磁场的描述磁场对电流的作用.ppt

考点扫描 1 磁场磁感应强度磁感线磁通量 2 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 3 安培力安培力的方向 4 匀强磁场中的安培力 5 洛伦兹力洛伦兹力的方向 6 洛伦兹力公式 7 带电粒子在匀强磁场中的运动 8 质谱仪和回旋加速器的基本原理 考情上线 1 纵观近几年高考 涉及本章知识点的题目年年都有 考查次数最多的是与洛伦兹力有关的带电粒子在匀强磁场或复合场中的运动 其次是与安培力有关的通电导体在磁场中的加速或平衡问题 2 本章知识常与电场 恒定电流以及电磁感应 交变电流等章节知识广泛联系综合考查 是高考的热点 3 本章知识与生产 生活 现代科技联系密切 如质谱仪 回旋加速器 粒子速度选择器 等离子体发电机 电磁流量计等高科技仪器的理解及应用相联系 在复习中应做到有的放矢 一 磁场及其描述1 定义 磁场是磁体 电流周围存在的一种特殊物质 2 方向 磁场中任一点小磁针N极所受的方向为该点的磁场方向 3 磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁体 电流和运动电荷都有磁场力的作用 磁场力 磁场强弱 静止 特斯拉 5 磁感线 在磁场中人为地画出一系列曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的的方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 磁感线的疏密程度表示磁场的 磁感应强度 强弱 二 几种常见的磁场1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图8 1 1 图8 1 1 2 地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似 其主要特点有三个 1 地磁场的在地理南极附近 在地理北极附近 2 地磁场B的水平分量 Bx 总是从地理指向 而竖直分量 By 则南 北半球相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 3 在赤道平面上 距离地球表面高度相等的各点 磁场强弱相同 且方向水平向北 N极 S极 南极 北极 3 几种电流周围的磁场分布 越弱 越弱 4 匀强磁场 1 定义 处处相同的磁场 2 磁感线特点 匀强磁场的磁感线为间隔相同的平行直线 如图8 1 2所示 强弱 方向 图8 1 2 3 常见例子 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 边缘部分除外 相隔一定距离的两个平行放置的通电线圈中间区域的磁场 5 磁通量 1 公式 2 单位 韦伯 韦 符号 Wb 1Wb 1T m2 3 适用条件 匀强磁场 S是垂直磁场并在磁场中的有效面积 BS 图8 1 3 三 安培力的大小和方向1 安培力的大小如图8 1 3所示 1 F 2 磁场和电流垂直时 F 3 磁场和电流平行时 F 0 BILsin 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 I 安培力的方向垂直于磁感应强度B和电流I所决定的平面 但磁感应强度与电流不一定垂直 四 磁电式电流表1 基本组成部分 磁铁和放在磁铁两极之间的 2 工作原理如图8 1 4所示 磁场的方向总沿着均匀辐射地分布 在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是的 保证B的大小不发生变化 且安培力的方向与线圈垂直 图8 1 4 线圈 半径方向 相等 当电流通过线圈时 导线受到安培力的作用 线圈转动 螺旋弹簧变形 反抗线圈的转动 电流越大 安培力就 螺旋弹簧的形变也就 I与指针偏角 成正比 表盘刻度均匀 所以 从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小 越大 越大 3 优 缺点 优点是精确度高 能测出很弱的电流 缺点是线圈的导线很细 允许通过的电流很弱 1 下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是 A 通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B 通导导线在磁感应强度大的地方受力一定大C 放在匀强磁场中各处的通电导线 受力大小和方向处处相同D 磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 解析 因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定 与通电导线的受力及方向都无关 故A错误 D正确 因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关 而且与通电导线的取向有关 故B错误 对C选项虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等 但当导线在各个位置的方向不同时 磁场力是不同的 导线与磁场垂直时受磁场力最大 与磁场平行时受磁场力为零 而C中没有说明导线在各个位置的取向是否相同 故C错误 答案 D 2 2011 沈阳模拟 如图8 1 5所示为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图 其工作原理类似打点计时器 当电流从电磁铁的接线柱a流入 吸引小磁铁向下运动时 以下选项中正确的是 图8 1 5 A 电磁铁的上端为N极 小磁铁的下端也为N极B 电磁铁的上端为S极 小磁铁的下端也为S极C 电磁铁的上端为N极 小磁铁的下端为S极D 电磁铁的上端为S极 小磁铁的下端为N极 解析 当电流从a端流入电磁铁时 据右手螺旋定则 判断出电磁铁的上端为S极 此时能吸引小磁铁向下运动 故说明小磁铁的下端为N极 故正确答案为D 答案 D 3 