高考物理总复习 第8章 磁场（第1课时）磁场的描述 磁场对电流的作用课件1

考纲要求知 识 内 容 考 试 要 求 备 考 方 略必 考 加 试磁 现 象 和 磁 场 b b 1.本 章 内 容 在 学 考 中 常 以 单 选 题 形式 出 现 ， 考 查 突 出 安 培 力 、 洛 伦 兹力 。2 本 章 内 容 单 独 出 现 在 选 考 中 带 电粒 子 在 磁 场 (或 复 合 场 )中 的 运 动 问题 ； 对 带 电 粒 子 的 运 动 问 题 多 以 综合 计 算 题 的 形 式 出 现 ， 一 般 综 合 考查 受 力 分 析 、 动 力 学 关 系 、 功 能 关系 、 圆 周 运 动 、 平 抛 运 动 等 知 识 ， 难 度 较 大 。 磁 感 应 强 度 c c几 种 常 见 的 磁 场 b b通 电 导 线 在 磁 场 中受 到 的 力 c d运 动 电 荷 在 磁 场 中受 到 的 力 c c带 电 粒 子 在 匀 强 磁场 中 的 运 动 d 第 1 课 时 磁 场 的 描 述 磁 场 对 电 流 的 作 用 基 础 过 关 1.电流的磁效应磁 体 和 电 流 周 围 及 运 动 电 荷 周 围 存 在 的 一 种 _的 物 质 ，叫 磁 场 。2.磁作用的本质对 处 于 磁 场 中 的 磁 体 、 电 流 和 运 动 电 荷 具 有 力 的 作 用 ， 同 名 磁极 相 互 _， 异 名 磁 极 相 互 _； 磁 体 之 间 、 磁 体 与 电 流 (或运 动 电 荷 )之 间 、 电 流 (或 运 动 电 荷 )与 电 流 (或 运 动 电 荷 )之 间 的 相互 作 用 都 是 通 过 磁 场 发 生 的 。考点一磁现象和磁场(b/b)客 观 存 在排 斥 吸 引 3.磁场的方向小 磁 针 的 _所 受 磁 场 力 的 方 向 。4.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 跟这 点 的 磁 感 应 强 度 方 向 一 致 。N极 切 线 5.磁感线的特点(1)磁 感 线 为 闭 合 曲 线 ， 无 起 点 和 终 点 。 在 磁 体 的 外 部 磁 感 线 由N极 发 出 ， 回 到 S极 ； 在 磁 体 的 内 部 磁 感 线 则 由 S极 指 向 N极 。(2)磁 场 中 任 意 两 根 磁 感 线 都 不 会 相 交 ；(3)在 磁 场 中 ， 用 磁 感 线 的 疏 密 表 示 磁 场 的 强 弱 ， 磁 感 线 疏 的 地 方表 示 该 处 磁 场 弱 ， 磁 感 线 密 的 地 方 表 示 该 处 的 磁 场 强 ；(4)磁 感 线 是 假 想 的 曲 线 。 曲 线 切 线 方 向 与 该 点 的 磁 场 方 向 一 致 。 6.几种常见的磁场(1)常 见 磁 体 的 磁 场 (2)电 流 的 磁 场 通 电 直 导 线 通 电 螺 线 管 环 形 电 流安 培 定 则立 体 图 横 截 面图纵 截 面图 【过关演练】1.(2015浙江学业水平考试)如 图 所 示 ， E、 F分 别 表 示 蓄 电 池 两 极 ，P、 Q分 别 表 示 螺 线 管 两 端 。 当 闭 合 开 关 时 ， 发 现 小 磁 针 N极 偏向 螺 线 管 Q端 。 下 列 判 断 中 ， 正 确 的 是 ( )A.E为 蓄 电 池 正 极 B.螺 线 管 P端 为 S极C.流 过 电 阻 R的 电 流 方 向 向 上 D.管 内 磁 场 方 向 由 P指 向 Q 解析小磁针N极指向Q，说明Q端为S极，根据安培定则可知，通过R的电流方向向上，C选项正确；蓄电池的F端为正极，A选项错误；螺线管的P端为N极，B选项错误；管内磁场方向应由S极指向N极，即由Q指向P，D选项错误。答案C 2.