高考物理冲刺专题复习课件第三章 第4讲 磁场及磁场对电流的作用

欢迎进入物理课堂 1 磁场 磁感应强度 磁感线 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 洛伦兹力的公式 7 带电粒子在匀强磁场中的运动 8 质谱仪和回旋加速器 本章的考查热点有磁场的基本概念的理解 安培力 洛伦兹力 左手定则 带电粒子在磁场和复合场中的运动等 基本概念的理解往往以选择题的形式出现 带电粒子在磁场和复合场中的运动 以及磁场知识与生活 科技相联系的应用问题 常以计算题的形式出现 难度中等偏上 复习时应掌握有关磁场的基本概念和规律 能够熟练应用安培力的公式解决通电导线的平衡问题 对粒子只在磁场力作用下的圆周运动问题 要熟练掌握圆心 半径 圆心角的确定 对带电粒子在复合场中的运动 要注意运动学与动力学相结合 分析粒子运动规律特点 一 磁场 磁感应强度 磁通量1 磁场 1 基本特性 磁场对处于其中的磁体 电流和运动电荷有的作用 2 方向 小磁针的所受磁场力的方向或小磁针静止时北极的指向 磁场力 北极 N 2 磁感应强度 1 定义式 B 公式适用条件 通电导线垂直于磁场 2 方向 同磁场方向 3 磁通量 1 公式 其中S为与B垂直的面积 2 单位 1Wb BS 1T m2 特别提醒 磁通量是标量 但有正负之分 其正负仅表示磁感线是从正面穿过还是从反面穿过 二 几种常见磁场的磁感线分布1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图8 1 1 2 几种电流周围的磁场分布 越弱 匀强 由S极指向N极 非匀强 条形 越弱 特别提醒 同一个图中可以根据磁感线的疏密判定磁场的强弱 没有画出磁感线的地方并不表示该处没有磁场存在 3 匀强磁场 在磁场的某些区域内 磁感线为的平行线 如图8 1 2所示 等间距 4 地磁场 1 地磁场的N极在地理附近 地磁场的S极在地理附近 磁感线分布如图8 1 3所示 2 地磁场B的水平分量 Bx 总是从地理南极指向北极 而竖直分量 By 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 赤道处的地磁场沿水平方向 指向北 南极 北极 三 安培分子电流假说1 内容 在原子 分子等物质微粒的内部 存在着一种环形电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的 它的两侧相当于两个 2 该假说能够解释磁化 去磁等现象 3 分子电流的实质是原子内部带电粒子在不停地运动 磁体 磁极 四 安培力的大小和方向1 安培力的大小 如图8 1 4 1 F 2 磁场和电流垂直时 F 3 磁场和电流平行时 F BILsin BIL 0 特别提醒 L是有效长度 弯曲导线的有效长度L等于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 因为任意形状的闭合线圈 其有效长度为零 所以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 2 安培力的方向 1 用左手定则判定 2 安培力的方向特点 F B F I 即F垂直于决定的平面 B和I 特别提醒 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B与电流I不一定垂直 B与I垂直时产生的安培力最大 1 关于磁场和磁感线 下列说法中正确的是 A 磁感线总是从磁体N极出发到磁体S极终止B 磁感线的疏密程度描述了磁场的强弱C 磁场中某点磁场方向与可以自由转动的小磁针在该点时N极所指的方向相同D 磁场中某处磁感应强度方向与通电导线在该处所受的安培力方向相同 解析 在磁体内部磁感线是从磁体S极出发到N极 在磁体外部磁感线是从磁体N极到S极 磁感线是闭合的曲线 故A错误 安培力的方向与磁感应强度方向和电流方向均垂直 所以D错误 磁场方向的确定是以自由转动的小磁针在该点静止时N极的指向来确定的 磁场的大小是由磁感线的疏密程度来确定的 所以B正确 C错误 答案 B 2 关于磁通量 下列说法正确的是 A 磁通量不仅有大小而且有方向 是矢量B 在匀强磁场中 a线圈面积比b线圈面积大 则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大C 磁通量大磁感应强度不一定大D 把某线圈放在磁场中的M N两点 若放在M处的磁通量比放在N处的大 则M处的磁感应强度一定比N处的大 解析 磁通量只有大小 没有方向 是标量 故A错 由 BScos 知 的大小与B S 三个量有关 故B D错 C正确 答案 C 3 如图8 1 6所示 