（安徽適用）高考物理一輪復(fù)習(xí)要點提示 第8講 磁場及其描述 磁場對電流的作用課件.ppt

第八章磁場 一 磁場及其描述1 定義 磁場是磁體 電流周圍存在的一種特殊物質(zhì) 2 方向 磁場中任一點小磁針n極所受的方向為該點的磁場方向 3 磁場的基本性質(zhì) 磁場對放入其中的磁體 電流和運動電荷都有磁場力的作用 4 磁感應(yīng)強度 1 物理意義 描述的物理量 2 方向 小磁針時n極所指的指向 磁場力 磁場強弱 靜止 5 磁感線 在磁場中人為地畫出一系列曲線 使曲線上每一點的切線方向都跟這點的的方向一致 這樣的曲線就叫做磁感線 磁感線的疏密程度表示磁場的 二 幾種常見的磁場1 條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場 如圖所示 特斯拉 磁感應(yīng)強度 強弱 2 地磁場地球的磁場與條形磁鐵的磁場相似 其主要特點有三個 1 地磁場的在地理南極附近 在地理北極附近 2 地磁場b的水平分量 bx 總是從地理指向 而豎直分量 by 則南 北半球相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 3 在赤道平面上 距離地球表面高度相等的各點 磁感強弱相同 且方向水平向北 n極 s極 南極 北極 3 幾種電流周圍的磁場分布 4 勻強磁場 1 定義 處處相同的磁場 2 磁感線特點 勻強磁場的磁感線為間隔相同的平行直線 如圖所示 3 常見例子 距離很近的兩個異名磁極之間的磁場 邊緣部分除外 相隔一定距離的兩個平行放置的通電線圈中間區(qū)域的磁場 5 磁通量 1 公式 2 單位 韋伯 韋 符號 wb 1wb 1t m2 3 適用條件 勻強磁場 s是垂直磁場并在磁場中的有效面積 強弱 方向 bs 三 安培力的大小和方向1 安培力的大小 如圖所示 1 f 2 磁場和電流垂直時 f 3 磁場和電流平行時 f 0 2 安培力的方向 1 用左手定則判定 伸開左手 使拇指與其余四個手指垂直 并且都與手掌在同一個平面內(nèi) 讓磁感線從掌心進入 并使四指指向的方向 這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受的方向 2 安培力的方向特點 f b f i 即f垂直于決定的平面 安培力的方向垂直于磁感應(yīng)強度b和電流i所決定的平面 但磁感應(yīng)強度與電流不一定垂直 bilsin bil 電流 安培力 b i 四 磁電式電流表1 基本組成部分 磁鐵和放在磁鐵兩極之間的 2 工作原理如右圖所示 磁場的方向總沿著均勻輻射地分布 在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強度的大小總是的 保證b的大小不發(fā)生變化 且安培力的方向與線圈垂直 當電流通過線圈時 導(dǎo)線受到安培力的作用 線圈轉(zhuǎn)動 螺旋彈簧變形 反抗線圈的轉(zhuǎn)動 電流越大 安培力就 螺旋彈簧的形變也就 i與指針偏角 成正比 表盤刻度均勻 所以 從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小 3 優(yōu) 缺點 優(yōu)點是精確度高 能測出很弱的電流 缺點是線圈的導(dǎo)線很細 允許通過的電流很弱 線圈 半徑方向 相等 越大 越大 1 關(guān)于磁感應(yīng)強度b 下列說法中正確的是 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(guān)b 磁場中某點b的方向 跟放在該點的試探電流元所受磁場力方向一致c 在磁場中某點的試探電流元不受磁場力作用時 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(yīng)強度越大解析 磁感應(yīng)強度是由磁場本身決定的 與試探電流元的情況無關(guān) a錯 電流元所受磁場力方向與磁感應(yīng)強度b的方向垂直 b錯 當磁場與電流平行時 安培力等于零 c錯 磁感線的疏密程度表示磁場的強弱 磁場中磁感線越密集的地方 磁感應(yīng)強度越大 d正確 故選d 答案 d 2 2012年滁州模擬 如圖所示 環(huán)形金屬軟彈簧套在條形磁鐵的中心位置 若將彈簧沿半徑向外拉 使其面積增大 則穿過彈簧所包圍面積的磁通量將 a 增大b 減小c 不變d 無法確定如何變化解析 穿過彈簧所圍面積的磁通量應(yīng)為總磁通量 磁鐵內(nèi)部由s極指向n極的磁通量不變 而其外部由n極指向s極的磁通量隨面積的增大而增大 故總磁通量減小 選b 答案 b 3 一根容易形變的彈性導(dǎo)線 兩端固定 導(dǎo)線中通有電流 方向如下圖中箭頭所示 當沒有磁場時 導(dǎo)線呈直線狀態(tài) 當分別加上方向豎直向上 水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時 描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是 解析 電流與磁場平行放置時不受磁場力 選項a錯誤 電流與磁場垂直放置時 由左手定則知選項d正確 答案 d 4 如圖所示 pq和mn為水平 平行放置的金屬導(dǎo)軌 相距1m 導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上 棒的質(zhì)量為m 0 2kg 棒的中點用細繩經(jīng)滑輪與物體相連 物體的質(zhì)量m 0 3kg 棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為 0 5 勻強磁場的磁感應(yīng)強度b 2t 方向豎直向下 為了使物體勻速上升 應(yīng)在棒中通入多大的電流 方向如何 g取10m s2 解析 導(dǎo)體棒ab受力如右圖所示 由平衡條件 fn mg bil ff mg 0 又ff