高考沪科版物理一轮复习课件：8.1 磁场及其对电流的作用

1、第第 8 章磁场章磁场第第 8 章磁场章磁场栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场第第1节磁场及其对电流的作用节磁场及其对电流的作用栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场基础梳理自学导引基础梳理自学导引一、磁场及其描述一、磁场及其描述1. 定义定义: 磁场是磁体、电流周围存在磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊的一种特殊_. 2. 方向方向: 磁场中任一点小磁针磁场中任一点小磁针_极所受磁场力的方向为该点的磁场方极所受磁场力的方向为该点的磁场方向向. 物质物质N栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场3. 磁场的基本性质磁场的基本性质: 磁场对放入其中磁场对放入其中的磁体、电流和运动电荷都有磁场的

2、磁体、电流和运动电荷都有磁场力的作用力的作用. 4. 磁感应强度磁感应强度(1)物理意义物理意义: 描述磁场描述磁场_的物的物理量理量. 强弱强弱栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(2)方向方向: 小磁针静止时小磁针静止时_极所指极所指的方向的方向. (3)大小大小: B_(通电直导通电直导线垂直于磁场线垂直于磁场). (4)单位单位:_, 符号符号T,1 T_N特斯拉特斯拉1 N/(Am) 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场5. 磁感线磁感线: 在磁场中人为地画出一系在磁场中人为地画出一系列曲线列曲线, 使曲线上每一点的切线方向使曲线上每一点的切线方向都跟这点的都跟这点的_的方向的方

3、向一致一致, 这样的曲线就叫做磁感线这样的曲线就叫做磁感线. 磁磁感线的疏密程度表示磁场的感线的疏密程度表示磁场的_. 磁感应强度磁感应强度强弱强弱栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场思考感悟思考感悟1. 磁场中没有磁感线的地方磁场中没有磁感线的地方, 磁感应磁感应强度为零吗？强度为零吗？提示提示: 不为零不为零. 磁感线是为形象描述磁磁感线是为形象描述磁场而假想的线场而假想的线. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场二、几种常见的磁场二、几种常见的磁场1. 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图如图811)图图811栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场2. 匀强磁场匀强

4、磁场: 物理学中物理学中, 把磁感线间把磁感线间距距_、相互、相互_且指且指向相同的磁场叫做匀强磁场向相同的磁场叫做匀强磁场. 3. 电流的磁场和安培定则电流的磁场和安培定则相等相等平行平行栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(1)直线电流的磁场直线电流的磁场: 用右手握住直用右手握住直导线导线, 让让_指向电流的方向指向电流的方向, _所指的方向就是所指的方向就是磁感线的环绕方向磁感线的环绕方向. 大姆指大姆指则弯曲的四指则弯曲的四指栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(2)通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场: 右手握住通电右手握住通电螺线管螺线管, _方向跟电流方向方向跟电流方向一致一致

5、, _所指的方向为通电所指的方向为通电螺线管内部的磁感线方向螺线管内部的磁感线方向. 四指四指大姆指大姆指栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场4. 地磁场地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似地球的磁场与条形磁铁的磁场相似, 其主要特点有三个其主要特点有三个: (1)地磁场的地磁场的_在地理南极附近在地理南极附近, _在地理北极附近在地理北极附近. N极极S极极栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(2)地磁场地磁场B的水平分量的水平分量(Bx)总是从地总是从地理理_指向指向_; 而竖直分而竖直分量量(By)则南、北半球相反则南、北半球相反, 在南半球在南半球垂直地面向上垂直地面向上, 在北半

6、球垂直地面向在北半球垂直地面向下下. 南极南极北极北极栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(3)在赤道平面上在赤道平面上, 距离地球表面高度距离地球表面高度相等的各点相等的各点, 磁场强弱磁场强弱_, 且且方向水平向方向水平向_. 相同相同北北栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场三、安培力的大小和方向三、安培力的大小和方向1.安培力的大小安培力的大小(1)如图如图812所示所示: F_.图图812BILsin栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(2)磁场和电流垂直时磁场和电流垂直时:_.(3)磁场和电流平行时磁场和电流平行时: F0.2. 安培力的方向安培力的方向(1)用左手定则判定用左

