高考物理一輪復習 第八章 第1單元 磁場的描述 磁場對電流的作用課件.ppt

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,必考部分,第八章 磁場,,第1單元 磁場的描述 磁場對電流的作用,網(wǎng)控基礎(chǔ)點 提煉命題源,一、磁場、磁感應強度 1．磁場 (1)基本特性：磁場對處于其中的磁體、電流和________有________的作用． (2)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向，或自由小磁針靜止時________的指向． (3)磁體與磁體之間、磁體與電流之間、電流與電流之間的相互作用是通過________發(fā)生的． (1)運動電荷 力 (2)N極 (3)磁場,讀讀教材,2．(1)強弱 方向 (3)靜止 N極 3.(1)相等 相同,二、磁感線、電流的磁場 1．磁感線 (1)磁感線：在磁場中畫出一些有方向的曲線，使曲線上各點的________跟這點的磁感應強度方向一致． (2)磁感線的________表示磁場的強弱，磁感線切線的方向表示該點磁場的方向． (1)切線方向 (2)疏密,2．常見磁體的磁場分布規(guī)律 (1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場,,(2)地磁場 ①地磁場的N極在地理南極附近，S極在地理北極附近，磁感線分布如圖所示． ②地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球南極指向北極；而豎直分量(By)則南北相反，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，距離地球表面高度相等的各點，磁場強弱相同，且方向水平向北．,,3．電流的磁場 越弱 S N 越弱,三、磁場對電流的作用——安培力 1．安培力的方向 (1)左手定則：伸開左手，讓拇指與其余四個手指________，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向________的方向，這時________所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向． (2)安培力的方向特點：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于______________決定的平面． (3)兩平行的通電直導線間的安培力：同向電流互相________，異向電流互相________． (1)垂直 電流 拇指 (2)電流和磁場 (3)吸引 排斥,2．安培力的大小 當磁感應強度B的方向與導線電流方向成θ角時，F(xiàn)＝________，這是一般情況下的安培力的表達式，以下是兩種特殊情況： (1)當磁場與電流________時，安培力最大，F(xiàn)max＝________. (2)當磁場與電流________時，安培力等于零． ILBsin θ 垂直 ILB 平行,練練基礎(chǔ),┃題組一┃ 磁場、磁感應強度,解析：磁感應強度是磁場本身的性質(zhì)，與放入磁場中的導體的電流或受力大小F無關(guān)，A錯誤；磁感應強度B是矢量，其方向與F總是垂直的，電流方向與F也總是垂直的，B、C錯誤；在確定的磁場中，某一點的磁感應強度B是確定的，由磁場本身決定，與其他外來的一切因素無關(guān)，D正確．,2．有a、b、c、d四個小磁針，分別放置在通電螺線管的附近和內(nèi)部，如圖所示．其中小磁針的指向正確的是( ) A．a(chǎn) B．b C．c D．d,,3．(多選)在xOy平面中有一通電直導線與Ox、Oy軸相交，導線中電流方向如圖所示．該區(qū)域有勻強磁場，通電直導線所受磁場力的方向與Oz軸的正方向相同．該磁場的方向可能是( ) A．沿z軸正方向 B．沿y軸負方向 C．沿x軸負方向 D．沿z軸負方向,┃題組二┃ 安培力的大小和方向,,解析：由左手定則可判斷磁場方向與xOy平面平行，可能沿y軸負方向，也可能沿x軸負方向，選項B、C正確．