2013年人教版高中物理一轮复习课件：8.1磁场及其对电流的作用

第1讲磁场及其对电流的作用

考点1磁场、磁感应强度和磁通量1.磁场磁体与磁体之间，磁体与_________之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用是通过_____发生的.通电导体磁场2.磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的_____和_____.(2)定义式：______(通电导体垂直于磁场).(3)方向：小磁针_____时N极的指向.强弱方向静止3.磁通量(1)概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向_____的面积S和B的乘积.(2)公式：Φ=___.(3)单位：1Wb=_______.垂直BS1T·m21.对磁感应强度的两点理解(1)磁感应强度是用比值法定义的,其大小由磁场本身的性质决定,与放入的直导线的电流I的大小、导线长度L的大小无关.故不能根据就说B与F成正比，与IL成反比.(2)由定义式计算B时,通电导线必须垂直于磁场;若通电导线平行放入磁场,则不受安培力,但不能说该处磁感应强度为零.2.磁通量概念的理解(1)Φ=BS⊥,S⊥=Scosθ其中S⊥为S在垂直于B方向上的分量，如图甲所示.(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：多匝线圈内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.(4)合磁通量求法：若某个平面内有不同方向的磁场共同存在,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.(多选)下列说法中正确的是()A.电荷在某处不受到电场力的作用，则该处的电场强度为零B.一小段通电导线在某处不受到磁场力的作用，则该处的磁感应强度一定为零C.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱D.把一小段通电导线放在磁场中某处，它受到的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱【解析】选A、C.把电荷放入电场某处，如果电荷没有受到电场力的作用，则该处不存在电场或该处的电场强度为零，故A对；把通电直导线放入某处，如果放置不合适，即使有磁场存在，通电直导线也不受磁场力的作用，故B错；由电场强度的定义式知，电场强度等于试探电荷受到电场力F与所带电量q的比值，故C对；磁感应强度的定义式的成立是有条件的，即通电导线与磁场方向垂直，否则该定义式不成立，故D错.考点2磁感线和电流的磁场1.磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的_____方向跟该点的磁感应强度方向一致切线2.电流的磁场(1)奥斯特实验：奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以产生磁场，首次揭示了_______的联系.(2)安培定则.①通电直导线.用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟_____的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是_______的环绕方向.电与磁电流磁感线②通电螺线管.让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，_______所指的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向.大拇指1.磁体的磁场和地磁场2.三种电流的磁场通电直导线

安培定则立体图

横截面图通电螺线管环形电流19世纪20年代，以塞贝克(数学家)为代表的科学家已认识到：温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假设：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的.则该假设中的电流方向是(注：磁子午线是地球磁场N极与S极在地球表面的连线)()A.由西向东垂直磁子午线B.由东向西垂直磁子午线C.由南向北沿磁子午线D.由赤道向两极沿磁子午线【解析】选B.如图所示，考虑地球的自转方向，利用安培定则可以判定磁场是由东向西的环形电流产生的，故B正确.考点3磁场对电流的作用——安培力1.安培力的方向(1)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_____所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.(2)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θ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，Fmax＝BIL.(2)当磁场与电流_____时，安培力等于零.BILsinθ垂直平行1.安培力公式的应用安培力常用公式F=BIL，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.因此任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，受到的安培力的矢量和为零.2.通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动的分析方法(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析.(2)画出受力平面图.(3)依据平衡条件或牛顿第二定律列方程.在图中，标出磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是()【解析】选C.根据左手定则，A错误，C正确.电流与磁感线平行时，通电直导线不受安培力，B错误.安培力的方向应和磁感线垂直，D错误.安培定则的应用【例证1】(2011·大纲版全国卷)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【解题指南】解答本题应把握以下三点：(1)直线电流的磁场强弱与距离通电导线远近有关.(2)直线电流的磁场的磁感线方向服从安培定则.(3)磁感应强度是矢量，满足矢量运算法则.【自主解答】选C.空间某点的磁感应强度的大小和方向是两条直线电流各自产生的磁场叠加的结果.距离导线越近的地方，磁场越强.根据安培定则，只有在c点，两条导线电流各自产生的磁场才有可能大小相等，方向相反，叠加后互相抵消，磁感应强度为零.【总结提升】应用安培定则的三点注意：(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】(2012·南通模拟)如图所示,A为一水平旋转的橡胶盘,带有大量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水平放置一通电直导线,电流方向如图.当圆盘高速绕中心轴OO′转动时,通电直导线所受磁场力的方向是()A.竖直向上B.竖直向下C.水平向里D.水平向外【解析】选C.由于带负电的圆盘顺时针方向旋转,形成的等效电流为逆时针方向,所产生的磁场方向竖直向上.由左手定则可判定通电导线所受安培力的方向水平向里.故C正确.安培力的平衡问题【例证2】(多选)(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θ.则磁感应强度方向和大小可能为()A.z正向，tanθ

