2019版高考物理一轮复习 专题八 磁场 第1讲 磁场 磁场对电流的作用课件.ppt

专题八磁场 第1讲 磁场 磁场对电流的作用 考点1 磁场的基本概念 1 磁场 物质 磁体 通电导线 1 定义 存在于磁体 电流和运动电荷周围空间的一种特 殊形态的 运动电荷 2 基本特性 磁场对处于其中的 和 有磁场力的作用 北 北 3 方向 在磁场中任一点 小磁针 极受力的方向 即小磁针静止时 极所指的方向 就是该点的磁场方向 4 磁现象的电本质 磁体的磁场和电流的磁场都是由 产生的 电荷的运动 2 磁感应强度 比值 1 定义 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线 所受的安培力F安跟电流I和导线长度L的乘积的 叫做磁感应强度 2 定义式 B F安IL 切线 3 方向 就是磁场的方向 即小磁针静止时北极所指的方 向 也是过该点的磁感线的 方向 强弱和方向 4 磁感应强度是矢量 可描述磁场的 T 5 单位 特斯拉 简称特 国际符号是 1T 1 NA m 3 磁感线 有方向 强弱 切线 1 磁感线是在磁场中画出的一些 的曲线 2 磁感线的分布可以形象地表示出磁场的强弱和方向 磁感线的密疏表示磁场的 磁感线上某点的 方 向就是该点的磁场方向 闭合 N S S N 3 磁感线是永不相交的 曲线 在磁体外部 从 极指向 极 在磁体内部 由 极指向 极 注意 熟记条形磁体 蹄形磁体 直线电流 环形电流 通电螺线管的磁感线分布状况 4 匀强磁场 磁感应强度大小处处 方向处处 的磁场称为匀强磁场 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 通电螺线管内部的磁场 边缘部分除外 以及平 行板电容器间的磁场 都可以认为是匀强磁场 相等 相同 考点2 电流的磁效应 磁场对电流的作用 1 电流的磁效应 奥斯特发现了电流的磁效应 即电流周围存在磁场 可用安培定则 即右手螺旋定则 判断电流的磁场方向 2 磁场对电流的作用 BIL 0 BILsin 1 安培力的大小 当I B时 90 Fmax 当I B时 0 Fmin 当通电导线方向与磁场方向成 角时 F安 2 特点 不仅与B I L有关 还与夹角 有关 L是 不一定是导线的实际长度 弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度 所以任意形状的闭合线圈的有效长 度L 有效长度 0 3 安培力的方向 安培力的方向既与磁场方向 又与电流的方向 即F总是 B和I所确定的 平面 可以用左手定则来判定 垂直 垂直 垂直 基础自测 1 多选 2015年新课标 卷 指南针是我国古代四大发明 之一 关于指南针 下列说法正确的是 A 指南针可以仅具有一个磁极B 指南针能够指向南北 说明地球具有磁场C 指南针的指向会受到附近铁块的干扰D 在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线 导线通电时指南针不偏转答案 BC 2 2014年新课标 卷 关于通电直导线在匀强磁场中所受 的安培力 下列说法正确的是 A 安培力的方向可以不垂直于直导线B 安培力的方向总是垂直于磁场的方向C 安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D 将直导线从中点折成直角 安培力的大小一定变为原来的一半答案 B 3 多选 如图8 1 1所示 两根平行的长直导线相距2l 通有大小相等 方向相同的恒定电流 a b c是导线所在平面l2 图8 1 1 处的磁感应强度 下列判断正确的是 A a处的磁感应强度大小比c处的大B b c两处的磁感应强度大小相等C a c两处的磁感应强度方向相同D b处的磁感应强度为零答案 AD 内的三点 左侧导线与它们的距离分别为 l和3l 关于这三点 4 2015年新课标 卷 如图8 1 2所示 一长为10cm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 1T 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12V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 5cm 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 3cm 重力加速度大小取g 10m s2 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 图8 1 2 解 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 l1 0 5cm由胡克定律和力的平衡条件得 2k l1 mg 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 F IBL 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 l2 0 3cm 由胡克定律和力的平衡条件得 2k l1 l2 mg F由欧姆定律有E IR 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m 0 01kg 热点1考向1 对磁感应强度B的理解磁感应强度的理解 热点归纳 1 