,4．(2015渭南質(zhì)檢)如圖所示，長方形線框abcd通有電流I，放在直線電流I′附近，以下關(guān)于線框四個邊所受安培力的說法正確的是( ) A．線框只有兩個邊受力，合力向左 B．線框只有兩個邊受力，合力向右 C．線框四個邊都受力，合力向左 D．線框四個邊都受力，合力向右,解析：直線電流產(chǎn)生磁場，通電線框處在磁場中，四條邊都受安培力，其中ab和cd邊所受安培力等大反向，合力為零；ad和bc邊所受安培力方向相反，F(xiàn)adFbc，所以C正確．,,5．關(guān)于通電直導線在勻強磁場中所受的安培力，下列說法正確的是( ) A．安培力的方向可以不垂直于直導線 B．安培力的方向總是垂直于磁場的方向 C．安培力的大小與通電直導線和磁場方向的夾角無關(guān) D．將直導線從中點折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话?,1．磁場是客觀存在的特殊物質(zhì)，磁感線是形象描述磁場而假想的曲線． 2．磁場方向、磁感應強度方向、磁感線的切線方向是相同的，都是小磁針N極的受力方向． 3．磁感線是閉合曲線，任意兩條磁感線不相交、不相切、不中斷． 4．電流在磁場中不一定受安培力，而電荷在電場中一定受電場力．,小思考 微總結(jié),研細核心點 練透經(jīng)典題,1．安培定則的“因”和“果” 2．磁場的疊加 磁感應強度是矢量，多個通電導體產(chǎn)生的磁場疊加時，合磁場的磁感應強度等于各場源單獨存在時在該點磁感應強度的矢量和．,考點一 安培定則的應用及磁場疊加,[試題調(diào)研],,[解題探究] 1．直線電流的磁場在空間某處的磁感應強度與哪些因素有關(guān)？ 提示：與電流的大小以及該點到電流的距離有關(guān)．在電流相同的情況下，只與距離有關(guān)． 2．分析a點磁感應強度的大小和方向． 提示：靠近a點的兩個電流在a點的磁感強度大小相等，方向相反，相互抵消，相當于只有遠離a點的電流產(chǎn)生磁場． [解析] 由于通過三條導線的電流大小相等，結(jié)合右手定則可判斷出三條導線在a、b處產(chǎn)生的合磁感應強度垂直紙面向外，在c處垂直紙面向里，且B1＝B2B3，故選項A、C正確． [答案] AC,本題考查磁場的疊加和安培定則的應用，解決此類問題應注意以下幾點： (1)根據(jù)安培定則確定通電導線周圍磁感線的方向． (2)磁場中每一點磁感應強度的方向為該點磁感線的切線方向． (3)磁感應強度是矢量，疊加時遵循矢量合成法則．,名師歸納點題破疑,1－1.(2015石家莊一模)在實驗精度要求不高的情況下，可利用羅盤來測量電流產(chǎn)生磁場的磁感應強度，具體做法是：在一根南北方向放置的直導線的正下方10 cm處放一個羅盤．導線沒有通電時，羅盤的指針(小磁針的N極)指向北方；當給導線通入電流時，發(fā)現(xiàn)羅盤的指針偏轉(zhuǎn)一定角度，根據(jù)偏轉(zhuǎn)角度即可測定電流磁場的磁感應強度．現(xiàn)已測出此地的地磁場水平分量B＝5.010－5 T，通電后羅盤指針停在北偏東60的位置，如圖所示．由此測出該通電直導線在其正下方10 cm 處產(chǎn)生磁場的磁感應強度大小為( ),[類題練熟],A．5.010－5 T B．1.010－4 T C．8.6610－5 T D．7.0710－5 T,,,1－2.如圖所示，兩根相互平行的長直導線過紙面上的M、N兩點，且與紙面垂直，導線中通有大小相等、方向相反的電流．a(chǎn)、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點的距離均相等．關(guān)于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是( ) A．O點處的磁感應強度為零 B．a(chǎn)、b兩點處的磁感應強度大小相等，方向相反 C．c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同 D．