7、手定则判定: 伸开左手伸开左手, 使大使大拇指跟其余四个手指垂直拇指跟其余四个手指垂直, 且都跟手且都跟手掌在同一个平面内掌在同一个平面内,FBIL栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场 让磁感线穿入手心让磁感线穿入手心, 使四指指向使四指指向_, 则大拇指所指的方向则大拇指所指的方向就是就是_. (2)安培力的方向特点安培力的方向特点: FB, FI, 即即F垂直于垂直于_决定的平面决定的平面. 电流方向电流方向安培力的方向安培力的方向B、I栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场思考感悟思考感悟2. 磁感应强度磁感应强度B的方向是小磁针的方向是小磁针N极极受力方向受力方向, 通电导线在磁场中

8、受力方通电导线在磁场中受力方向与磁感应强度的方向一致吗？向与磁感应强度的方向一致吗？提示提示: 虽然磁感应强度虽然磁感应强度B的方向是小的方向是小磁针磁针N极受力方向极受力方向, 但通电导线在磁但通电导线在磁场中受力方向与小磁针受力方向不场中受力方向与小磁针受力方向不同同, 而是与磁感应强度方向垂直而是与磁感应强度方向垂直. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场要点透析直击高考要点透析直击高考一、对磁感线和磁感应强度的理解一、对磁感线和磁感应强度的理解1. 磁感线的特点磁感线的特点(1)磁感线是为了形象地描述磁场而磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线人为假设的曲线, 并不是客观存在于并

9、不是客观存在于磁场中的真实曲线磁场中的真实曲线. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(2)磁感线在磁体磁感线在磁体(螺线管螺线管)外部由外部由N极到极到S极极, 内部由内部由S极到极到N极极, 是闭合是闭合曲线曲线. (3)磁感线的疏密表示磁场的强弱磁感线的疏密表示磁场的强弱. 磁感线较密的地方磁场较强磁感线较密的地方磁场较强, 磁感磁感线较疏的地方磁场较弱线较疏的地方磁场较弱. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(4)磁感线上任何一点的切线方向磁感线上任何一点的切线方向, 都都跟该点的磁场跟该点的磁场(磁感应强度磁感应强度)方向一致方向一致(5)磁感线不能相交也不能相切磁感线不能相交

10、也不能相切. 2. 对磁感应强度的理解对磁感应强度的理解(1)磁感应强度需要注意的几个特点磁感应强度需要注意的几个特点: 磁感应强度由磁场本身决定磁感应强度由磁场本身决定, 就像就像电场强度由电场本身决定一样电场强度由电场本身决定一样, 跟该跟该位置放不放通电导线无关位置放不放通电导线无关. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场电场强度电场强度E是描述电场力的性质的物是描述电场力的性质的物理量理量, 磁感应强度磁感应强度B是描述磁场力的是描述磁场力的性质的物理量性质的物理量. 为了加深对磁感应强为了加深对磁感应强度度

11、B的理解的理解, 现把这两个物理量比较现把这两个物理量比较如下如下: 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场电场强度电场强度(E)定义定义的依的依据据电场对电荷电场对电荷q有作用力有作用力F对电场中任一点对电场中任一点Fq, 恒量恒量(由电场决定由电场决定)对不同点对不同点, 的值一般不同的值一般不同定义定义式式E栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场磁感应强度磁感应强度(B)定义定义的依的依据据磁场对单位直线电流磁场对单位直线电流IL有作用力有作用力F磁场中任一点磁场中任一点F与磁场方向、电流与磁场方向、电流方向有关方向有关, 只考虑电流方向垂直于磁只考虑电流方向垂直于磁场方向的情况场方向的