环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置 若将弹簧沿半径向外拉 使其面积增大 则穿过弹簧所包围面积的磁通量将 A 增大B 减小C 不变D 无法确定如何变化 解析 穿过弹簧所围面积的磁通量应为合磁通量 磁铁内部由S极指向N极的磁通量不变 而其外部由N极指向S极的磁通量随面积的增大而增大 故合磁通量减小 选B 答案 B 4 如图8 1 7所示 弹簧测力计下挂一条形磁铁 条形磁铁的N极的一部分位于未通电的螺线管内 下列说法中正确的是 A 若将a接电源正极 b接电源负极 弹簧测力计示数将不变B 若将a接电源正极 b接电源负极 弹簧测力计示数将增大C 若将a接电源负极 b接电源正极 弹簧测力计示数将增大D 若将a接电源负极 b接电源正极 弹簧测力计示数将减小 解析 若a接电源正极 可确定螺线管中电流方向 再根据安培定则 螺线管上端为N极 由同名磁极相互排斥 A B错误 同理C正确 D错误 答案 C 5 如图8 1 8所示 均匀绕制的螺线管水平放置 在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A A与螺线管垂直 表示导线中电流的方向垂直于纸面向里 电键S闭合后 A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是 A 水平向左B 水平向右C 竖直向下D 竖直向上 解析 电键闭合后根据安培定则可判定导线所在位置处磁感线的方向为水平向右 再由左手定则判定导线受到安培力的方向为竖直向下 C项正确 答案 C 6 如图8 1 9所示 在倾角为 的光滑斜面上 垂直纸面放置一根长为L 质量为m的直导体棒 在导体棒中的电流I垂直纸面向里时 欲使导体棒静止在斜面上 下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是 答案 A 典例启迪 例1 2011 铜陵模拟 如图8 1 10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 归纳领悟 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 11甲所示 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 11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 题组突破 1 如图8 1 12所示 半径为R的圆形线圈共有n匝 其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场 磁场方向垂直线圈平面 若磁感应强度为B 则穿过线圈的磁通量为 A BR2B Br2C n BR2D n Br2 答案 B 解析 磁通量与线圈匝数无关 且磁感线穿过的面积为 r2 而并非 R2 故B项对 2 如图8 1 13所示 一矩形线圈与通有相同大小的电流的两平行直导线位于同一平面内 而且处在两导线的中央 则 A 两电流同向时 穿过线圈的磁通量为零B 两电流反向时 穿过线圈的磁通量为零C 两电流同向或反向 穿过线圈的磁通量都相等D 因两电流产生的磁场是不均匀的 因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零 解析 根据安培定则和通电直导线周围的磁场分布情况 可知当两电流同向时 正向和反向穿过线圈平面的磁感线条数相同 其磁通量为零 故选项A正确 B C D错误 答案 A 3 如图8 1 14所示 有一四面体OABC处在Ox方向的匀强磁场中 下列关于穿过各个面的磁通量的说法错误的是 A 穿过AOB面的磁通量为零B 穿过ABC面和BOC面的磁通量相等C 穿过AOC面的磁通量为零D 穿过ABC面的磁通量大于穿过BOC面的磁通量 解析 利用 BS或 BS 求得穿过AOB面和AOC面的磁通量为零 BOC面和ABC面的磁通量相等 故选D 答案 D 例2 如图8 1 15所示 蹄形磁体用悬线悬于O点 在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线 当导线中通以由左向右的电流时 蹄形磁铁的运动情况将是 A 静止不动B 向纸外平动C N极向纸外 S极向纸内转动D N极向纸内 S极向纸外转动 解析 首先画出导线所在位置的磁感线分布情况如图所示 导线左边与右边的磁场方向不同 故把导线分为左右两部分 由左手定则可知左边的导线受到向内的作用力 右边的导线受到向外的作用力 所以导线左边向内转动 右边向外转动 现在导线固定 蹄形磁铁可以自由转动 