2019版高考物理一輪復習 專題八 磁場 第1講 磁場 磁場對電流的作用課件.ppt

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專題八磁場 第1講 磁場 磁場對電流的作用 考點1 磁場的基本概念 1 磁場 物質 磁體 通電導線 1 定義 存在于磁體 電流和運動電荷周圍空間的一種特 殊形態(tài)的 運動電荷 2 基本特性 磁場對處于其中的 和 有磁場力的作用 北 北 3 方向 在磁場中任一點 小磁針 極受力的方向 即小磁針靜止時 極所指的方向 就是該點的磁場方向 4 磁現(xiàn)象的電本質 磁體的磁場和電流的磁場都是由 產生的 電荷的運動 2 磁感應強度 比值 1 定義 在磁場中垂直于磁場方向的通電導線 所受的安培力F安跟電流I和導線長度L的乘積的 叫做磁感應強度 2 定義式 B F安IL 切線 3 方向 就是磁場的方向 即小磁針靜止時北極所指的方 向 也是過該點的磁感線的 方向 強弱和方向 4 磁感應強度是矢量 可描述磁場的 T 5 單位 特斯拉 簡稱特 國際符號是 1T 1 NA m 3 磁感線 有方向 強弱 切線 1 磁感線是在磁場中畫出的一些 的曲線 2 磁感線的分布可以形象地表示出磁場的強弱和方向 磁感線的密疏表示磁場的 磁感線上某點的 方 向就是該點的磁場方向 閉合 N S S N 3 磁感線是永不相交的 曲線 在磁體外部 從 極指向 極 在磁體內部 由 極指向 極 注意 熟記條形磁體 蹄形磁體 直線電流 環(huán)形電流 通電螺線管的磁感線分布狀況 4 勻強磁場 磁感應強度大小處處 方向處處 的磁場稱為勻強磁場 距離很近的兩個異名磁極之間的磁場 通電螺線管內部的磁場 邊緣部分除外 以及平 行板電容器間的磁場 都可以認為是勻強磁場 相等 相同 考點2 電流的磁效應 磁場對電流的作用 1 電流的磁效應 奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應 即電流周圍存在磁場 可用安培定則 即右手螺旋定則 判斷電流的磁場方向 2 磁場對電流的作用 BIL 0 BILsin 1 安培力的大小 當I B時 90 Fmax 當I B時 0 Fmin 當通電導線方向與磁場方向成 角時 F安 2 特點 不僅與B I L有關 還與夾角 有關 L是 不一定是導線的實際長度 彎曲導線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度 所以任意形狀的閉合線圈的有效長 度L 有效長度 0 3 安培力的方向 安培力的方向既與磁場方向 又與電流的方向 即F總是 B和I所確定的 平面 可以用左手定則來判定 垂直 垂直 垂直 基礎自測 1 多選 2015年新課標 卷 指南針是我國古代四大發(fā)明 之一 關于指南針 下列說法正確的是 A 指南針可以僅具有一個磁極B 指南針能夠指向南北 說明地球具有磁場C 指南針的指向會受到附近鐵塊的干擾D 在指南針正上方附近沿指針方向放置一直導線 導線通電時指南針不偏轉答案 BC 2 2014年新課標 卷 關于通電直導線在勻強磁場中所受 的安培力 下列說法正確的是 A 安培力的方向可以不垂直于直導線B 安培力的方向總是垂直于磁場的方向C 安培力的大小與通電直導線和磁場方向的夾角無關D 將直導線從中點折成直角 安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话氪鸢?B 3 多選 如圖8 1 1所示 兩根平行的長直導線相距2l 通有大小相等 方向相同的恒定電流 a b c是導線所在平面l2 圖8 1 1 處的磁感應強度 下列判斷正確的是 A a處的磁感應強度大小比c處的大B b c兩處的磁感應強度大小相等C a c兩處的磁感應強度方向相同D b處的磁感應強度為零答案 AD 內的三點 左側導線與它們的距離分別為 l和3l 關于這三點 