12、情况FIL, 恒量恒量(由磁场决定由磁场决定)对不同点对不同点, 的值一般不同的值一般不同定义定义式式B栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场电场强度电场强度(E)磁感应强度磁感应强度(B)物理物理意义意义E在数值上等在数值上等于电场对单位于电场对单位电荷作用力的电荷作用力的大小大小B在数值上等于垂在数值上等于垂直于磁场方向的长直于磁场方向的长1 m、电流为、电流为1 A的导的导线所受磁场力的大线所受磁场力的大小小单位单位V/m(N/C)T栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场即时应用即时应用1. 关于磁感应强度的概念关于磁感应强度的概念, 以下说法以下说法中正确的有中正确的有()栏目栏目导引

13、导引第第 8 章磁场章磁场C. 磁场中电流元受力大的地方磁场中电流元受力大的地方, 磁感磁感应强度不一定大应强度不一定大D. 磁场中某点磁感应强度的方向与磁场中某点磁感应强度的方向与电流元在此点的受力方向相同电流元在此点的受力方向相同解析解析: 选选BC.判断磁感应强度的大小判断磁感应强度的大小, 需要在电流元受力最大的前提下进需要在电流元受力最大的前提下进行行, 选项选项A、B中的力中的力F可能小于或等可能小于或等于最大受力于最大受力, 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场二、通电导体在安培力作用下运动二、通电导体在安培力作用下运动的判断的判断判定通电

14、导体在安培力作用下的运判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势动或运动趋势, 首先必须弄清楚导体首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况所在位置的磁场分布情况, 然后利用然后利用左手定则准确判定导体的受力情况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进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向势的方向.栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场现对五种常用的方法列表如下现对五种常用的方法列表如下: 电流电流元法元法把整段弯曲导线分为多段直线电把整段弯曲导线分为多段直线电流元流元, 先用左手定则判断每段电先用左手定则判断每段电流元受力的方向流元受力的方向, 然后判断整段然后判断整段

15、导线所受合力的方向导线所受合力的方向, 从而确定从而确定导线运动方向导线运动方向栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场特殊特殊位置位置法法通过导线转动到某个便于分析的通过导线转动到某个便于分析的特殊位置时特殊位置时, 判断其所受安培力判断其所受安培力的方向的方向, 从而确定其运动方向从而确定其运动方向等效等效法法环形电流可等效成小磁针环形电流可等效成小磁针, 通电通电螺线管可以等效成条形磁铁或多螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流个环形电流, 反过来等效也成立反过来等效也成立, 等效后再确定相互作用情况等效后再确定相互作用情况栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场结结论论法法两平行直线电流在

16、相互作用过程中两平行直线电流在相互作用过程中, 无转动趋势无转动趋势, 同向电流互相吸引同向电流互相吸引, 异异向电流互相排斥向电流互相排斥; 两不平行的直线电两不平行的直线电流相互作用时流相互作用时, 有转到平行且电流方有转到平行且电流方向相同的趋势向相同的趋势栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场转换研转换研究对象究对象法法定性分析磁体在电流磁场作用下定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题如何运动或运动趋势的问题, 可先可先分析电流在磁体磁场中所受的安分析电流在磁体磁场中所受的安培力培力, 然后由牛顿第三定律然后由牛顿第三定律, 确定确定磁体所受电流磁场的作用力磁体所受电流磁

17、场的作用力, 从从而确定磁体所受合力及运动方向而确定磁体所受合力及运动方向栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场特别提醒特别提醒 (1)在应用左手定则判定在应用左手定则判定安培力方向时安培力方向时, 磁感线方向不一定垂磁感线方向不一定垂直于电流方向直于电流方向, 但安培力方向一定与但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直磁场方向和电流方向垂直, 即大拇指即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面决定的平面.(2)有时导体在安培力作有时导体在安培力作用下会出现平动和转动用下会出现平动和转动, 这时可以应这时可以应用特殊位置法用特殊位置法.栏目栏目导引导引第第