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如图8 1 6中箭头所示 当没有磁场时 导线呈直线状态 当分别加上方向竖直向上 水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时 描述导线状态的四个图示中正确的是 图8 1 6 解析 电流与磁场平行放置时不受磁场力 选项A错误 电流与磁场垂直放置时 由左手定则知选项D正确 答案 D 4 如图8 1 7 用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN 电流I方向从M到N 绳子的拉力均为F 为使F 0 可能达到要求的方法是 图8 1 7A 加水平向右的磁场B 加水平向左的磁场C 加垂直纸面向里的磁场D 加垂直纸面向外的磁场 解析 若F 0 则F安 mg 0 故安培力方向必竖直向上 由左手定则知磁场方向为垂直纸面向里 故C正确 答案 C 5 如图8 1 8所示 PQ和MN为水平 平行放置的金属导轨 相距1m 导体棒ab跨放在导轨上 棒的质量为m 0 2kg 棒的中点用细绳经滑轮与物体相连 图8 1 8物体的质量M 0 3kg 棒与导轨间的动摩擦因数为 0 5 匀强磁场的磁感应强度B 2T 方向竖直向下 为了使物体匀速上升 应在棒中通入多大的电流 方向如何 g 10m s2 解析 导体棒ab受力如右图所示 由平衡条件 FN mg BIL Ff Mg 0 又Ff FN 联立 得I 2A 由左手定则知电流方向由a b 答案 2Aa b 对磁感应强度的理解 4 磁感应强度B与电场强度E的比较 关键一点 1 电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反 而磁感应强度的方向和电流元受力方向垂直 2 电荷在电场中一定受静电力作用 而电流在磁场中不一定受安培力 如图8 1 9所示 在a b c三处垂直于纸面放置三根长直通电导线 电流大小相等 a b c是等图8 1 9边三角形的三个顶点 a处电流在三角形中心O点产生的磁场的磁感应强度大小为B 求O处的磁感应强度 思路点拨 首先求出a b c三根导线电流在O处各自形成的磁场的磁感应强度的大小和方向 然后利用平行四边形定则进行合成 解析 由于Oa Ob Oc 所以在各电流等大的前提下 各处的电流在O点的磁感应强度大小也都为B 根据安培定则 各电流在O处的磁感应强度应垂直于各点和O的连线 如图所示 由图中几何关系知Ba与Bb夹角为120 所以根据平行四边形定则 a b在O处的合磁感应强度为B 方向水平向右 所以O处的总磁感应强度大小为2B 方向平行ab连线向右 答案 2B 方向平行ab连线向右 在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清 因 和 果 在判定直线电流的磁场方向时 大拇指指 原因 电流方向 四指指 结果 磁场绕向 在判定环形电流的磁场方向时 四指指 原因 电流绕向 大拇指指 结果 环内沿中心轴线的磁感线方向 学之用 1 在北京地区进行如下实验 一个可以在水平面内自由转动的小磁针 在地磁场作用下保持静止 一根直导线位于小磁针的北方 竖直放置 且通有竖直向上的电流 已知地磁场的水平分量为B1 长直导线的电流形成的磁场在小磁针处的磁感应强度为B0 则小磁针的N极将 答案 D 对磁通量的理解 师之说 1 B S的含义 BS只适用于磁感应强度B与面积S垂直的情况 当S与垂直于B的平面间的夹角为 时 则有 BScos 可理解为 B Scos 即 等于B与S在垂直于B方向上分量的乘积 也可理解为 Bcos S 即 等于B在垂直于S方向上的分量与S的乘积 如图8 1 10甲所示 图8 1 10 2 面积S的含义S不一定是某个线圈的真正面积 而是线圈在磁场范围内的面积 如图8 1 10乙所示 S应为线圈面积的一半 3 多匝线圈的磁通量多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关 因为不论线圈匝数多少 穿过线圈的磁感线条数相同 而磁感线条数可表示磁通量的大小 4 合磁通量求法若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在 当计算穿过这个面的磁通量时 先规定某个方向的磁通量为正 反方向的磁通量为负 平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 关键一点 1 磁通量是标量 其正 负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面 2 同一线圈平面 如果正向穿过平面的磁感线条数与反向穿过平面的条数一样多 则 0 如图8 1 11所示 边长为100cm的正方形闭合线圈置于匀强磁场中 线圈ab cd两边中点连线OO 的左右两侧分别存在方向图8 1 11相同 磁感应强度大小各为B1 0 6T B2 0 40T的匀强磁场 若从上往下看 线圈逆时针方向转过37 时 穿过线圈的磁通量改变了多少 线圈从初始位置转过180 时 穿过线圈平面的磁通量改变了多少 思路点拨 根据磁通量的定义 分别求出转动前后通过线圈abcd的磁通量 再求出磁通量的改变量 答案 0 1Wb 1 0Wb 求解磁通量时 当B与S不垂直时 可用两个方法求合磁通量 一是分解B 用垂直于S的分量B 求 二是投影S 将S投影到与B垂直的方向上 并求出S投影 然后利用 BS投影求 学之用 2 如图8 1 12所示 有两个同心放置且共面的金属圆环 条形磁铁穿过圆心且与两环面垂直 比较通过两环的磁通量 a b 则 图8 1 12A a bB a bC a bD 不能确定 解析 由于磁感线是闭合曲线 在磁体内部是由S极指向N极 在磁体外部是由N极指向S极 且在磁体外部的磁感线分布在磁体的周围较大的空间 又由于穿过圆环a b的磁通量均为 内 外 因此线圈面积越大 磁感线抵消得越多 合磁通量越小 故b环的磁通量较小 A项正确 答案 A 安培力作用下通电导体运动方向的判定 师之说 1 