a(chǎn)、c兩點處磁感應強度的方向不同,解析：根據(jù)安培定則判斷磁場方向，再結(jié)合矢量的合成知識求解．根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點產(chǎn)生的磁場方向均垂直于MN向下，O點的磁感應強度不為零，故A選項錯誤；a、b兩點的磁感應強度大小相等，方向相同，故B選項錯誤；根據(jù)對稱性，c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同，故C選項正確；a、c兩點的磁感應強度方向相同，故D選項錯誤．,1．基本思路 判定通電導體在安培力作用下的運動或運動趨勢，首先必須弄清楚導體所在位置的磁場磁感線分布情況，然后利用左手定則準確判定導體的受力情況，進而確定導體的運動方向或運動趨勢的方向．,考點二 安培力作用下通電導體運動方向的判定,2．常用方法,[調(diào)研2] 如圖所示，把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心，且垂直于線圈平面，當線圈中通入如圖所示方向的電流后，線圈的運動情況是( ) A．線圈向左運動 B．線圈向右運動 C．從上往下看順時針轉(zhuǎn)動 D．從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動 [解析] 方法一：電流元法．把圓形線圈分成很多小段，每一小段可以看做一段直線電流，取其中的上下兩小段分析，其截面圖和所受安培力的情況如圖甲所示，根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運動，選項A正確．,[試題調(diào)研],,方法二：等效法．將環(huán)形電流等效為磁鐵．根據(jù)安培定則，通電線圈相當于左側(cè)為S極、右側(cè)為N極的磁鐵，如圖乙所示．根據(jù)異名磁極相互吸引，條形磁鐵與等效磁鐵之間是吸引力，即通電線圈受條形磁鐵的作用力向左，故線圈向左運動，選項A正確． [答案] A,,分析通電導線在安培力作用下的運動問題，首先要明確通電導線所在處的磁場方向，然后用左手定則確定通電導線所受安培力的方向．切記安培力垂直于通電導線和磁場方向決定的平面，注重各種判斷法的靈活運用．,名師歸納點題破疑,2－1.如圖所示，把一通電導線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導線可以自由移動．當導線通過電流I時，如果只考慮安培力的作用，則從上往下看，導線的運動情況是( ) A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升,[類題練熟],解析：第一步：電流元法 把直線電流等效為OA、OB兩段電流元，蹄形磁鐵磁感線分布以及兩段電流元所受安培力方向相反，如圖甲所示．可見從上往下看時，導線將逆時針方向轉(zhuǎn)動． 第二步：特殊位置法 取導線逆時針轉(zhuǎn)過90的特殊位置來分析，如圖b所示．根據(jù)左手定則可判斷安培力方向向下，故導線在逆時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動．,,2－2.直導線ab與線圈所在的平面垂直且隔有一小段距離，其中直導線固定，線圈可自由運動，當通過如圖所示的電流方向時(同時通電)，從左向右看，線圈將( ) A．不動 B．順時針轉(zhuǎn)動，同時向右平移 C．順時針轉(zhuǎn)動，同時向左平移 D．逆時針轉(zhuǎn)動，同時向右平移,,解析：根據(jù)安培定則知，直線電流在左側(cè)點的磁場方向豎直向下，與等高點電流方向平行，所以左側(cè)的等高點不受安培力，同理，右側(cè)的等高點也不受安培力．