高三物理一輪復(fù)習(xí)課件：81磁場及其對電流的作用

第1講磁場及其對電流的作用考點(diǎn)1磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量1.磁場磁體與磁體之間，磁體與_________之間，以及通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用是通過_____發(fā)生的通電導(dǎo)體磁場2.磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場的_____和_____.(2)定義式：B=(通電導(dǎo)體垂直于磁場).磁場中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,在數(shù)值上等于穿過垂直于磁感線的單位面積的磁感線的條數(shù).(3)方向：小磁針_____時(shí)N極的指向.(4)單位:1T=1N/A·m.強(qiáng)弱方向靜止3.磁通量(1)概念：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，與磁場方向_____的面積S和B的乘積.(2)公式：Φ=____.(3)單位：1Wb=________.(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一個(gè)定義式:單位是Wb/m2,1Wb/m2=1T,B又稱為_________.垂直BS1T·m2磁通密度1.磁感應(yīng)強(qiáng)度概念的理解(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度是用比值法定義的,其大小由磁場本身的性質(zhì)決定,與放入的直導(dǎo)線的電流I的大小、導(dǎo)線長度L的大小無關(guān).故不能根據(jù)就說B與F成正比，與IL成反比.(2)由定義式計(jì)算B時(shí),通電導(dǎo)線必須垂直于磁場;若通電導(dǎo)線平行放入磁場,則不受安培力,但不能說該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零.2.磁通量概念的理解(1)Φ=BS⊥,S⊥=Scosθ其中S⊥為S在垂直于B方向上的分量，如圖甲所示.(2)面積S的含義：S不一定是某個(gè)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?yàn)椴徽摼€圈匝數(shù)多少,穿過線圈的磁感線條數(shù)相同.(4)合磁通量求法：若某個(gè)平面內(nèi)有不同方向的磁場共同存在,當(dāng)計(jì)算穿過這個(gè)面的磁通量時(shí),先規(guī)定某個(gè)方向的磁通量為正,反方向的磁通量為負(fù)，平面內(nèi)各個(gè)方向的磁通量的代數(shù)和等于這個(gè)平面內(nèi)的合磁通量.下列說法中正確的是()A.電荷在某處不受到電場力的作用，則該處的電場強(qiáng)度可能不為零B.一小段通電導(dǎo)線在某處不受到磁場力的作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C.把一個(gè)試探電荷放在電場中的某點(diǎn)，它受到的電場力與所帶電荷量的比值表示該點(diǎn)電場的強(qiáng)弱D.把一小段通電導(dǎo)線放在磁場中某處，它受到的磁場力與該小段通電導(dǎo)線的長度和電流的乘積的比值表示該處磁場的強(qiáng)弱【解析】選C.把電荷放入電場某處，如果電荷沒有受到電場力的作用，則該處不存在電場或該處的電場強(qiáng)度為零，故A錯(cuò)；把通電直導(dǎo)線放入某處，如果放置不合適，即使有磁場存在，通電直導(dǎo)線也不受磁場力的作用，故B錯(cuò)；由電場強(qiáng)度的定義式知，電場強(qiáng)度等于試探電荷受到電場力F與所帶電量q的比值，故C對；磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式的成立是有條件的，即通電導(dǎo)線與磁場方向垂直，否則該定義式不成立，故D錯(cuò).

1.磁感線:在磁場中畫出一些有方向的曲線，使曲線上各點(diǎn)的_____方向跟該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致考點(diǎn)2磁感線和電流的磁場切線2.電流的磁場(1)奧斯特實(shí)驗(yàn)：奧斯特實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電流可以產(chǎn)生磁場，首次揭示了_______的聯(lián)系.(2)安培定則.①通電直導(dǎo)線用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟的_____方向一致，彎曲的四指所指的方向就是_______的環(huán)繞方向.②通電螺線管讓右手彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，_______所指的方向就是環(huán)形電流中軸線上的磁感線的方向或螺線管內(nèi)部磁感線的方向.電與磁電流磁感線大拇指1.磁體的磁場和地磁場2.電流的磁場通電直導(dǎo)線

安培定則立體圖

橫截面圖通電螺線管環(huán)形電流19世紀(jì)20年代，以塞貝克(數(shù)學(xué)家)為代表的科學(xué)家已認(rèn)識(shí)到：溫度差會(huì)引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差，從而提出如下假設(shè)：地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的.則該假設(shè)中的電流方向是(注：磁子午線是地球磁場N極與S極在地球表面的連線)()A.由西向東垂直磁子午線B.由東向西垂直磁子午線C.由南向北沿磁子午線D.由赤道向兩極沿磁子午線【解析】選B.如圖所示，考慮地球的自轉(zhuǎn)方向，利用安培定則可以判定磁場是由東向西的環(huán)形電流產(chǎn)生的，故B正確.

