高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 磁場 第1講 磁場及其對電流的作用課件 新人教版.ppt

磁場 第九章 考試說明 第1講磁場及其對電流的作用 知識梳理自測 1 磁場 1 定義 磁場是 周圍存在的一種特殊物質(zhì) 2 基本性質(zhì) 磁場對處于其中的 和 有磁場力的作用 3 方向 小磁針的 所受磁場力的方向 2 磁感應(yīng)強度 1 定義式 通電導(dǎo)線垂直于磁場 2 方向 小磁針靜止時 的指向 知識點1 磁場 磁感應(yīng)強度 磁體 電流 磁體 電流 運動電荷 n極 n極 1 磁感線 在磁場中畫出一些曲線 使曲線上每一點的 方向都跟這點的磁感應(yīng)強度的方向一致 2 安培定則 1 通電直導(dǎo)線 右手握住導(dǎo)線 讓 所指的方向與電流方向一致 所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向 2 環(huán)繞電流 讓右手 與環(huán)形電流的方向一致 所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向 知識點2 磁感線與安培定則 切線 伸直的拇指 彎曲的四指 彎曲的四指 伸直的拇指 如圖 分別表示通電直導(dǎo)線 環(huán)形電流 通電線圈周圍的磁場 表示 的方向 表示 的方向 電流 磁場 思考 磁鐵產(chǎn)生磁場的本質(zhì)是什么 答案 磁鐵中的每個原子會存在分子電流 并因分子電流而產(chǎn)生一個很小的磁場 平時分子電流磁場是雜亂無章的 所以對外不顯磁性 在磁鐵被磁化時 所有的分子電流磁場在強大的外磁場作用下會旋轉(zhuǎn)自身的方向并趨于和外磁場的方向一致 這些分子電流磁場會合成一個較強的磁場 這時磁鐵就會顯示出磁性 在外加磁場撤去后 分子電流磁場還會有序排列 對外顯示出磁性 1 安培力的方向 左手定則 1 伸出左手 讓拇指與其余四指 并且都在同一個平面內(nèi) 2 讓磁感線從掌心進入 并使 指向電流方向 3 所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向 如圖 表示 的方向 表示 的方向 表示 的方向 知識點3 安培力的大小與方向 垂直 四指 拇指 電流 磁場 安培力 2 安培力的大小 f 為磁場方向與電流方向的夾角 1 當(dāng)磁場與電流垂直時 f 2 當(dāng)磁場與電流平行時 f bilsin bil 0 思考 1 磁場中的一小段通電導(dǎo)體在該處受力為零 此處b一定為零嗎 2 利用左手定則判斷兩平行的通電 同向 異向 直導(dǎo)線間的安培力是引力還是斥力 答案 1 不一定 2 同向相吸 異向相斥 思維診斷 1 電流在磁場中受力為零 說明該處磁感應(yīng)強度為零 2 磁體的磁感線不論是在磁體外部還是在內(nèi)部 都是由n極指向s極 3 同名磁極相互排斥 異名磁極相互吸引 與此類似 同向電流相互排斥 異向電流相互吸引 4 安培力f 磁感應(yīng)強度b 電流i三者方向總是相互垂直 5 安培力計算公式f bil的成立條件是磁感應(yīng)強度b垂直于電流i 即b i 6 磁鐵的磁場和電流的磁場本質(zhì)上是不同的 7 磁感應(yīng)強度是一個矢量 表示通電導(dǎo)線所受安培力的方向 8 地磁的n極在地球南極附近 赤道表面附近的地磁場可近似認為平行地面向北 9 安培力只能對導(dǎo)體做正功 c 解析 地磁的南極在地理的北極附近 地磁的北極在地理的南極附近 兩者并不完全重合 故a錯誤 物理學(xué)中規(guī)定 小磁針北極的受力方向為磁場方向 故b錯誤 磁場是真實存在的 而磁感線卻是人為引入的虛擬線 并不真實存在 故c正確 電流也可能產(chǎn)生磁場 并且電流產(chǎn)生的磁場與磁鐵產(chǎn)生的磁場本質(zhì)一樣 故d錯誤 解析 條形磁鐵內(nèi)部的磁感線方向從s極指向n極 外部由n極指向s極 故a錯誤 若一小段通電導(dǎo)線平行磁感線放在某處 不受磁場力作用 但該處的磁感應(yīng)強度不為零 故b錯誤 兩通電導(dǎo)線之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的 故c正確 在磁感應(yīng)強度為b的磁場中 只有和磁場方向垂直時穿過面積為s的平面的磁通量為 bs 故d錯誤 c c 解析 a處的磁感線比b處稀疏 則a點的磁感應(yīng)強度比b點的小 所以ba bb 故c正確 d錯誤 當(dāng)將同一通電導(dǎo)線放入磁場中 由于受到放置角度的限制 當(dāng)通電導(dǎo)線垂直磁場時 受到的磁場力最大 平行磁場時受到的磁場力為零 故雖然ba bb 但是無法比較通電導(dǎo)線受到的磁場力的大小 故a b錯誤 cd 核心考點突破 1 電流的磁場 