18、8 章磁场章磁场即时应用即时应用2. 如图如图813所示所示, 把轻质导线圈把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近极附近, 磁磁铁的轴线穿过线圈的圆心铁的轴线穿过线圈的圆心, 且垂直于且垂直于线圈平面线圈平面, 当线圈中通入如图方向的当线圈中通入如图方向的电流后电流后, 线圈的运动情况是线圈的运动情况是()栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场A. 线圈向左运动线圈向左运动B. 线圈向右运动线圈向右运动图图813栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场C. 从上往下看顺时针转动从上往下看顺时针转动D. 从上往下看逆时针转动从上往下看逆时针转动解析解析: 选选A.法一法一:

19、电流元法电流元法. 首先将圆首先将圆形线圈分成很多小段形线圈分成很多小段, 每一段可看做每一段可看做一直线电流一直线电流, 取其中上、下两小段分取其中上、下两小段分析析, 其截面图和受安培力情况如图甲其截面图和受安培力情况如图甲所示所示.栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场 根据对称性可知根据对称性可知, 线圈所受安培力的线圈所受安培力的合力水平向左合力水平向左, 故线圈向左运动故线圈向左运动, 只只有选项有选项A正确正确. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场法二法二: 等效法等效法. 将环形电流等效成一将环形电流等效成一条形磁铁条形磁铁, 如图乙所示如图乙所示, 据异名磁极据异名磁极相

20、吸引知相吸引知, 线圈将向左移动线圈将向左移动, 选选A.也也可将左侧条形磁铁等效成一环形电可将左侧条形磁铁等效成一环形电流流, 根据结论根据结论“同向电流相吸引同向电流相吸引, 异向异向电流相排斥电流相排斥”, 可判断出线圈向左运可判断出线圈向左运动动, 选选A.栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场三、安培力公式的理解及应用三、安培力公式的理解及应用应用公式应用公式FBIL需要注意的几点需要注意的几点: 1. B与与L垂直垂直. 2. 式中式中L是有效长度是有效长度. 弯曲导线的有弯曲导线的有效长度效长度L等于在垂直磁场平面内的投等于在垂直磁场平面内的投影长度两端点所连直线的长度影长度两端

21、点所连直线的长度栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场(如图如图814所示所示),相应的电流方相应的电流方向沿向沿L由始端流向末端由始端流向末端. 图图814栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场3. B并非一定是匀强磁场并非一定是匀强磁场, 但一定是但一定是导线所在处的磁感应强度导线所在处的磁感应强度. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场即时应用即时应用3. 如图如图815所示所示, 长为长为2l的直导线的直导线折成边长相等折成边长相等, 夹角为夹角为60的的V形形, 并并置于与其所在平面相垂直的匀强磁置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中场中, 磁感应强度为磁感应强度为B, 当在该导线中当

22、在该导线中通以电流强度为通以电流强度为I的电流时的电流时, 该该V形通形通电导线受到的安培力大小为电导线受到的安培力大小为()栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场0BIlC. BIl D. 2BIl图图815栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场解析解析: 选形导线两部分的受力情况如选形导线两部分的受力情况如图所示图所示. 其中其中FBIl, V形导线受到的形导线受到的安培力应为这两个力的合力安培力应为这两个力的合力, 大小为大小为F合合2Fcos60BIl, 故故C项正确项正确. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场题型探究讲练互动题型探究讲练互动安培定则的应用安培定则的应用 (2011

23、高考新课标全国卷高考新课标全国卷)为了为了解释地球的磁性解释地球的磁性, 19世纪安培假设世纪安培假设: 地地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流流I引起的引起的. 在下列四个图中在下列四个图中, 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场正确表示安培假设中环形电流方向正确表示安培假设中环形电流方向的是的是()图图816栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场【思路点拨思路点拨】根据地磁场的分布根据地磁场的分布特点并结合安培定则分析判断特点并结合安培定则分析判断. 【解析解析】地磁场是从地理的南极地磁场是从地理的南极附近出来附近出来, 进入地理的北极附近进入地理的北极附