1.安培力的方向(1)左手定則：伸開左手，讓拇指與其余四指_____，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi).讓磁感線垂直掌心進(jìn)入，并使四指指向_____方向，這時(shí)_____所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向.(2)兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力：同向電流互相_____，異向電流互相_____.考點(diǎn)3磁場對電流的作用——安培力垂直電流拇指吸引排斥2.安培力的大小當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時(shí)，F(xiàn)＝________，這是一般情況下的安培力的表達(dá)式，以下是兩種特殊情況：(1)當(dāng)磁場與電流時(shí)_____，安培力最大，F(xiàn)max＝BIL.(2)當(dāng)磁場與電流時(shí)_____，安培力等于零.BILsinθ垂直平行1.安培力公式的應(yīng)用安培力常用公式F=BIL，應(yīng)用時(shí)要滿足：(1)B與L垂直；(2)L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長度；如彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點(diǎn)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.因此任意形狀的閉合線圈，其有效長度為零，受到的安培力的矢量和為零.2.通電導(dǎo)線在安培力作用下的平衡和加速運(yùn)動(dòng)的分析方法(1)確定研究對象,對研究對象進(jìn)行受力分析.(2)畫出受力平面圖.(3)依據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程.在圖中，標(biāo)出磁場B的方向，通電直導(dǎo)線中電流I的方向，以及通電直導(dǎo)線所受磁場力F的方向，其中正確的是()【解析】選C.根據(jù)左手定則，A錯(cuò)誤，C正確.電流與磁感線平行時(shí)，通電直導(dǎo)線不受安培力，B錯(cuò)誤.安培力的方向應(yīng)和磁感線垂直，D錯(cuò)誤.

安培定則的應(yīng)用【例證1】(2011·大綱版全國卷)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(diǎn)，且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點(diǎn)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(qiáng)度可能為零的點(diǎn)是()A.a點(diǎn)B.b點(diǎn)C.c點(diǎn)D.d點(diǎn)【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)直線電流的磁場強(qiáng)弱與距離通電導(dǎo)線遠(yuǎn)近有關(guān).(2)直線電流的磁場的磁感線方向服從安培定則.(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，滿足矢量運(yùn)算法則.【自主解答】選C.空間某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是兩條直線電流各自產(chǎn)生的磁場疊加的結(jié)果.距離導(dǎo)線越近的地方，磁場越強(qiáng).根據(jù)安培定則，只有在c點(diǎn)，兩條導(dǎo)線電流各自產(chǎn)生的磁場才有可能大小相等，方向相反，疊加后互相抵消，磁感應(yīng)強(qiáng)度為零.【總結(jié)提升】本題考查磁場的疊加和安培定則的應(yīng)用，解決此類問題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)根據(jù)安培定則確定通電導(dǎo)線周圍磁感線的方向.(2)磁場中每一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感線的切線方向.(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，多個(gè)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場疊加時(shí)，合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場源單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和.

【變式訓(xùn)練】(2012·海淀區(qū)模擬)有兩根長直導(dǎo)線a、b互相平行放置，如圖所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖.在圖中所示的平面內(nèi)，O點(diǎn)為兩根導(dǎo)線連線的中點(diǎn)，M、N為兩導(dǎo)線附近的兩點(diǎn)，它們在兩導(dǎo)線連線的中垂線上，且與O點(diǎn)的距離相等.若兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向相同的恒定電流I，則關(guān)于線段MN上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中正確的是()A.M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同B.M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反C.在線段MN上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都不可能為零D.在線段MN上有三點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零【解析】選B.根據(jù)安培定則和磁場的疊加原理，M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反，選項(xiàng)A錯(cuò),B對；在線段MN上只有在O點(diǎn)處，a、b兩直導(dǎo)線電流形成的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等大反向，即只有O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，選項(xiàng)C、D錯(cuò).安培力的平衡問題【例證2】如圖，質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O′，并處于勻強(qiáng)磁場中.當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時(shí)，懸線與豎直方向夾角為θ.則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為()A.z正向，tanθB.y正向，C.x負(fù)向，tanθD.沿懸線向上，sinθ【解題指南】解答本題應(yīng)把握以下四點(diǎn)：(1)把立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖；(2)根據(jù)左手定則確定安培力的方向；(3)受力分析，畫出安培力和其他力；(4)根據(jù)平衡條件列出平衡方程.【自主解答】選B.受力平面圖如圖.對于A選項(xiàng)，安培力水平向內(nèi)，三力合力不可能為零，A錯(cuò)誤；對于B選項(xiàng)，安培力豎直向上，當(dāng)安培力BIL=mg時(shí)，可以平衡，此時(shí)B正確；對于C選項(xiàng)，安培力為零，不可能平衡，C錯(cuò)；對于D選項(xiàng)，安培力垂直于懸線的方向向內(nèi)，三力不可能平衡，D錯(cuò)誤.