(2015浙江学业水平考试)下 列 表 示 的 工 具 或 装 置 中 ， 利 用 地 磁场 工 作 的 是 ( )答案B 要 点 突 破 要点一安培定则1.对 于 直 线 电 流 的 磁 场 ： 右 手 握 住 通 电 导 线 ， 伸 直 的 大 拇 指 指 向电 流 方 向 ， 那 么 弯 曲 的 四 指 的 方 向 就 是 导 线 周 围 的 磁 感 线 环 绕的 方 向 。2.对 于 环 形 电 流 的 磁 场 ： 用 右 手 握 住 通 电 的 环 形 导 线 (或 通 电 螺 线管 )， 弯 曲 的 四 指 与 环 形 电 流 的 方 向 一 致 ， 那 么 大 拇 指 的 指 向 就是 环 形 导 线 轴 心 上 (或 通 电 螺 线 管 内 部 )的 磁 感 线 的 方 向 。 【例1】 下 列 各 图 为 电 流 产 生 磁 场 的 分 布 图 ， 正 确 的 分 布 图 是 ( ) A. B. C. D. 答案C 要点二电场线与磁感线的比较电 场 线 磁 感 线电 场 线 的 疏 密 程 度 表 示 该 区 域电 场 强 弱 (密 强 ； 疏 弱 ) 磁 感 线 的 疏 密 程 度 表 示 该 区 域磁 场 强 弱 (密 强 ； 疏 弱 )电 场 线 由 正 电 荷 指 向 负 电 荷 或无 穷 远 ； 或 由 无 穷 远 指 向 负 电荷 ， 是 单 向 曲 线 磁 感 线 在 磁 体 外 部 是 从 N极 指向 S极 ， 内 部 从 S极 指 向 N极 。磁 感 线 是 闭 合 曲 线电 场 线 互 不 相 交 、 不 相 切 磁 感 线 互 不 相 交 、 不 相 切 【例2】 (多 选 )关 于 电 场 和 磁 场 ， 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )A.我 们 虽 然 不 能 用 手 触 摸 到 电 场 的 存 在 ， 却 可 以 用 试 探 电 荷 去探 测 它 的 存 在 和 强 弱B.电 场 线 和 磁 感 线 是 可 以 形 象 描 述 电 场 强 弱 和 方 向 的 客 观 存 在的 曲 线C.磁 感 线 和 电 场 线 一 样 都 是 闭 合 的 曲 线D.磁 体 之 间 的 相 互 作 用 是 通 过 磁 场 发 生 的 ， 磁 场 和 电 场 一 样 ，都 是 客 观 存 在 的 物 质 解析电场和磁场都是客观存在的物质，电场线和磁感线都是假想的曲线，实际并不存在。电场线和磁感线的最大区别在于磁感线是闭合的，而电场线不是闭合的，故选项A、D正确。答案AD 精 练 题 组 1.第 一 个 发 现 电 流 磁 效 应 的 科 学 家 是 ( )答案B 2.如 图 所 示 ， 直 导 线 AB、 螺 线 管 C、 电 磁 铁 D三 者 相 距 较 远 ， 它 们的 磁 场 互 不 影 响 ， 开 关 S闭 合 ， 则 小 磁 针 的 北 极 N(黑 色 一 端 )指出 磁 场 方 向 正 确 的 是 ( )A.a、 c B.b、 c C.c、 d D.a、 d 解析据安培定则判断出：(1)AB直导线磁场在小磁针a所在位置垂直纸面向外，所以小磁针a的N极指向正确；(2)C左侧为N极，内部磁场向左，所以小磁针c的N极指向正确，小磁针b的N极指向不对；(3)D左为S极，右为N极，所以小磁针d的N极指向也不正确。答案A 3.某 小 组 同 学 利 用 磁 传 感 器 探 究 通 电 螺 线 管 轴 线 上 不 同 位 置 的 磁感 应 强 度 ， 如 图 甲 所 示 。 将 传 感 器 探 头 沿 螺 线 管 轴 线 移 动 时 ，测 得 磁 感 应 强 度 B的 大 小 随 位 置 x的 变 化 关 系 如 图 乙 所 示 。 图 乙中 a、 b两 点 对 应 位 置 分 别 处 在 ( )A.