24、近, 除除两极外地表上空的磁场都具有向北两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量的磁场分量, 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场由安培定则由安培定则, 环形电流外部磁场方向环形电流外部磁场方向向北可知向北可知, B正确正确. A图地表上空磁场图地表上空磁场方向向南方向向南, 故故A错误错误. C、D在地表上在地表上空产生的磁场方向是东西方向空产生的磁场方向是东西方向, 故故C、D错误错误. 【答案答案】B栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场【方法指引方法指引】在运用安培定则判在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时有定直线电流和环形电流的磁场时有所不同所不同, 在判定直线电流的磁场方

25、向在判定直线电流的磁场方向时时, 大拇指指向大拇指指向电流方向电流方向, 四指四指指向指向磁场绕向磁场绕向; 在判定环形电流在判定环形电流磁场方向时磁场方向时, 四指指向四指指向电流绕向电流绕向, 大拇指指向大拇指指向环内沿中心轴线的环内沿中心轴线的磁感线方向磁感线方向. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场变式训练变式训练(2012镇江模拟镇江模拟)如图如图817所示所示, 若一束电子沿若一束电子沿y轴正方向移动轴正方向移动, 则在则在z轴上某点轴上某点A的磁场方向应该是的磁场方向应该是()图图817栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场A. 沿沿x轴的正向轴的正向B. 沿沿x轴的负向轴的

26、负向C. 沿沿z轴的正向轴的正向 D. 沿沿z轴的负向轴的负向解析解析: 选选 B.电子沿电子沿y轴正方向移动轴正方向移动, 相相当于电流方向沿当于电流方向沿y轴负方向轴负方向, 根据安根据安培定则可判断在培定则可判断在z轴上轴上A点的磁场方点的磁场方向应沿向应沿x轴负方向轴负方向. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场 2011高考大纲全国卷高考大纲全国卷)如图如图818, 两根相互平行的长直导线分别两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流通有方向相反的电流I1和和I2, 且且I1I2; a、b、c、d为导线某一横截面所在为导线某一横截面所在平面内的四点平面内的四点, 且且a、b、c与

27、两导线与两导线共面共面; 磁感应强度的叠加磁感应强度的叠加栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场b点在两导线之间点在两导线之间, b、d的连线与导的连线与导线所在平面垂直线所在平面垂直. 磁感应强度可能为磁感应强度可能为零的点是零的点是()图图818栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场A. a点点B. b点点C. c点点 D. d点点【思路点拨思路点拨】根据电流方向判断根据电流方向判断各点的磁感应强度方向各点的磁感应强度方向, 利用场的叠利用场的叠加原理分析判断加原理分析判断. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场【解析解析】由安培定则画出由安培定则画出a、b、c、d的磁感线的分布图的磁感

28、线的分布图, 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场由图可知由图可知a、c两点的磁场方向相反两点的磁场方向相反, 当当B1B2时该点处的磁感应强度可时该点处的磁感应强度可能为零能为零, 又又I1I2, 故该点距故该点距I1距离应距离应比距比距I2大大, 故故C正确正确, A、B、D均错误均错误.【答案答案】C栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场【方法引导方法引导】空间中磁场叠加空间中磁场叠加, 在在某一点的磁场方向即该点的磁感应某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个强度的方向只有一个, 即合磁场方向即合磁场方向, 应用平行四边形定则求解应用平行四边形定则求解. 栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场互动探究互动探究上题中上题中, 若两导线通入大小相等、方若两导线通入大小相等、方向相同的恒定电流向相同的恒定电流, 如图如图8110所所示示, 与与O点相等距离的点相等距离的M、N两点的两点的磁感应强度怎样？磁感应强度怎样？栏目栏目导引导引第第 8 章磁场章磁场解析解析: 两根导线分别在两根导线分别在M点和点和N点产点产生的磁感应强度大小相等生的磁感应强度大小相等, 方向相反方向相反, 所以所以M点、点、N点的磁感应强度大小相点的磁感应强度大小相等等, 方向相反方向相反