fn 聯(lián)立 可得i 2a 由左手定則知電流方向由a b 答案 2aa b 對磁感應(yīng)強度的理解 1 磁感應(yīng)強度是反映磁場性質(zhì)的物理量 是用比值法定義的 2 勻強磁場 磁感應(yīng)強度處處相同 磁感線是一組平行且等間距的直線 3 磁感應(yīng)強度b與電場強度e的比較 1 電場強度的方向與電荷的受力方向相同或相反 而磁感應(yīng)強度的方向與電流元受安培力方向垂直 滿足左手定則 2 電荷在電場中一定受到電場力的作用 而電流在磁場中如果電流方向與磁場方向平行 則不受安培力的作用 例1 如圖所示 在a b c三處垂直于紙面放置三根長直通電導(dǎo)線 電流大小相等 a b c是等邊三角形的三個頂點 a處電流在三角形中心o點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為b 求o處的磁感應(yīng)強度 思路點撥 首先求出a b c三根導(dǎo)線電流在o處各自形成的磁場的磁感應(yīng)強度的大小和方向 然后利用平行四邊形定則進行合成 自主解答 由于oa ob oc 所以在各電流等大的前提下 各處的電流在o點的磁感應(yīng)強度大小也都為b 根據(jù)安培定則 各電流在o處的磁感應(yīng)強度應(yīng)垂直于各點和o的連線 如圖所示 由圖中幾何關(guān)系知ba與bb夾角為120 所以根據(jù)平行四邊形定則 a b在o處的合磁感應(yīng)強度為b 方向水平向右 所以o處的總磁感應(yīng)強度大小為2b 方向平行ab連線向右 答案 2b 方向平行ab連線向右 答案 d 對磁通量的理解 1 b s的含義 bs只適用于磁感應(yīng)強度b與面積s垂直的情況 當s與垂直于b的平面間的夾角為 時 則有 bscos 可理解為 b scos 即 等于b與s在垂直于b方向上分量的乘積 也可理解為 bcos s 即 等于b在垂直于s方向上的分量與s的乘積 如圖甲所示 2 面積s的含義s不一定是某個線圈的真正面積 而是線圈在磁場范圍內(nèi)的面積 如圖乙所示 s應(yīng)為線圈面積的一半 3 多匝線圈的磁通量多匝線圈內(nèi)磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān) 因為不論線圈匝數(shù)多少 穿過線圈的磁感線條數(shù)相同 而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大小 4 合磁通量求法若某個平面內(nèi)有不同方向和強弱的磁場共同存在 當計算穿過這個面的磁通量時 先規(guī)定某個方向的磁通量為正 反方向的磁通量為負 平面內(nèi)各個方向的磁通量的代數(shù)和等于這個平面內(nèi)的合磁通量 1 磁通量是標量 其正 負值僅表示磁感線是正向還是反向穿過線圈平面 2 同一線圈平面 如果正向穿過平面的磁感線條數(shù)與反向穿過平面的條數(shù)一樣多 則 0 例2 如圖 矩形線圈有n匝 面積大小為s 放在水平面內(nèi) 加一個豎直向下的范圍較大的勻強磁場 磁感應(yīng)強度為b 則穿過平面的磁通量是多少 若使線圈繞ab邊轉(zhuǎn)過60 則穿過線圈平面的磁通量是多少 若線圈繞ab邊轉(zhuǎn)過180 則穿過線圈的磁通量改變了多少 思路點撥 解決此題應(yīng)把握以下兩點 1 明確磁感線方向與線圈平面的角度關(guān)系 2 求解磁通量變化時應(yīng)考慮磁感線正穿和反穿的情況 2 如圖有一正方形線圈邊長為10cm 與水平面夾角為37 勻強磁場豎直向下 已知通過線圈平面的磁通量為0 04wb 則勻強磁場的磁感應(yīng)強度b為多少 如果線圈的匝數(shù)變?yōu)樵瓉淼膎倍 則其磁通量變?yōu)槎嗌?為什么 答案 5t0 04wb原因見解析 通電導(dǎo)體在安培力作用下運動的判斷 判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢 首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況 然后利用左手定則準確判定導(dǎo)體的受力情況 進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向 現(xiàn)對五種常用的方法列表如下 1 在應(yīng)用左手定則判定安培力方向時 磁感線方向不一定垂直于電流方向 但安培力方向一定與磁場方向和電流方向垂直 即大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面 2 有時導(dǎo)體在安培力作用下會出現(xiàn)平動和轉(zhuǎn)動 這時可以應(yīng)用特殊位置法 例3 如圖所示 把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方 導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動 當導(dǎo)線通入圖示方向電流i時 導(dǎo)線的運動情況是 從上往下看 a 順時針方向轉(zhuǎn)動 同時下降b 順時針方向轉(zhuǎn)動 同時上升c 逆時針方向轉(zhuǎn)動 同時下降d 逆時針方向轉(zhuǎn)動 同時上升 思路點撥 首先明確常見磁場的磁感線分布情況 然后取 電流元 用左手定則判定其受力方向 特別注意電流旋轉(zhuǎn)后 有了垂直于紙面的分量而導(dǎo)致向下受力 自主解答 1 電流元法 如圖所示 把直線電流等效為ao o o ob三段 o o段極短 電流元 由于o o段電流方向與該處磁場方向平行 所以不受安培力作用 ao 段電流元所在處的磁場方向傾斜向上 根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外 ob段電流元所在處的磁場方向傾斜向下 