2011高考物理专题复习课件大全：磁场对电流的作用.ppt

磁场对电流的作用 要点 疑点 考点 课 前 热 身 能力 思维 方法 延伸 拓展 要点 疑点 考点 一、安培力 1.安培力：通电导线在磁场中受到的 作用力叫安培力 . 【 说明 】 磁场对通电导线中定向移动 的电荷有力的作用，磁场对这些定向移动 电荷作用力的宏观表现即为安培力 . 要点 疑点 考点 2.安培力的计算公式： F=BILsin；通电导 线与磁场方向垂直时，即 = 900，此时安培力 有最大值；通电导线与磁场方向平行时，即 =00， 此时安培力有最小值， Fmin=0N； 0 90 时，安培力 F介于 0和最大值之间 . 要点 疑点 考点 3.安培力公式的适用条件； 一般只适用于匀强磁场；导线垂直于磁场； L为导线的有效长度，即导线两端点所连直 线的长度，相应的电流方向沿 L由始端流向末端； 如图 11-2-1所示，几种有学长度； 图 11-2-1 要点 疑点 考点 安培力的作用点为磁场中通电导体的 几何中心； 根据力的相互作用原理，如果是磁体 对通电导体有力的作用，则通电导体对磁体 有反作用力 . 【 说明 】 安培力的计算只限于导线与 B垂 直和平行的两种情况 . 要点 疑点 考点 二、左手定则 1.通电导线所受的安培力方向和磁场 B的方向、 电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定 . 2.用左手定则判定安培力方向的方法：伸开左 手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平 面内，让磁感线垂直穿入手心，并使四指指向电流 方向，这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面 垂直，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力 的方向 . 要点 疑点 考点 3.安培力 F的方向既与磁场方向垂直，又与通 电导线方向垂直，即 F总是垂直于磁场与导线所决 定的平面 .但 B与 I的方向不一定垂直 . 4.安培力 F、磁感应强度 B、电流 I三者的关系 已知 I、 B的方向，可惟一确定 F的方向； 已知 F、 B的方向，且导线的位置确定时，可 惟一确定 I的方向； 已知 F、 I的方向时，磁感应强度 B的方向不 能惟一确定 . 课 前 热 身 1.下列关于通电直导线在匀强磁场中受安培力 的说法，正确的有 (AB) A.安培力的方向与磁场方向垂直，同时又与电 流方向垂直 B.若某段导线在磁场中取某一方向时受到的磁 场力最大，此时导线必与磁场方向垂直 C.若导线受到的磁场力为 0，导线所在处的磁 感应强度必为 0 D.安培力的大小只跟磁场的强弱和电流有关 课 前 热 身 2.一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图 11-2-2所示的匀强强场中，此时悬线中的张力大 小小于铜棒的重力，欲使悬线中张力变为 0，可 采用的方法是 (AC) 图 11-2-2 课 前 热 身 A.保持原磁场不变，适当增大电流且方 向不变 B.使电流反向，并适当减弱磁场 C.电流大小、方向不变，适当增强磁场 D.使磁场反向，适当增大电流并反向 课 前 热 身 3.画出图 11-2-3中通电导线棒 ab所受的各个 力的方向 (在方框中画 ).若导线长为 L，通过电流 为 I，磁感应强度为 B，写出安培力的大小 (摩擦 不计 ). 图 11-2-3 课 前 热 身 4.如图 11-2-4所示，给一根松弛的导体线圈中 通上电流，线圈将会 (A) A.纵向收缩，径向膨胀 B.纵向伸长，径向膨胀 C.纵向伸长，径向收缩 D.纵向收缩，径向收缩 能力 思维 方法 【 例 1】 关于磁感应强度的概念，以下说法中正 确的有 (B) A.电流元 IL在磁场中受力为 F，则磁感应强度 B一定等于 F/IL B.电流元 IL在磁场中受力为 F，则磁感应强度 B 可能大于或等于 F/IL C.磁场中电流元受力大的地方，磁感应强度一 定大 D.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 能力 思维 方法 【 解析 】 对于 B=F/IL来说，该公式仅是定义式， 并不是决定式，磁感应强度 B的大小和方向是由磁 场决定的，与电流的大小和方向，甚至于有无电流 均无关 .其次它有其适用条件，即在匀强磁场中， 电流的方向与磁场垂直时，该公式才适用，在此种 情况下，安培力、磁感应强度、电流三者的方向是 两两垂直的，且此时安培力 F也为定值电流在某匀 强磁场中所受的最大值，否则应当以 B=F/ILsina来 计算 .故答案为 B项 . 能力 思维 方法 【 解题回顾 】 此类问题的关键并不是 安培力的大小和方向的确定，而是对物体 的受力分析和运动分析，并结合动力学知 识综合考虑，将看似电学的问题转化为力 学问题 . 能力 思维 方法 【 例 2】 如图 11-2-5(a)，相距 20cm的两根光滑 平行铜导轨，导轨平面倾角为 a=370，上面放着质量 为 80g的金属杆 ab，整个装置放在 B=0.2T的匀强磁场 中 . (1)若磁场方向竖直向下， 要使金属杆静止在导轨上， 必须通以多大的电流 . (2)若磁场方向垂直斜 面向下，要使金属杆静止在 导轨上，必须通以多大的电流。 能力 思维 方法 【 解析 】 此类问题的共性是先画出侧视图，并 进行受力分析 .