4 2015年新課標 卷 如圖8 1 2所示 一長為10cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中 磁場的磁感應強度大小為0 1T 方向垂直于紙面向里 彈簧上端固定 下端與金屬棒絕緣 金屬棒通過開關與一電動勢為12V的電池相連 電路總電阻為2 已知開關斷開時兩彈簧的伸長量均為0 5cm 閉合開關 系統(tǒng)重新平衡后 兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了0 3cm 重力加速度大小取g 10m s2 判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向 并求出金屬棒的質量 圖8 1 2 解 依題意 開關閉合后 電流方向從b到a 由左手定則可知 金屬棒所受的安培力方向豎直向下 開關斷開時 兩彈簧各自相對于其原長伸長為 l1 0 5cm由胡克定律和力的平衡條件得 2k l1 mg 式中 m為金屬棒的質量 k是彈簧的勁度系數(shù) g是重力加速度的大小開關閉合后 金屬棒所受安培力的大小為 F IBL 式中 I是回路電流 L是金屬棒的長度 兩彈簧各自再伸長了 l2 0 3cm 由胡克定律和力的平衡條件得 2k l1 l2 mg F由歐姆定律有E IR 式中 E是電池的電動勢 R是電路總電阻聯(lián)立 式 并代入題給數(shù)據(jù)得m 0 01kg 熱點1考向1 對磁感應強度B的理解磁感應強度的理解 熱點歸納 1 磁感應強度由磁場本身決定 因此不能根據(jù)定義式B FIL 2 測量磁感應強度時小段通電導線必須垂直于磁場放入 如果平行于磁場放入 則其所受安培力為零 但不能說該點的磁感應強度為零 3 磁感應強度是矢量 其方向為放入其中的小磁針N極的指向 典題1 關于磁感應強度B 下列說法正確的是 A 磁場中某點B的大小 跟放在該點的試探電流元的情況有關B 磁場中某點B的方向 跟放在該點的試探電流元受到磁場力的方向一致C 若在磁場中某點的試探電流元不受磁場力作用 該點B值大小為零D 在磁場中磁感線越密集的地方 磁感應強度越大 感應強度為一恒量 其大小可由B 計算 與試探電流元的F 解析 磁感應強度是磁場本身的屬性 在磁場中某處的磁 F IL I L的情況無關 A錯誤 磁感應強度的方向規(guī)定為小磁針N極所受磁場力的方向 與放在該處的試探電流元受力方向垂直 B錯誤 當試探電流元的方向與磁場方向平行時 試探電流元所受磁場力雖為零 但磁感應強度卻不為零 C錯誤 磁感線的疏密是根據(jù)磁場的強弱畫出的 磁感線越密集的地方 磁感應強度越大 磁感線越稀疏的地方 磁感應強度越小 故D正確 答案 D 考向2 磁感應強度B與電場強度E的比較 典題2 多選 下列說法正確的是 A 電荷在某處不受電場力的作用 則該處電場強度為零B 一小段通電導線在某處不受磁場力作用 則該處磁感應強度一定為零C 表征電場中某點電場的強弱 是用一個檢驗電荷放在該點時所受到的電場力與檢驗電荷本身電荷量的比值D 表征磁場中某點磁場的強弱 是用一小段通電導線放在該點時受到的磁場力與該小段導線長度和電流乘積的比值 解析 電場和磁場有一個明顯的區(qū)別是 電場對放入其中的電荷有力的作用 磁場對通電導線有力的作用的條件是磁場方向不能和電流方向平行 因此A正確 B錯誤 同理根據(jù)電場 直 故D錯誤 答案 AC 熱點2 安培定則的應用與磁場的疊加 熱點歸納 1 電流周圍的磁場 續(xù)表 2 磁場的疊加 磁感應強度是矢量 計算時與力的計算方法相同 利用平 行四邊形定則或正交分解法進行合成與分解 考向1 同一條直線上的磁感應強度的疊加 典題3 多選 3條在同一平面 紙面 內的長直絕緣導線搭成一等邊三角形 在導線中通過的電流均為I 電流方向如圖8 1 3所示 a b和c三點分別位于三角形的3個頂角的平分線上 且到相應頂點的距離相等 