同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里 綜上可知導(dǎo)線將以oo 段為軸順時針轉(zhuǎn)動 俯視 2 特殊位置法 把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90 的特殊位置來分析 根據(jù)左手定則判得安培力方向向下 故導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動 綜上所述 選項a正確 答案 a 3 將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細線吊起來 在其附近放一條形磁鐵 磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個平面內(nèi) 且通過圓環(huán)中心 如圖所示 當圓環(huán)中通以順時針方向的電流時 從上往下看a 圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動 靠近磁鐵b 圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動 遠離磁鐵c 圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動 靠近磁鐵d 圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動 遠離磁鐵解析 該通電圓環(huán)相當于一個垂直于紙面的小磁針 n極在內(nèi) s極在外 根據(jù)同極相互排斥 異極相互吸引 可得c項正確 答案 c 與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問題 1 安培力的大小安培力常用公式f bil 要求兩兩垂直 應(yīng)用時要滿足 1 b與l垂直 2 l是有效長度 即垂直磁感應(yīng)強度方向的長度 如彎曲導(dǎo)線的有效長度l等于兩端點所連直線的長度 如圖所示 相應(yīng)的電流方向沿l由始端流向末端 因為任意形狀的閉合線圈 其有效長度為零 所以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 涉及安培力的運動問題 用動能定理或能量守恒定律有時會比較方便 思路點撥 先根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電流i 進而求出安培力 當f安 mgsin 時 ff靜沿導(dǎo)軌向下 當f安 mgsin 時 ff靜沿導(dǎo)軌向上 最后由力的平衡條件列式求解 自主解答 金屬棒受到四個力作用 重力mg 垂直框面向上的支持力fn 沿框面向上的安培力f安 沿框面的靜摩擦力ff靜 金屬棒靜止在框架上時 ff靜的方向可能沿框面向上 也可能向下 需分兩種情況考慮 當變阻器r取值較大時 i較小 安培力f安較小 在金屬棒重力分力mgsin 作用下棒有沿框架下滑的趨勢 框架對棒的摩擦力沿框面向上 受力如圖所示 金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件 答案 1 4 r 8 2 4 如圖所示 在傾角為37 的光滑斜面上有一根長為0 4m 質(zhì)量為6 10 2kg的通電直導(dǎo)線 電流強度i 1a 方向垂直于紙面向外 導(dǎo)線用平行于斜面的輕繩拴住不動 整個裝置放在磁感應(yīng)強度每秒增加0 4t 方向豎直向上的磁場中 設(shè)t 0時 b 0 則需要多長時間 斜面對導(dǎo)線的支持力為零 g取10m s2 答案 5s 1 2012年淮北模擬 如圖 長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等 夾角為60 的v形 并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中 磁感應(yīng)強度為b 當在該導(dǎo)線中通以電流強度為i的電流時 該v形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為 a 0b 0 5bilc bild 2bil解析 v形導(dǎo)線通入電流i時每條邊受到的安培力大小均為bil 方向分別垂直于導(dǎo)線斜向上 再由平行四邊形定則可得其合力f bil 答案為c 答案 c 2 2011年高考課標全國卷 為了解釋地球的磁性 19世紀安培假設(shè) 地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流i引起的 在下列四個圖中 正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是 解析 地磁場的n極在地球南極附近 地磁場的s極在地球北極附近 根據(jù)安培定則 可判定電流方向為順時針方向 站在地球的北極向下看 選項b正確 選項a c d錯誤 答案 b 3 2011年高考大綱全國卷 如圖 兩根相互平行的長直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流i1和i2 且i1 i2 a b c d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點 且a b c與兩導(dǎo)線共面 b點在兩導(dǎo)線之間 b d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直 磁感應(yīng)強度可能為零的點是 a a點b b點c c點d d點解析 由于i1 i2 且離導(dǎo)線越遠產(chǎn)生的磁場越弱 在a點i1產(chǎn)生的磁場比i2產(chǎn)生的磁場要強 a錯 同理 c對 i1與i2在b點產(chǎn)生的磁場方向相同 合成后不可