取線圈上下位置一微元研究，上邊微元電流方向向上，直線電流在此處位置產(chǎn)生的磁場方向為左上方，根據(jù)左手定則，上邊微元受到的安培力垂直紙面向外；下邊微元電流方向也向上，直線電流在此處位置產(chǎn)生的磁場方向為右上方，根據(jù)左手定則，下邊微元所受安培力垂直紙面向里，所以圓形線圈將以等高線的直徑為軸順時針轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動的過程中右側(cè)的電流受到的安培力方向向左，所以線圈會同時向左運動．,安培力作用下的平衡問題解題的基本思路和力學問題一樣，先取研究對象進行受力分析，然后根據(jù)題中平衡條件列式求解．具體求解應注意： 1．安培力的大小 (1)當通電導體和磁場方向垂直時，F(xiàn)＝ILB． (2)當通電導體和磁場方向平行時，F(xiàn)＝0. (3)當通電導體和磁場方向的夾角為θ時，F(xiàn)＝ILBsin θ. 2．安培力的方向 (1)安培力的方向由左手定則確定． (2)F⊥B，同時F⊥I，即F垂直于B和I決定的平面，但I和B不一定垂直．,考點三 安培力作用下的平衡問題,[試題調(diào)研],磁感應強度B是描述磁場性質(zhì)的重要物理量，測定磁感應強度也有許多常用的方法，如電流天平法、利用霍爾效應測定磁感應強度(見本章熱點專題)這都要根據(jù)磁場的性質(zhì)(或效應)去測量．,名師歸納點題破疑,3－1.在水平面上放一條形磁鐵，用輕質(zhì)彈簧將磁鐵和固定擋板連接起來，彈簧處于自然長度．現(xiàn)在磁鐵左上方位置固定一導體棒，如圖所示，當導體棒中通以垂直紙面向里的電流I時，磁鐵恰能靜止在原來位置；現(xiàn)將通過導體棒的電流緩慢增大為2I，則以下說法正確的是( ) A．磁鐵向左移動，穩(wěn)定后導體棒處在磁鐵正中位置的上方 B．磁鐵向左移動，穩(wěn)定后導體棒仍在磁鐵靠左端位置的上方 C．磁鐵向右移動，穩(wěn)定后導體棒仍處在磁鐵靠左端位置的上方 D．磁鐵仍靜止不動,[類題練熟],,解析：當導體棒中通以垂直紙面向里的電流I時，導體棒受到的安培力和磁鐵的受力如圖所示，此時地面靜摩擦力最大．若將通過導體棒的電流增大為2I，安培力將增大，地面支持力FN＝mg－FAsin θ減小，最大靜摩擦力減小，同時安培力水平向左的分量FAx＝FAcos θ增大，因此合力向左，磁鐵向左移動，C、D錯誤；在磁鐵向左移動時，θ增大，F(xiàn)Ax＝FAcos θ減小，同時彈簧被壓縮，產(chǎn)生向右的彈力，向左的合力減小，合力減小到0時，F(xiàn)Ax＝FAcos θ仍然向左，因此θ90，穩(wěn)定后導體棒仍在磁鐵靠左端位置的上方，A錯誤，B正確．,,,用圖形轉(zhuǎn)化法解決與安培力有關(guān)的力電綜合問題,[思想方法技巧(十一)] [名師點睛] 在三維空間對物體受力分析時，無法準確畫出其受力情況，在解決此類問題時，可將三維立體圖轉(zhuǎn)化為二維平面圖，即通過畫俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等，可較清晰地明確物體受力情況，畫出受力分析圖．,[經(jīng)典范例] 如圖所示，有一阻值不計、質(zhì)量為m的金屬棒ab可在兩條軌道上滑動，軌道寬為L，軌道平面與水平面間的夾角為θ，置于垂直軌道平面向上的勻強磁場中，磁感應強度大小為B．金屬棒與軌道間的最大靜摩擦力為重力的k倍，回路中電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，軌道電阻也不計．問：滑動變阻器滑片在什么阻值范圍內(nèi)，金屬棒恰能靜止在軌道上？,,[解題指導] 金屬棒靜止在斜面上，相對運動趨勢不確定．當滑動變阻器阻值減小時，電流變大，安培力沿斜面向上增加，當剛要發(fā)生相對運動時，靜摩擦力達到最大值，此時滑動變阻器阻值有最小值，反之，有最大值．,[答案] 見解析,,求解通電導體在磁場中的力學問題的方法 (1)選定研究對象； (2)變?nèi)S為二維，畫出平面受力分析圖，判斷安培力的方向時切忌跟著感覺走，一定要用左手定則來判斷，注意F安⊥B、F安⊥I； (3)根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律列方程進行求解．,多維思考技法提煉,,答案：2.5 A,,,