B.y正向，C.z负向，tanθD.沿悬线向上，sinθ【解题指南】解答本题应把握以下四点：(1)把立体图转化为平面图；(2)根据左手定则确定安培力的方向；(3)受力分析，画出安培力和其他力；(4)根据平衡条件列出平衡方程.【自主解答】选B、C.受力平面图如图.对于A选项，安培力水平向内，三力合力不可能为零，A错误；对于B选项，安培力竖直向上，当安培力BIL=mg时，可以平衡，此时B=，B正确；对于C选项，安培力水平向外，三力平衡时安培力BIL=mgtanθ,此时B=tanθ，C正确；对于D选项，安培力垂直于悬线的方向向内，三力不可能平衡，D错误.【总结提升】解答此题的关键是画出导体受力平面图，根据平衡条件确定安培力方向范围.根据左手定则确定磁场方向范围，最后确定磁感应强度大小.对易错选项及错误原因分析如下：易错角度错误原因易漏选B忽视了当重力和安培力平衡时，悬线拉力可以为零的情况易错选A、D画图不正确，找不出正确的方向范围

【变式训练】(多选)如图所示,通电细杆ab质量为m,置于倾角为θ的导轨上,导轨和杆间不光滑.通有电流时,杆静止在导轨上.如图是四个侧视图,标出了四种匀强磁场的方向,其中摩擦力可能为零的是()【解析】选A、B.要使静摩擦力为零，如果FN=0，必有Ff=0.B中安培力的方向竖直向上，与重力的方向相反，可能使FN=0，B是正确的；如果FN≠0，则通电细杆受除静摩擦力Ff以外的其他力的合力只要为零，那么Ff=0.在A中，通电细杆所受的重力G、支持力FN及安培力F安三力的合力可能为零，则通电细杆所受静摩擦力可能为零.C、D中，从通电细杆所受到的重力G、支持力FN及安培力F安三力的方向分析，合力不可能为零，所以通电细杆所受静摩擦力不可能为零.故正确的选项应为A、B.

【变式备选】一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力.为了使拉力等于零，可()A.适当减小磁感应强度B.使磁场反向C.适当增大电流强度D.使电流反向【解析】选C.根据左手定则，安培力方向竖直向上，故B、D错误；根据悬线有向上的拉力，故应增大安培力，A错误，C正确.【例证】(2012·南京模拟)如图所示，条形磁铁竖直放置，一水平圆环从磁铁上方位置Ⅰ向下运动，到达磁铁上端位置Ⅱ，套在磁铁上到达中部Ⅲ，再到磁铁下端位置Ⅳ，再到下方Ⅴ.磁铁从Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ过程中，穿过圆环的磁通量变化情况是()考查内容磁通量问题的定性分析A.变大，变小，变大，变小B.变大，变大，变小，变小C.变大，不变，不变，变小D.变小，变小，变大，变大【规范解答】选B.从条形磁铁磁感线的分布情况看，穿过圆环的磁通量在位置Ⅲ处最大，所以正确答案为B.熟悉几种常见磁场的磁感线分布图，知道条形磁铁内部的磁感线方向是从S极到N极.1.(2011·新课标全国卷)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】选B.由于地磁场的北极在地球的南极附近，由安培定则可知，安培假设中环形电流方向如B图所示，故A、C、D错，B正确.2.(2012·南京模拟)下列关于电场和磁场的说法中正确的是()A.电场线和磁感线都是封闭曲线B.电场线和磁感线都是不封闭曲线C.通电导线在磁场中一定受到磁场力的作用D.电荷在电场中一定受到电场力的作用【解析】选D.磁感线是封闭曲线,电场线不是封闭曲线,选项A、B均错;当通电导线与磁场方向平行时,不受磁场力的作用,但电荷在电场中一定受到电场力的作用,选项C错误，D正确.3.如图所示为两根互相平行的通电直导线a、b的横截面图，a、b中的电流方向已在图中标出，那么导线a中的电流产生的磁场的磁感线环绕方向及导线b所受的磁场力的方向分别是()A.磁感线顺时针方向，磁场力向左B.磁感线顺时针方向，磁场力向右C.磁感线逆时针方向，磁场力向左D.磁感线逆时针方向，磁场力向右【解析】选B.根据安培定则，a产生的磁场磁感线沿顺时针方向，再根据左手定则，b受磁场力方向向右，故B正确.4.(2012·宿迁模拟)如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是()A.都绕圆柱转动B.以大小不等的加速度相向运动C.以大小相等的加速度相向运动D.以大小相等的加速度背向运