將a b和c處的磁感應強度大 小分別記為B1 B2和B3 下列說法正確的是 圖8 1 3 A B1 B2 B3B B1 B2 B3 C a和b處磁場方向垂直于紙面向外 c處磁場方向垂直于 紙面向里 D a處磁場方向垂直于紙面向外 b和c處磁場方向垂直于 紙面向里 解析 本題要明確3條導線中的電流在a b c三點各自產生的磁場的分布情況 要充分利用對稱性進行矢量合成 對于a點 由右手螺旋定則可知 兩傾斜導線在此處產生的磁感應強度大小相等 方向相反 水平導線在此點產生的磁場方向向外 對于b點 斜向右上方的導線與水平導線在此點產生的磁感應強度大小相等 方向相反 斜向左上方的導線在此點產生的磁場方向向外 對于c點 水平導線在此點產生的磁場方向向里 斜向左上方和斜向右上方的導線在此點產生的磁場方向也向里 則c點合磁場方向向里 且有B3 B1 B2 綜上可知A C項正確 答案 AC 考向2 互成角度的磁感應強度的疊加 典題4 2017年新課標 卷 如圖8 1 4所示 在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中 兩長直導線P和Q垂直于紙面固定放置 兩者之間的距離為l 在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時 紙面內與兩導線距離均為l的a點處的磁感應強度為零 如果讓P中的電流反向 其他條件不變 則a點 處磁感應強度的大小為 圖8 1 4 甲 乙 圖D42 答案 C 方法技巧 解決磁感應強度疊加問題的思路和步驟 根據(jù)安培定則確定各導線在某點產生的磁場方向 判斷各分磁場的磁感應強度大小關系 根據(jù)矢量合成法則確定合磁場的大小和方向 熱點3 安培力的分析和計算 熱點歸納 應用安培力的公式F BIL時要注意 1 B與I垂直 2 L是有效長度 公式F ILB中L指的是 有效長度 當B與I垂直時 F最大 為F ILB 當B與I平行時 F 0 彎曲導線的有效長度L等于在垂直磁場平面內的投影兩端點所連線段的長度 如圖8 1 5所示 相應的電流方向沿L由始端流向末端 圖8 1 5 閉合線圈通電后 在勻強磁場中受到的安培力的矢量和 為零 典題5 多選 2017年新課標 卷 如圖8 1 6所示 三根相互平行的固定長直導線L1 L2和L3兩兩等距 均通有電流I L1中電流方向與L2中的相同 與L3中的相反 下列說法正 確的是 圖8 1 6 答案 BC 熱點4考向1 安培力作用的綜合問題通電導線在磁場中的平衡和加速問題 熱點歸納 分析思路 1 選定研究對象 2 變三維為二維 如側視圖 剖面圖或俯視圖等 并畫出平面受力分析圖 其中安培力的方向要注意F安 B F安 I 3 列平衡方程或牛頓第二定律方程進行求解 典題6 多選 2015年廣東廣州模擬 如圖8 1 7所示 質量為m 長度為L的直導線用兩絕緣細線懸掛于O O 并處于勻強磁場中 當導線中通以沿x正方向的電流I 且導線保持靜止時懸線與豎直方向的夾角為 磁感應強度的方向和大 小可能為 圖8 1 7 A z正向 mgIL tan B y正向 mgIL C z負向 mgIL tan D 沿懸線向上 mgIL sin 解析 本題要注意在受力分析時把立體圖變成側視平面圖 然后通過平衡狀態(tài)的受力分析來確定B的方向和大小 若B沿z正向 則從O向O 看 導線受到的安培力F ILB 方向水平向左 如圖8 1 8甲所示 導線無法平衡 A錯誤 若B沿y正向 導線受到的安培力豎直向上 如圖乙所示 當FT 0 且 滿足ILB mg 即B mgIL 時 導線可以平衡 B正確 若B沿 z負向 導線受到的安培力水平向右 如圖丙所示 若滿足 FTsin ILB FTcos mg 即B mgtan IL 導線可以平衡 C 正確 若B沿懸線向上 導線受到的安培力垂直于導線指向左下方 如圖丁所示 導線無法平衡 D錯誤 甲 乙 丙 丁 圖8 1 8答案 