磁感应强度由磁场本身决定 因此不能根据定义式B FIL 2 测量磁感应强度时小段通电导线必须垂直于磁场放入 如果平行于磁场放入 则其所受安培力为零 但不能说该点的磁感应强度为零 3 磁感应强度是矢量 其方向为放入其中的小磁针N极的指向 典题1 关于磁感应强度B 下列说法正确的是 A 磁场中某点B的大小 跟放在该点的试探电流元的情况有关B 磁场中某点B的方向 跟放在该点的试探电流元受到磁场力的方向一致C 若在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用 该点B值大小为零D 在磁场中磁感线越密集的地方 磁感应强度越大 感应强度为一恒量 其大小可由B 计算 与试探电流元的F 解析 磁感应强度是磁场本身的属性 在磁场中某处的磁 F IL I L的情况无关 A错误 磁感应强度的方向规定为小磁针N极所受磁场力的方向 与放在该处的试探电流元受力方向垂直 B错误 当试探电流元的方向与磁场方向平行时 试探电流元所受磁场力虽为零 但磁感应强度却不为零 C错误 磁感线的疏密是根据磁场的强弱画出的 磁感线越密集的地方 磁感应强度越大 磁感线越稀疏的地方 磁感应强度越小 故D正确 答案 D 考向2 磁感应强度B与电场强度E的比较 典题2 多选 下列说法正确的是 A 电荷在某处不受电场力的作用 则该处电场强度为零B 一小段通电导线在某处不受磁场力作用 则该处磁感应强度一定为零C 表征电场中某点电场的强弱 是用一个检验电荷放在该点时所受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值D 表征磁场中某点磁场的强弱 是用一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值 解析 电场和磁场有一个明显的区别是 电场对放入其中的电荷有力的作用 磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行 因此A正确 B错误 同理根据电场 直 故D错误 答案 AC 热点2 安培定则的应用与磁场的叠加 热点归纳 1 电流周围的磁场 续表 2 磁场的叠加 磁感应强度是矢量 计算时与力的计算方法相同 利用平 行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 考向1 同一条直线上的磁感应强度的叠加 典题3 多选 3条在同一平面 纸面 内的长直绝缘导线搭成一等边三角形 在导线中通过的电流均为I 电流方向如图8 1 3所示 a b和c三点分别位于三角形的3个顶角的平分线上 且到相应顶点的距离相等 将a b和c处的磁感应强度大 小分别记为B1 B2和B3 下列说法正确的是 图8 1 3 A B1 B2 B3B B1 B2 B3 C a和b处磁场方向垂直于纸面向外 c处磁场方向垂直于 纸面向里 D a处磁场方向垂直于纸面向外 b和c处磁场方向垂直于 纸面向里 解析 本题要明确3条导线中的电流在a b c三点各自产生的磁场的分布情况 要充分利用对称性进行矢量合成 对于a点 由右手螺旋定则可知 两倾斜导线在此处产生的磁感应强度大小相等 方向相反 水平导线在此点产生的磁场方向向外 对于b点 斜向右上方的导线与水平导线在此点产生的磁感应强度大小相等 方向相反 斜向左上方的导线在此点产生的磁场方向向外 对于c点 水平导线在此点产生的磁场方向向里 斜向左上方和斜向右上方的导线在此点产生的磁场方向也向里 则c点合磁场方向向里 且有B3 B1 B2 综上可知A C项正确 答案 AC 考向2 互成角度的磁感应强度的叠加 典题4 2017年新课标 卷 如图8 1 4所示 在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中 两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置 两者之间的距离为l 在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时 纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零 如果让P中的电流反向 其他条件不变 则a点 处磁感应强度的大小为 图8 1 4 甲 乙 图D42 答案 C 方法技巧 解决磁感应强度叠加问题的思路和步骤 根据安培定则确定各导线在某点产生的磁场方向 判断各分磁场的磁感应强度大小关系 根据矢量合成法则确定合磁场的大小和方向 热点3 安培力的分析和计算 热点归纳 应用安培力的公式F BIL时要注意 1 B与I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 为F ILB 当B与I平行时 F 0 弯曲导线的有效长度L等于在垂直磁场平面内的投影两端点所连线段的长度 如图8 1 5所示 相应的电流方向沿L由始端流向末端 图8 1 5 闭合线圈通电后 在匀强磁场中受到的安培力的矢量和 为零 典题5 多选 2017年新课标 卷 如图8 1 6所示 三根相互平行的固定长直导线L1 L2和L3两两等距 均通有电流I L1中电流方向与L2中的相同 与L3中的相反 下列说法正 确的是 图8 1 6 答案 BC 热点4考向1 安培力作用的综合问题通电导线在磁场中的平衡和加速问题 热点归纳 分析思路 1 选定研究对象 2 变三维为二维 如侧视图 剖面图或俯视图等 并画出平面受力分析图 