螺 线 管 内 、 螺 线 管 内 B.螺 线 管 内 、 螺 线 管 外C.螺 线 管 外 、 螺 线 管 外 D.螺 线 管 外 、 螺 线 管 内答案D 4.电 流 的 磁 效 应 揭 示 了 电 与 磁 的 关 系 。 若 直 导 线 通 有 方 向 垂 直 纸面 向 外 的 恒 定 电 流 ， 则 电 流 的 磁 感 线 分 布 正 确 的 是 ( )答案D 5.如 图 所 示 ， 竖 直 放 置 的 长 直 导 线 通 有 恒 定 电 流 ， 侧 旁 小 磁 针 N极的 最 终 指 向 应 为 ( )A.平 行 纸 面 向 右B.平 行 纸 面 向 左C.垂 直 纸 面 向 里D.垂 直 纸 面 向 外解析根据安培定则可知，导线右侧的磁感线方向垂直纸面向外，故小磁针N极的最终指向应为垂直纸面向外。答案D 基 础 过 关 一、磁感应强度1.磁感应强度(1)定 义 ： 在 磁 场 中 _于 磁 场 方 向 的 通 电 导 线 ， 所 受 的 安 培 力F跟 电 流 I和 导 线 长 度 L的 _的 比 值 叫 磁 感 应 强 度 。说 明 ： 如 果 导 线 很 短 很 短 ， B就 是 导 线 所 在 处 的 磁 感 应 强 度 。(2)意 义 ： 磁 感 应 强 度 B是 表 示 磁 场 强 弱 的 物 理 量 。(3)公 式 ： B ， 条 件 为 ： _。(4)单 位 ： _， 简 称 _， 符 号 是 _。 1 T 1。(5)方 向 ： 小 磁 针 静 止 时 _极 的 指 向 。考点二磁感应强度(c/c)安培力(c/d)垂 直 乘 积 IL_ B L特 斯 拉 特 TN 2.磁场的叠加：磁 感 应 强 度 为 矢 量 ， 合 成 与 分 解 遵 循 _。二、安培力1.安培力的大小(1)磁 场 和 电 流 垂 直 时 ： F _。(2)磁 场 和 电 流 平 行 时 ： F 0。 平 行 四 边行 定 则 BIL 2.安培力的方向(1)用 左 手 定 则 判 定 ： 伸 开 左 手 ， 使 拇 指 与 其 余 四 个 手 指 垂 直 ，并 且 都 与 手 掌 在 同 一 个 平 面 内 。 让 磁 感 线 从 掌 心 进 入 ， 并 使 四指 指 向 _的 方 向 ， 这 时 拇 指 所 指 的 方 向 就 是 通 电 导 线 在 磁 场中 所 受 _的 方 向 。(2)安 培 力 的 方 向 特 点 ： F B， F I， 即 F垂 直 于 _决 定 的平 面 。 电 流安 培 力 B和 I 【过关演练】1.依 据 如 图 所 示 的 “处 在 磁 场 中 的 通 电 金 属 棒 在 导 轨 上 运 动 ”这 一实 验 现 象 及 相 应 规 律 设 计 的 家 用 电 器 是 ( )A.电 热 水 壶 B.电 饭 锅C.电 风 扇 D.电 熨 斗 解析处在磁场中的通电金属棒在导轨上运动，是通电导体在磁场中受安培力问题，A、B、D选项均为电流的热效应，只有C选项符合题意。答案C 2.(2015浙江10月选考)小 张 在 探 究 磁 场 对 电 流 作 用 的 实 验 中 ， 将直 导 线 换 作 导 体 板 ， 如 图 所 示 ， 发 现 在 a、 b两 点 之 间 存 在 电 压Uab。 进 一 步 实 验 结 果 如 下 表 ：电 流 磁 感 应 强 度 电 压 UabI B UI 2B 2UI 3B 3U2I B 2U3I B 3U 由 表 中 结 果 可 知 电 压 Uab( )A.与 电 流 无 关 B.与 磁 感 应 强 度 无 关C.与 电 流 可 能 成 正 比 D.与 磁 感 应 强 度 可 能 成 反 比解析由实验数据可看出：当通过电流I恒定时，电压Uab与磁感应强度可能成正比；当所加磁场恒定时，电压Uab与所通电流可能成正比。