BC方法技巧 磁場 電流 安培力的方向涉及三維空間 所以在分析解決有關安培力問題時 要善于分析情景 抓住關鍵點 如本題中的桿恰好靜止 建立正確的物理模型 考向2 安培力做功的特點和實質 熱點歸納 1 安培力做功與路徑有關 不像重力 電場力做功與路徑無關 2 安培力做功的實質是能量轉化 安培力做正功時將電源的能量轉化為導線的動能或其他形式的能 安培力做負功時將其他形式的能轉化為電能后儲存起來或轉化為其他形式的能 典題7 多選 如圖8 1 9甲所示 兩根光滑平行導軌水平放置 間距為L 其間有豎直向下的勻強磁場 磁感應強度為B 垂直于導軌水平對稱放置一根均勻金屬棒 從t 0時刻起 棒上有如圖乙所示的持續(xù)交變電流I 周期為T 最大值為Im 乙 圖甲中I所示方向為電流正方向 則金屬棒 甲圖8 1 9 A 一直向右移動 B 速度隨時間周期性變化 C 受到的安培力隨時間周期性變化D 受到的安培力在一個周期內做正功 解析 由左手定則可知 金屬棒一開始向右做勻加速運動 當電流反向以后 金屬棒開始做勻減速運動 經過一個周期速度變?yōu)? 然后重復上述運動 所以選項A B正確 安培力F BIL 由圖象可知前半個周期安培力水平向右 后半個周期安培力水平向左 不斷重復 選項C正確 一個周期內 金屬棒初 末速度相同 由動能定理可知安培力在一個周期內不做功 選項D錯誤 答案 ABC 熱點5 安培力作用下導體運動的特殊判斷方法 熱點歸納 五種常用判定方法 續(xù)表 典題8 一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置 且兩個線圈的圓心重合 如圖8 1 10所示 當兩線圈中通以圖示方向的電流時 從左向右看 線圈L1 將 圖8 1 10 A 不動C 逆時針轉動 B 順時針轉動D 在紙面內平動 解析 方法一 電流元法 把線圈L1沿水平轉動軸分成上 下兩部分 每一部分又可以看成無數(shù)段直線電流元 電流元處在L2產生的磁場中 根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場方向向上 由左手定則可得 上半部分電流元所受安培力均指向紙外 下半部分電流元所受安培力均指向紙內 因此從左向右看線圈L1將順時針轉動 方法二 等效法 把線圈L1等效為小磁針 該小磁針剛好 處于環(huán)形電流I2的中心 小磁針的N極應指向該點環(huán)形電流I2的磁場方向 由安培定則知I2產生的磁場方向在其中心處豎直向上 而L1等效成小磁針后 轉動前 N極指向紙內 因此小磁針的N極應由指向紙內轉為向上 所以從左向右看 線圈L1將順時針轉動 方法三 結論法 環(huán)形電流I1 I2之間不平行 則必有相對 轉動 直到兩環(huán)形電流同向平行為止 據(jù)此可得 從左向右看 線圈L1將順時針轉動 答案 B 遷移拓展 如圖8 1 11所示 把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近 磁鐵的軸線穿過線圈的圓心 且垂直于線圈平面 當線圈中通入如圖所示方向的電流后 線圈的運動 情況是 圖8 1 11 A 線圈向左運動C 從上往下看順時針轉動 B 線圈向右運動D 從上往下看逆時針轉動 解析 方法一 電流元法 首先將圓形線圈分成很多小段 每一段可看作一直線電流 取其上 下兩小段分析 其截面圖和所受安培力情況如圖D43甲所示 根據(jù)對稱性可知 線圈所受安培力的合力水平向左 故線圈向左運動 甲 乙 圖D43 方法二 等效法 將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵 如圖乙所示 根據(jù)異名磁極相互吸引知 線圈將向左運動 故選A 也可將左側條形磁鐵等效成一環(huán)形電流 根據(jù)結論 同向電流相吸引 異向電流相排斥 也可判斷出線圈向左運動 選項A正確 答案 A