磁铁的转动方向与导线的转动方向相反 所以蹄形磁铁的N极向外转动 S极向内转动 本题选C 答案 C 归纳领悟 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 题组突破 4 矩形导线框abcd与无限长直导线MN放在水平面上 ab边与MN平行 直导线的电流方向如图8 1 16所示 它将在其右侧产生一个磁场 当线框通顺时针方向的电流时 下列叙述正确的是 ab cd边所受直导线电流的磁场的安培力方向相同 ab cd边所受直导线电流的磁场的安培力方向相反 线框所受直导线电流的磁场的安培力的合力朝右 线框所受直导线电流的磁场的安培力的合力朝左A B C D 解析 由安培定则可判断 线框所在处磁场方向垂直于纸面向里 由左手定则可判断ab受安培力水平向左 cd所受安培力水平向右 但因ab所在处磁感应强度大 故Fab Fcd 线框所受安培力的合力朝左 答案 D 5 2010 上海高考 如图8 1 17 水平桌面上放置一根条形磁铁 磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线 并与磁铁垂直 当直导线中通入图中所示方向的电流时 可以判断出 A 弹簧的拉力增大 条形磁铁对桌面的压力减小B 弹簧的拉力减小 条形磁铁对桌面的压力减小C 弹簧的拉力增大 条形磁铁对桌面的压力增大D 弹簧的拉力减小 条形磁铁对桌面的压力增大 解析 如图所示 画出直导线附近的条形磁铁的磁感线 由左手定则 直导线受向下的安培力 由力的作用是相互的 条形磁铁受向上的作用力 故A正确 答案 A 典例启迪 例3 如图8 1 18所示 两平行金属导轨间的距离L 0 40m 金属导轨所在的平面与水平面夹角 37 在导轨所在平面内 分布着磁感应强度B 0 50T 方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场 金属导轨的一端接有电动势E 4 5V 内阻r 0 50 的直流电源 现把一个质量m 0 040kg的导体棒ab放在金属导轨上 导体棒恰好静止 导体棒与金属 导轨垂直且接触良好 导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0 2 5 金属导轨电阻不计 g取10m s2 已知sin37 0 60 cos37 0 80 求 1 通过导体棒的电流 2 导体棒受到的安培力大小 3 导体棒受到的摩擦力 思路点拨 解答本题时应注意以下三个方面 1 导体棒中的电流可由闭合电路欧姆定律求解 2 判断安培力的方向 画好导体棒受力图 3 摩擦力应由物体的平衡条件列式计算 答案 1 1 5A 2 0 30N 3 0 06N 归纳领悟 1 对导体棒进行受力分析时 注意将三维立体图转变为二维平面图画受力图 2 通电导体棒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 题组突破 6 质量为m的通电细杆置于倾角为 的导轨上 导轨的宽度为d 杆与导轨间的动摩擦因数为 有垂直于纸面向里的电流通过杆 杆恰好静止于导轨上 在如图8 1 19所示的A B C D四个图中 杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是 图8 1 19 解析 中通电细杆所受安培力水平向右 中安培力竖直向上 这两种情况 即使没有摩擦力 通电细杆也可以静止在导轨上 中安培力竖直向下 中安培力水平向左 这两种情况 如果没有摩擦力 通电细杆均不能静止 故 均对 答案 D B C D 7 质量为m 长度为L的导轨棒MN静止于水平导轨上 通过MN的电流为I 匀强磁场的磁感应强度为B 方向与导轨平面成 角斜向下 如图8 1 20所示 求棒MN受到的支持力和摩擦力 图8 1 20 答案 FN Fcos mgFf BILsin 解析 注意棒与磁场方向是垂直的关系 安培力方向既垂直于棒又垂直于磁场 棒MN受力分析如图所示 由平衡条件水平方向Ff Fsin 竖直方向 FN Fcos mg且F BIL 从而得 Ff BILsin FN Fcos mg 10分 如图8 1 21所示 质量为m 50g 长l 10cm的铜棒 用长度也为l的两根轻软导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度B 1 3T 未通电时 轻线在竖直方向 通入恒定电流后 棒向外偏转的最大角度 37 求此棒中恒定电流的大小 自主尝试 试一试 能否做到正确解答 答案 5A 点击下图进入 创新演练 大冲关 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全