其中安培力的方向要注意F安 B F安 I 3 列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解 典题6 多选 2015年广东广州模拟 如图8 1 7所示 质量为m 长度为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O O 并处于匀强磁场中 当导线中通以沿x正方向的电流I 且导线保持静止时悬线与竖直方向的夹角为 磁感应强度的方向和大 小可能为 图8 1 7 A z正向 mgIL tan B y正向 mgIL C z负向 mgIL tan D 沿悬线向上 mgIL sin 解析 本题要注意在受力分析时把立体图变成侧视平面图 然后通过平衡状态的受力分析来确定B的方向和大小 若B沿z正向 则从O向O 看 导线受到的安培力F ILB 方向水平向左 如图8 1 8甲所示 导线无法平衡 A错误 若B沿y正向 导线受到的安培力竖直向上 如图乙所示 当FT 0 且 满足ILB mg 即B mgIL 时 导线可以平衡 B正确 若B沿 z负向 导线受到的安培力水平向右 如图丙所示 若满足 FTsin ILB FTcos mg 即B mgtan IL 导线可以平衡 C 正确 若B沿悬线向上 导线受到的安培力垂直于导线指向左下方 如图丁所示 导线无法平衡 D错误 甲 乙 丙 丁 图8 1 8答案 BC方法技巧 磁场 电流 安培力的方向涉及三维空间 所以在分析解决有关安培力问题时 要善于分析情景 抓住关键点 如本题中的杆恰好静止 建立正确的物理模型 考向2 安培力做功的特点和实质 热点归纳 1 安培力做功与路径有关 不像重力 电场力做功与路径无关 2 安培力做功的实质是能量转化 安培力做正功时将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能 安培力做负功时将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能 典题7 多选 如图8 1 9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 乙 图甲中I所示方向为电流正方向 则金属棒 甲图8 1 9 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 由左手定则可知 金属棒一开始向右做匀加速运动 当电流反向以后 金属棒开始做匀减速运动 经过一个周期速度变为0 然后重复上述运动 所以选项A B正确 安培力F BIL 由图象可知前半个周期安培力水平向右 后半个周期安培力水平向左 不断重复 选项C正确 一个周期内 金属棒初 末速度相同 由动能定理可知安培力在一个周期内不做功 选项D错误 答案 ABC 热点5 安培力作用下导体运动的特殊判断方法 热点归纳 五种常用判定方法 续表 典题8 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置 且两个线圈的圆心重合 如图8 1 10所示 当两线圈中通以图示方向的电流时 从左向右看 线圈L1 将 图8 1 10 A 不动C 逆时针转动 B 顺时针转动D 在纸面内平动 解析 方法一 电流元法 把线圈L1沿水平转动轴分成上 下两部分 每一部分又可以看成无数段直线电流元 电流元处在L2产生的磁场中 根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上 由左手定则可得 上半部分电流元所受安培力均指向纸外 下半部分电流元所受安培力均指向纸内 因此从左向右看线圈L1将顺时针转动 方法二 等效法 把线圈L1等效为小磁针 该小磁针刚好 处于环形电流I2的中心 小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向 由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上 而L1等效成小磁针后 转动前 N极指向纸内 因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上 所以从左向右看 线圈L1将顺时针转动 方法三 结论法 环形电流I1 I2之间不平行 则必有相对 转动 直到两环形电流同向平行为止 据此可得 从左向右看 线圈L1将顺时针转动 答案 B 迁移拓展 如图8 1 11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 且垂直于线圈平面 当线圈中通入如图所示方向的电流后 线圈的运动 情况是 图8 1 11 A 线圈向左运动C 从上往下看顺时针转动 B 线圈向右运动D 从上往下看逆时针转动 解析 方法一 电流元法 首先将圆形线圈分成很多小段 每一段可看作一直线电流 取其上 下两小段分析 其截面图和所受安培力情况如图D43甲所示 根据对称性可知 线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 甲 乙 图D43 方法二 等效法 将环形电流等效成一条形磁铁 如图乙所示 根据异名磁极相互吸引知 线圈将向左运动 故选A 也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流 根据结论 同向电流相吸引 异向电流相排斥 也可判断出线圈向左运动 选项A正确 答案 A