故C选项正确。答案C 要 点 突 破 要点一磁感应强度1.磁 感 应 强 度 由 磁 场 本 身 决 定 。2.合 磁 感 应 强 度 等 于 各 磁 场 的 磁 感 应 强 度 的 矢 量 和 (满 足 平 行四 边 形 定 则 )。3.牢 记 判 断 电 流 的 磁 场 的 方 法 安 培 定 则 ， 并 能 熟 练 应 用 ， 建立 磁 场 的 立 体 分 布 模 型 。 【例1】 有 两 根 长 直 导 线 a、 b互 相 平 行 放 置 ，如 图 所 示 为 垂 直 于 导 线 的 截 面 图 。 在 图 中所 示 的 平 面 内 ， O点 为 两 根 导 线 连 线 的 中点 ， M、 N为 两 根 导 线 附 近 的 两 点 ， 它 们 在两 导 线 连 线 的 中 垂 线 上 ， 且 与 O点 的 距 离相 等 。 若 两 导 线 中 通 有 大 小 相 等 、 方 向 相 同 的 恒 定 电 流 I， 则 关于 线 段 MN上 各 点 的 磁 感 应 强 度 的 说 法 中 正 确 的 是 ( )A.M点 和 N点 的 磁 感 应 强 度 大 小 相 等 、 方 向 相 同B.M点 和 N点 的 磁 感 应 强 度 大 小 相 等 、 方 向 相 反C.在 线 段 MN上 各 点 的 磁 感 应 强 度 都 不 可 能 为 零 D.在 线 段 MN上 三 点 的 磁 感 应 强 度 为 零 解析根据安培定则和磁场叠加原理，M点和N点的磁感应强度大小相等、方向相反，选项A错，B对；在线段MN上只有在O点处，a、b两直导线电流形成的磁场的磁感应强度等大反向，即只有O点处的磁感应强度为零，选项C、D错。答案B 要点二安培力1.计 算 安 培 力 公 式 F BIL， 应 用 时 要 注 意 ：(1)B与 L垂 直 ；(2)L是 有 效 长 度 公 式 F ILB中 L指 的 是 “有 效 长 度 ”。 当 B与 I垂 直 时 ， F最 大 ，F ILB； 当 B与 I平 行 时 ， F 0。 弯 曲 导 线 的 有 效 长 度 L， 等 于 连 接 两 端 点 线 段 的 长 度 (如 图 所示 )； 相 应 的 电 流 沿 L由 始 端 流 向 末 端 。 2.方 向 ： 根 据 左 手 定 则 判 断 。 【例2】 (2015浙江9月测试卷)如 图 所 示 是“ 探 究 影 响 通 电 导 线 受 力 的 因 素 ” 的 装 置图 。 实 验 时 ， 先 保 持 导 线 通 电 部 分 的 长 度不 变 ， 改 变 电 流 的 大 小 ； 然 后 保 持 电 流 不 变 ， 改 变 导 线 通 电 部分 的 长 度 。 对 该 实 验 ， 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )A.当 导 线 中 的 电 流 反 向 时 ， 导 线 受 到 的 安 培 力 方 向 不 变B.保 持 电 流 不 变 ， 接 通 “ 1、 4” 时 导 线 受 到 的 安 培 力 是 接 通“ 2、 3” 时 的 3倍C.保 持 电 流 不 变 ， 接 通 “ 1、 4” 时 导 线 受 到 的 安 培 力 是 接 通“ 2、 3” 时 的 2倍D.接 通 “ 1、 4” ， 当 电 流 增 加 为 原 来 的 2倍 时 ， 通 电 导 线 受 到 的 安 培 力 减 半 解析接触“1、4”时导线的长度是接触“ 2、3”时长度的3倍，根据安培力公式FBIL知，导线所受安培力也是3倍关系。