【總結(jié)提升】解答此題的關(guān)鍵是畫出導(dǎo)體受力平面圖，根據(jù)平衡條件確定安培力方向范圍.根據(jù)左手定則確定磁場方向范圍，最后確定磁感應(yīng)強(qiáng)度大小.對易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因分析如下：

易錯(cuò)角度錯(cuò)誤原因易錯(cuò)選A、D畫圖不正確，找不出正確的方向范圍【變式訓(xùn)練】如圖所示,通電細(xì)桿ab的質(zhì)量為m,置于傾角為θ的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌和桿間不光滑.通有電流時(shí),桿靜止在導(dǎo)軌上.如圖是四個(gè)側(cè)視圖,標(biāo)出了四種勻強(qiáng)磁場的方向,其中摩擦力可能為零的是()

【解析】選A.如果N≠0，則通電細(xì)桿受除靜摩擦力f以外的其他力的合力只要為零，那么f=0.在A中，通電細(xì)桿所受的重力G、支持力N及安培力F安三力的合力可能為零，則通電細(xì)桿所受靜摩擦力可能為零.B、C、D中，從通電細(xì)桿所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力的方向分析，合力不可能為零，所以通電細(xì)桿所受靜摩擦力不可能為零.故正確的選項(xiàng)應(yīng)為A.

【變式備選】一根有質(zhì)量的金屬棒MN，兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸掛于a、b兩點(diǎn)，棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，棒中通有電流，方向從M流向N，此時(shí)懸線上有拉力.為了使拉力等于零，可()A.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B.使磁場反向C.適當(dāng)增大電流強(qiáng)度D.使電流反向【解析】選C.根據(jù)左手定則，安培力方向豎直向上，故B、D錯(cuò)誤；根據(jù)懸線有向上的拉力，故應(yīng)增大安培力，A錯(cuò)誤，C正確.

考查內(nèi)容磁通量問題的定性分析【例證】(2012·南京模擬)如圖所示，條形磁鐵豎直放置，一水平圓環(huán)從磁鐵上方位置Ⅰ向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)磁鐵上端位置Ⅱ，套在磁鐵上到達(dá)中部Ⅲ，再到磁鐵下端位置Ⅳ，再到下方Ⅴ.磁鐵從Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ過程中，穿過圓環(huán)的磁通量變化情況是()A.變大，變小，變大，變小B.變大，變大，變小，變小C.變大，不變，不變，變小D.變小，變小，變大，變大【規(guī)范解答】選B.從條形磁鐵磁感線的分布情況看，穿過圓環(huán)的磁通量在位置Ⅲ處最大，所以正確答案為B.熟悉幾種常見磁場的磁感線分布圖，知道條形磁鐵內(nèi)部的磁感線方向是從S極到N極.1.(2011·新課標(biāo)全國卷)為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)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(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是()【解析】選B.由于地磁場的北極在地球的南極附近，由安培定則可知，安培假設(shè)中環(huán)形電流方向如B圖所示，故A、C、D錯(cuò)，B正確.

2.(2012·福州模擬)通電螺線管內(nèi)有一在磁場力作用下處于靜止的小磁針，磁針指向如圖所示，則()A.螺線管的P端為N極，a接電源的正極B.螺線管的P端為N極，a接電源的負(fù)極C.螺線管的P端為S極，a接電源的正極D.螺線管的P端為S極，a接電源的負(fù)極【解析】選B.小磁針N極指向螺線管內(nèi)部磁感線的方向，故P端為N極，再根據(jù)安培定則，電流方向從b向a，故a接電源負(fù)極，故選B.3.如圖所示為兩根互相平行的通電直導(dǎo)線a、b的橫截面圖，a、b中的電流方向已在圖中標(biāo)出，那么導(dǎo)線a中的電流產(chǎn)生的磁場的磁感線環(huán)繞方向及導(dǎo)線b所受的磁場力的方向分別是()A.磁感線順時(shí)針方向，磁場力向左B.磁感線順時(shí)針方向，磁場力向右C.磁感線逆時(shí)針方向，磁場力向左D.磁感線逆時(shí)針方向，磁場力向右【解析】選B.根據(jù)安培定則，a產(chǎn)生的磁場磁感線沿順時(shí)針方向，再根據(jù)左手定則，b受磁場力方向向右，故B正確.4.如圖所示，兩根間距為d的平行光滑金屬導(dǎo)軌間接有電源，電動(dòng)勢為E，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=30°.金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌與金屬桿接觸良好，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上時(shí)，金屬桿ab剛好處于靜止?fàn)顟B(tài).要使金屬桿能沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，可以采取的措施是()A.減小磁感應(yīng)強(qiáng)度BB.調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流增大C.增大導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θD.將電源正負(fù)極對調(diào)使金屬桿中的電流方向改變【解析】選B.對金屬桿受力