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 常用方法 关键一点 1 在应用左手定则时 磁感线不一定垂直穿过手心 但四指一定指向电流方向 大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 2 某些导体在安培力作用下可能会出现平动与转动同时发生的情况 这时就可以应用特殊位置法 如图8 1 13所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方 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 图8 1 13A 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 思路点拨 首先明确常见磁场的磁感线分布情况 然后取 电流元 用左手定则判定其受力方向 特别注意电流旋转后 有了垂直于纸面的分量而导致向下受力 解析 1 电流元法如图所示 把直线电流等效为AO O O OB三段 O O段极短 电流元 由于O O段电流方向与该处磁场方向平行 所以不受安培力作用 AO 段电流元所在处的磁场方向倾斜向上 根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外 OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下 同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里 综上可知导线将以OO 段为轴顺时针转动 俯视 2 特殊位置法把导线转过90 的特殊位置来分析 根据左手定则判得安培力方向向下 故导线在顺时针转动的同时向下运动 综上所述 选项A正确 答案 A 判断通电导线 或线圈 在安培力作用下的运动方向时 可以有多种方法 具体选用哪一种 可以视情况而定 在本题中 除了已用到的两种方法外 还可以应用 转换研究对象法 即假设导线固定不动 判断出蹄形磁铁的N S极受力方向 从而确定蹄形磁铁的转动方向 再根据实际情况 将结论反过来即可 学之用 3 将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来 在其附近放一条形磁铁 磁铁的轴线与圆环在同一个平面内 且通过圆环中心 如图图8 1 148 1 14所示 当圆环中通以顺时针方向的电流时 从上往下看 A 圆环顺时针转动 靠近磁铁B 圆环顺时针转动 远离磁铁C 圆环逆时针转动 靠近磁铁D 圆环逆时针转动 远离磁铁 解析 该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针 N极在内 S极在外 根据同极相互排斥 异极相互吸引 可得C项正确 答案 C 安培力的大小和做功情况分析 师之说 1 安培力公式的说明 1 可把安培力公式写为F Bsin IL 为B与I方向夹角 即相当于只有与L垂直的磁感应强度的分量对电流产生安培力 2 L是有效长度 即为在垂直磁感应强度方向的投影长度 2 通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动 1 确定研究对象 对研究对象进行受力分析 2 画出受力平面图 3 依据平衡条件或牛顿第二定律列方程 3 安培力做功的实质 能量的转化 1 安培力做正功 是将电源的电能转化为导线的动能或转化为其他形式的能 2 安培力做负功 是将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能 关键一点 1 对导线进行受力分析时 注意将三维立体图转变为二维平面图画受力图 2 通电导线在磁场中的平衡及加速运动问题的处理方法与纯力学问题一样 无非是有安培力参与作用 思路点拨 先根据闭合电路欧姆定律求出电流I 进而求出安培力 当F安 mgsin 时 Ff静沿导轨向下 当F安 mgsin 时 Ff静沿导轨向上 最后由力的平衡条件列式求解 解析 金属棒受到四个力作用 重力mg 垂直框面向上的支持力FN 沿框面向上的安培力F安 沿框面的静摩擦力Ff静 金属棒静止在框架上时 Ff静的方向可能沿框面向上 也可能向下 需分两种情况考虑 当变阻器R取值较大时 I较小 安培力F安较小 在金属棒重力分力mgsin 作用下棒有沿框架下滑的趋势 框架对棒的摩擦力沿框面向上 受力如图所示 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 答案 1 4 R 8 2 1 解决有关通电导体在磁场中的平衡问题 关键是受力分析 只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力 2 画好辅助图 如斜面 标明辅助方向 如B的方向 I的方向等 是画好受力分析图的关键 3 由于安培力 电流I 磁感应强度B的方向之间涉及到三维空间 所以在受力分析时要善于把立体图转化成平面图 4 如图8 1 16所示 在倾角为37 的光滑斜面上有一根长为0 4m 质量为6 10 2kg的通电直导线 电流强度I 1A 图8 1 16方向垂直于纸面向外 导线用平行于斜面的轻绳拴住不动 整个装置放在磁感应强度每秒增加0 4T 方向竖直向上的磁场中 设t 0时 B 0 则需要多长时间 斜面对导线的支持力为零 g取10m s2 学之用 答案 5s 1 2010 上海高考 如图8 1 17 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 当在该导线中图8 1 17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 A 0B 0 5BIlC BilD 2BIl 解析 V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl 方向分别垂直于导线斜向上 再由平行四边形定则可得其合力F BIl 答案为C 答案 C 答案 A 答案 BD 点击此图片进入课下提知能