高考物理大一轮复习专题八磁场第1讲磁场磁吃电流的作用课件.ppt

专题八磁场 第1讲 磁场磁场对电流的作用 一 磁场 1 磁场 磁体 电流 运动电荷 1 定义 存在于 和 周围空间的一 种特殊形态的物质 磁体 电流 运动电荷 2 基本特性 磁场对处于其中的 和 有磁力的作用 N 北 N 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 二 磁场的描述1 磁感应强度 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IL的比值叫磁感应强度 2 定义式 B FIL 3 方向 就是磁场的方向 即小磁针静止时北极所指的方 切线 向 也是过该点的磁感线的 方向 4 单位 特斯拉 T 2 磁感线 强弱 切线 1 特点 磁感线的分布可以形象地表示出磁场的强弱和方向 磁感线的疏密表示磁场的 磁感线上某点的 方向就是该点的磁场方向 2 几种常见磁场 磁感线的分布 常见磁体的磁场 如图8 1 1所示 图8 1 1 电流的磁场 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 匀强磁场的磁感线是 疏密程度相同 方向相同的平行直线 相等 相同 基础检测 1 多选 2015年新课标全国卷 指南针是我国古代四大 发明之一 关于指南针 下列说明正确的是 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 三 安培力1 大小 1 当B与I成 角 F 2 当B和I垂直 F 3 当B和I平行 F BILsin 2 方向 1 左手定则 伸开左手 使大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 这时大拇指所指的方向就是通电导线在 磁场中所受 的方向 安培力 B I 2 特点 F B F I 即F垂直于 决定的平面 0 BIL 电流 基础检测 2 多选 如图8 1 2所示 在方框中有一能产生磁场的装置 现在在方框右边放一通电直导线 电流方向如箭头方向 发现通电导线受到向右的作用力 则方框中放置的装置可能是 图8 1 2 AC BD 解析 由左手定则可知方框内装置产生的磁场在通电导线处的方向应向外 根据安培定则可知 选项C D满足要求 答案 CD 考点1对磁感线和磁感应强度的理解 重点归纳 1 磁感线与电场线的比较 2 不能根据公式B 就说B与F成正比 与IL成反比 2 对磁感应强度的理解 1 磁感应强度由磁场本身决定 就像电场强度由电场本身 决定一样 跟该位置放不放通电导线无关 F IL 3 磁感应强度B与电场强度E的比较 典例剖析例1 多选 2013年海南卷 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 A B1 B2 B3B B1 B2 B3C 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 图8 1 3 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正确 答案 AC 备考策略 求解有关磁感应强度的三个关键 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 记住5种常见磁场的立体分布图 考点练透 1 2015年北京朝阳区期末 如图8 1 4中a b c所示为三根与纸面垂直的长直导线 其横截面位于等边三角形的3个顶点上 导线中通有大小相同的电流 方向如图所示 则在三角形 中心O点处的磁感应强度 图8 1 4 A 方向向左 B 方向向右 C 方向向下 D 大小为零 答案 B 考点2安培力的分析与计算 重点归纳 1 对公式F BIL的运用 1 B与L垂直 2 式中L是有效长度 弯曲导线的有效长度L等于在垂直磁场平面内的投影中两端点所连直线的长度 如图8 1 5所示 相应的电流方向沿L由始端流向末端 任意形状的闭合线圈 其有效长度L 0 故通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和一定为零 图8 1 5 3 B并非一定是匀强磁场 但一定是导线所在处的磁感应 强度 2 安培力做功的实质 能量的转化 1 安培力做正功 将电能转化为导线的动能及其他形式的 能 2 安培力做负功 将其他形式的能转化为电能 典例剖析例2 2014年新课标全国卷 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 解析 根据左手定则可知 安培力的方向垂直于电流I和磁场B确定的平面 即安培力的方向既垂直于B又垂直于I A错误 B正确 当电流I的方向平行于磁场B的方向时 直导线受到的安培力为零 当电流I的方向垂直于磁场B的方向时 直导线受到的安培力最大 可见 安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关 C错误 如图8 1 6所示 电流I和磁场B垂直 直导线受到的安培力F BIL 将直导线从中点折成直角 分段研究导线受到的安培力 电流I和磁场B垂直 根据平行四边形定则可得 导线受 到的安培力的合力为F BIL D错误 图8 1 6 答案 B 考点练透 2 如图8 1 7所示 长为2l的直导线折成边长相等 夹角为60 的 V 形 并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中 磁感应强度为B 当在该导线中通以电流强度为I的电流时 该 V 形通电导线受到的安培力大小为 图8 1 7 A 0 B 0 5BIl C BIl D 2BIl 解析 导线有效长度为2lsin30 l 所以该 V 形通电 导线受到的安培力大小为BIl C正确 答案 C 考点3安培力作用下导体的运动 重点归纳 1 判定导体运动情况的基本思路 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势 首先必须弄清楚导体所在位置的磁场磁感线分布情况 然后利用左手定则准确判定导体的受力情况 进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向 2 研究通电导线运动的常用方法 典例剖析例3 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 8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 8 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 考点练透 3 如图8 1 9所示 一通电直导线位于蹄形磁铁的磁极的正 上方 当通以电流I时 试判断导线的运动情况 图8 1 9A 由上往下看导线 逆时针转动的同时向下运动B 由上往下看导线 顺时针转动的同时向上运动C 由上往下看导线 逆时针转动的同时向上运动D 由上往下看导线 顺时针转动的同时向下运动 解析 由蹄形磁铁磁场的立体分布 知道磁感线从A端向上穿过 再从B端向下穿过 由左手定则可知 A端受向外的安培力 B端受向内的安培力 导线开始转动后 电流有向里的分量 在向右的磁场中 受到向下的安培力 故由上往下看导线 逆时针转动的同时向下运动 A正确 答案 A 考点4安培力作用下的平衡问题 重点归纳 1 通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路 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 2 安培力做功的特点和实质 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 典例剖析例4 质量为m 长为L的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上 整个装置处于竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场中 直导体棒中通有恒定电流 平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成60 角 其截面图如图8 1 10所示 则下列关 于导体棒中的电流分析正确的是 图8 1 10 解析 导体棒受到竖直向下的重力 斜向上的弹力 要使导体棒平衡 应受水平向右的安培力 重力和安培力的合力大 中电流的方向应垂直纸面向里 故只有选项C正确 答案 C 考点练透 4 如图8 1 11所示为电流天平 它的右臂挂着矩形线圈 匝数为n 线圈的水平边长为L 处于匀强磁场内 磁感应强度大小为B 方向与线圈平面垂直 当线圈中通过方向如图所示的电流I时 调节砝码使两臂达到平衡 然后使电流反向 大小不 变 这时为使天平两臂再达到新的平衡 则需 图8 1 11 解析 由左手定则可知电流方向反向后 安培力方向竖直向下 故要使天平再次达到新的平衡 需要在天平的左盘中增加砝码 A B错误 由于天平是等臂杠杆 故左盘增加砝码的重力大小等于右盘增加的安培力 右盘安培力增加量为 F 答案 D