答案B 要点三安培力作用下导体运动方向的判断方法电 流 元 法 分 割 为 电 流 元 安 培 力 方 向 整 段 导 体 所 受合 力 方 向 运 动 方 向特 殊位 置 法 在 特 殊 位 置 安 培 力 方 向 运 动 方 向等 效 法 环 形 电 流 小 磁 针条 形 磁 铁 通 电 螺 线 管 多 个 环 形 电 流 等 效 法 环 形 电 流 小 磁 针条 形 磁 铁 通 电 螺 线 管 多 个 环 形 电 流结 论 法 同 向 电 流 互 相 吸 引 ， 反 向 电 流 互 相 排 斥 ； 两 不 平 行 的直 线 电 流 相 互 作 用 时 ， 有 转 到 平 行 且 电 流 方 向 相 同 的趋 势转 换 研 究对 象 法 定 性 分 析 磁 体 在 电 流 磁 场 作 用 下 如 何 运 动 或 运 动 趋 势的 问 题 ， 可 先 分 析 电 流 在 磁 体 磁 场 中 所 受 的 安 培 力 ，然 后 由 牛 顿 第 三 定 律 ， 确 定 磁 体 所 受 电 流 磁 场 的 作 用力 ， 从 而 确 定 磁 体 所 受 合 力 及 运 动 方 向 【例3】 如 图 所 示 ， 把 轻 质 导 线 圈 用 绝 缘 细 线 悬 挂 在 磁 铁 N极 附近 ， 磁 铁 的 轴 线 穿 过 线 圈 的 圆 心 且 垂 直 线 圈 平 面 ， 当 线 圈 内 通以 如 图 所 示 方 向 的 电 流 后 ， 线 圈 的 运 动 情 况 是 ( )A.线 圈 向 左 运 动B.线 圈 向 右 运 动C.从 上 往 下 看 顺 时 针 转 动D.从 上 往 下 看 逆 时 针 转 动 解析将环形电流等效成小磁针，如图所示，根据异名磁极相吸引知，线圈将向右运动，选B；也可将左侧条形磁铁等效成环形电流，根据结论“同向电流相吸引，异向电流相排斥”也可判断出线圈向右运动，选B。答案 B 要点四求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路(1)电 磁 学 问 题 力 学 化 。(2)立 体 图 形 平 面 化 。 【例4】 (2016浙江湖州中学学考模拟)如 图 所 示 ， 金 属 MN两 端由 等 长 的 轻 质 细 线 水 平 悬 挂 ， 处 于 竖 直 向 上 的 匀 强 磁 场 中 ， 棒中 通 以 由 M向 N的 电 流 ， 平 衡 时 两 悬 线 与 竖 直 方 向 夹 角 均 为 。如 果 仅 改 变 下 列 某 一 个 条 件 ， 角 的 相 应 变 化 情 况 是 ( )A.棒 中 的 电 流 变 大 ， 角 变 大B.两 悬 线 等 长 变 短 ， 角 变 小C.金 属 棒 质 量 变 大 ， 角 变 大D.磁 感 应 强 度 变 大 ， 角 变 小 解析选金属棒MN为研究对象，如图所示。金属棒受3个力而处于平衡状态，其中FBBILmgtan ，则：I增大，角变大，A选项正确；悬线变短，角不变，B选项错误；m增大，角变小，C选项错误；B变大，角变大，D选项错误。答案A 精 练 题 组 1.如 图 所 示 ， 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 线 ； 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点解析要合磁感应强度为零，必有I 1和I2形成两个磁场等大反向，只有 c点有可能，选C。答案C 2.把 长 L 0.25 m的 导 体 棒 置 于 磁 感 应 强 度 B 1.0 10 2 T的 匀强 磁 场 中 ， 使 导 体 棒 和 磁 场 方 向 垂 直 ， 如 图 所 示 。 若 导 体 棒的 电 流 I 2.0 A， 方 向 向 右 ， 则 导 体 棒 受 到 的 安 培 力 大 小 与 方向 ( )A.1.0 10 3 N 竖 直 向 上B.5.0 10 3 N 竖 直 向 上C.5.0 10 3 N 竖 直 向 下D.1.0 10 3 N 竖 直 向 下答案B 解析由安培定则知导线A、B在O处产生的磁感应强度大小相等，方向相反，互相抵消，所以O处的磁感应强度即为导线C所产生的磁感应强度，即大小为2B，由安培定则可判定其方向沿OA方向，A、B、C错误，D正确。