平面夹角为 的光滑平行导电轨道 轨道间的距离为l 两轨道底端的连线与轨道垂直 顶端接有电源 将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上 且与两轨道垂直 已知轨道和导体棒的电阻及电源的内电阻均不能忽略 通过导体棒的恒定电流大小为i 方向由a到b 图乙为图甲沿a b方向观察的平面图 若重力加速度为g 在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场 使导体棒在轨道上保持静止 1 请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图 2 求出磁场对导体棒的安培力的大小 3 如果改变导轨所在空间的磁场方向 试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度b的最小值的大小和方向 答案见解析解析 1 如图所示 2 根据共点力平衡条件可知 磁场对导体棒的安培力的大小f mgtan 3 要使磁感应强度最小 则要求安培力最小 根据受力情况可知 最小安培力fmin mgsin 方向平行于轨道斜向上所以最小磁感应强度bmin 根据左手定则可判断出 此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上 a 导体棒中电流垂直纸面向外 大小为b 导体棒中电流垂直纸面向外 大小为c 导体棒中电流垂直纸面向里 大小为d 导体棒中电流垂直纸面向里 大小为 3 1质量为m 长为l的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上 其截面如图所示 整个装置处于竖直向上磁感应强度为b的匀强磁场中 直导体棒中通有恒定电流 平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成60 角 则下列关于导体棒中的电流的分析正确的是 答案c对导体棒受力分析如图所示 由左手定则得电流方向垂直纸面向里 由f安 bil mgtan60 得i c项正确 考点四安培力作用下导体运动趋势的判断 典例4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 答案a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 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 4 1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由安培定则可知 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 根据同名磁极相互排斥 异名磁极