如图所示 11-2-5(b)由平衡条件 得 (1)F=BIL=mgtana I=mgtana/BL=15A (2)当磁场垂直斜面向 下时 F=BIL=mgsina I=mgsina/BL=12A 能力 思维 方法 【 解题回顾 】 学生要明确在该题中 最后结果并不是很重要，相比而言， 此题中的处理问题的方法却是重点， 即要先以侧视的方式画出受力图，切 记 . 能力 思维 方法 【 例 3】 如图 11-2-6所示，在同一水平面上 的两导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁 场中，一根质量为 3.6kg，有效长度为 2m的金属 棒放在导轨上，当金属棒中的电流为 5A时，金 属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增加到 8A 时，金属棒的加速度为 2m/s2，求磁场的磁感强 度 . 能力 思维 方法 【 解析 】 在求解加速度问题中首要 问题是受力分析并求解合外力，并以 图示 .本题的宗旨是要求学生对导体进 行受力分析并结合牛顿第二定律 . 能力 思维 方法 此题中电流的方向对结果并不影响，可假 设，如图所示为其侧面受力图：两种情况受力 方向是相同的 . 初态时有 F合 =F1-mg=0 末态时有 F合 =F2-mg=ma 且 F1=BI1L、 F2=BI2L 联立方程解得 B=1.2T 能力 思维 方法 【 例 4】 如图 11-2-7所示，把一重力不计的通 电导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可 以自由转动，当导线通入图示方向电流 I时，导线 的运动情况是 (从上往下看 )(A) 能力 思维 方法 A.顺时针方向转动，同时下降； B.顺时针方向转动，同时上升； C.逆时针方向转动，同时下降； D.逆时针方向转动，同时上升； 能力 思维 方法 【 解析 】 本题主要用电流元法和特殊位置 法，即在 N、 S上方，均在电流上选取一段微 小电流，分析其受力，以确定导线的转动， 再将电流转到特殊位置时再确定其平动 . 【 解题回顾 】 定性判断通电导线或线圈在 安培力作用下的运动问题： 主要方法： (1)电流元法； (2)特殊位置 法； (3)等效法； (4)利用结论法； 能力 思维 方法 【 例 5】 如图 11-2-8所示，条形磁铁放在水平桌面 上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线 与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流， 则 (A) 能力 思维 方法 A.磁铁对桌面压力减小，不受桌面的 摩擦力作用； B.磁铁对桌面压力减小，受到桌面的 摩擦力作用 C.磁铁对桌面压力增大，不受桌面的 摩擦力作用 D.磁铁对桌面压力增大，受到桌面的 摩擦力作用 能力 思维 方法 【 解析 】 本题中，并不急于分析受力， 其步骤是先确定电流所在位置的磁场，再 分析其受力，这并不难 .特殊的是最终要根 据相互作用的原理以确定磁体的受力得出 最终结果 . 延伸 拓展 【 例 6】 根据磁场对电流会产生作用力的原理， 人们研制出一种新型的发射炮弹的装置 电磁 炮，其原理如图 11-2-9所示，把待发射的炮弹 (导 体 )放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通入 大电流，使炮弹作为一个载流导体在磁场作用下 沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去，试判 断图中炮弹的受力方向，如果想提高某种电磁炮 的发射速度，理论上可怎么办 ? 图 11-2-9 延伸 拓展 【 解析 】 此题的物理模型实际是通电导体 受安培力作用并做功 . 导体所受安培力大小为 F=BIL，方向水平 向右，在安培力作用下，导体做匀加速直线 运动： 用动能定理得： BILs=mv2/2其中 s、 m、 v 分别为导轨长度、炮弹弹体质量、炮弹出膛 速度 . 所以 v= ， 即可以通过增强磁场、加大电流、增宽 导轨间距、加长导轨长度、减少炮弹体质量 来提高炮弹出膛速度 . m BILs2 延伸 拓展 【 例 7】 如图 11-2-10所示，两根平行光滑轨道水 平放置，相互间隔 d=0.1m，质量为 m=3g的金属棒 置于轨道一端 .匀强磁场 B=0.1T，方向竖直向下， 轨道平面距地面高度 h=0.8m，当接通开关 S时， 金属棒由于受磁场力作用而被水平抛出，落地点 水平距离 s=2m，求接通 S瞬间，通过金属棒的电 量 . 图 11-2-10 延伸 拓展 【 解析 】 此题导体运动的过程实际上分为 两个，一是加速度过程，此过程中牵涉到安培 力的问题；二是平抛运动，该运动学生较为熟 悉 .而问题的关键在两种运动连结点上的速度， 此速度可以说是承上启下 . 先由平抛运动确定其平抛初速度： h=gt /2、 s=vt解得： v=5m/s 而该速度亦为水平加速的末速此后的问题 可用动量定理来求解： 即： BILt=mv且 q=It=mv/BL=1.5C 延伸 拓展 【 解题回顾 】 对于短时间内的打击或冲击 问题是动量定理最应当优先考虑的，而在此题 中似乎并无电量问题，但有电流，电流与电量 的关系中恰好有时间关系，即要考虑力的时间 作用效果，综合上述内容，故考虑用动量定理 .