答案D 4.(多 选 )如 图 甲 所 示 ， 两 根 光 滑 平 行 导 轨 水 平 放 置 ， 间 距 为 L， 其间 有 竖 直 向 下 的 匀 强 磁 场 ， 磁 感 应 强 度 为 B。 垂 直 于 导 轨 水 平 对称 放 置 一 根 均 匀 金 属 棒 。 从 t 0时 刻 起 ， 棒 上 有 如 图 乙 所 示 的持 续 交 变 电 流 I， 周 期 为 T， 最 大 值 为 Im， 图 甲 中 I所 示 方 向 为 电流 正 方 向 。 则 金 属 棒 ( )A.一 直 向 右 移 动B.速 度 随 时 间 周 期 性 变 化 C.受 到 的 安 培 力 随 时 间 周 期 性 变 化D.受 到 的 安 培 力 在 一 个 周 期 内 做 正 功 解析由FILB可知，安培力随时间的变化关系与电流随时间变化关系相同。所以金属棒先向右匀加速运动，再向右做匀减速运动，然后重复运动，故选项A、B、C均正确；安培力先做正功，后做负功，故选项D错误。答案ABC 5.如 图 所 示 ， 光 滑 导 轨 与 水 平 面 成 角 ， 导 轨 宽 为 L。 匀 强 磁 场 磁感 应 强 度 为 B。 金 属 杆 质 量 为 m， 水 平 放 在 导 轨 上 。 当 回 路 总 电流 为 I1时 ， 金 属 杆 正 好 能 静 止 。 求 ：(1)B至 少 多 大 ？ 这 时 B的 方 向 如 何 ？ (2)若 保 持 B的 大 小 不 变 而 将 B的 方 向 改 为 竖 直 向 上 ， 应 把 回 路 总电 流 I 2调 到 多 大 才 能 使 金 属 杆 保 持 静 止 ？ 6.如 图 ， 一 长 为 10 cm的 金 属 棒 ab用 两 个 完 全相 同 的 弹 簧 水 平 地 悬 挂 在 匀 强 磁 场 中 ； 磁 场的 磁 感 应 强 度 大 小 为 0.1 T， 方 向 垂 直 于 纸 面向 里 ； 弹 簧 上 端 固 定 ， 下 端 与 金 属 棒 绝 缘 。金 属 棒 通 过 开 关 与 一 电 动 势 为 12 V的 电 池 相 连 ， 电 路 总 电 阻 为2 。 已 知 开 关 断 开 时 两 弹 簧 的 伸 长 量 均 为 0.5 cm； 闭 合 开 关 ，系 统 重 新 平 衡 后 ， 两 弹 簧 的 伸 长 量 与 开 关 断 开 时 相 比 均 改 变 了0.3 cm。 重 力 加 速 度 大 小 取 10 m/s 2。 判 断 开 关 闭 合 后 金 属 棒 所受 安 培 力 的 方 向 ， 并 求 出 金 属 棒 的 质 量 。 解析依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下。开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长为l10.5 cm。由胡克定律和力的平衡条件得2kl1mg式中，m为金属棒的质量，k是弹簧的劲度系数，g是重力加速度的大小。开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为FIBL 式中，I是回路电流，L是金属棒的长度。两弹簧各自再伸长了l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡条件得2k(l1l2)mgF由欧姆定律有EIR式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻。联立式，并代入题给数据得m0.01 kg答案竖 直 向 下 0.01 kg