安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加 考點一 2 安培定則的應(yīng)用 在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場時應(yīng)分清 因 和 果 3 磁場的疊加 磁感應(yīng)強度為矢量 合成與分解遵循平行四邊形定則 例1 b 規(guī)律總結(jié) 高考常考的三類磁場 1 電流表內(nèi)部永磁體及鐵心產(chǎn)生的磁場 2 通電環(huán)形螺線管中部磁場分布 其中甲圖中絕大部分磁場被束縛在鐵心中 環(huán)形螺線管左 右半部相當(dāng)于兩個螺線管 且根據(jù)安培定則 相當(dāng)于兩個螺線管n s極首尾相連 乙圖環(huán)形螺線管左 右半部也相當(dāng)于兩個螺線管 且根據(jù)安培定則 相當(dāng)于兩個螺線管n極對n極 s極對s極的并聯(lián) 磁場被迫在螺線管中部形成了閉合曲線 中部可近似看成勻強磁場 a p的右端為s極b p的中軸線與地磁場方向平行c p在x0處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為b0d x0處合磁場的磁感應(yīng)強度大小為2b0 類題演練1 c 1 判斷方向 1 磁場和電流方向不垂直時 將磁感應(yīng)強度沿電流和垂直電流方向分解 再用左手定則判定垂直分量作用的安培力 2 不論磁場和電流方向是否垂直 安培力總是垂直于磁場和電流方向所決定的平面 3 兩平行的直線電流作用時 同向電流吸引 異向電流排斥 安培力的判斷與計算 考點二 2 計算大小 1 有效長度法 公式f bil中的l是有效長度 彎曲導(dǎo)線的有效長度等于連接兩端點線段的長度 相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端 如圖所示 2 電流元法 將導(dǎo)線分割成無限個小電流元 每一小段看成直導(dǎo)線 再按直線電流判斷和計算 例2 c 解題導(dǎo)思 1 本題中計算安培力時通電導(dǎo)線的有效長度等于弧長ac的長嗎 2 如何確定安培力方向 答案 1 有效長度不等于弧長ac的長 應(yīng)等于連線ac的長 2 由左手定則確定安培力方向 類題演練2 b 1 通電導(dǎo)體棒在磁場中的平衡問題是一種常見的力學(xué)綜合模型 該模型一般由傾斜導(dǎo)軌 導(dǎo)體棒 電源和電阻等組成 這類題目的難點是題圖具有立體性 各力的方向不易確定 因此解題時一定要先把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖 通過受力分析建立各力的平衡關(guān)系 如圖所示 安培力作用下導(dǎo)體的平衡與加速 考點三 2 安培力作用下的加速問題與動力學(xué)問題一樣 關(guān)鍵是做好受力分析 然后根據(jù)牛頓第二定律求出加速度 最后利用運動學(xué)公式求解或結(jié)合動能定理 能量守恒和轉(zhuǎn)化來求解 例3 ab 類題演練3 abc a 一直向右移動b 速度隨時間周期性變化c 受到的安培力隨時間周期性變化d 受到的安培力在一個周期內(nèi)做正功 解析 本題考查通電導(dǎo)體在磁場中運動 解題關(guān)鍵是結(jié)合受力分析 進行運動過程的分析 取安培力向右的方向為正方向 作出導(dǎo)體棒受安培力隨時間變化的圖象如圖甲所示 再根據(jù)受力情況 作出導(dǎo)體棒的v t圖象 v向右為正方向 如圖乙所示 從甲圖可知安培力隨時間周期性變化 c正確 類題演練4 bd 階段培優(yōu)微專題 通電導(dǎo)體運動趨勢的五種判定方法1 通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢的判定步驟 首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況 然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況 進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向 2 常用判斷方法 1 電流元法 把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元 先用左手定則判斷每段電流元受力的方向 然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向 從而確定導(dǎo)線運動方向 2 特殊位置法 通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動到某個便于分析的特殊位置時 判斷其所受安培力的方向 從而確定其運動方向 3 等效法 環(huán)形電流可等效成小磁針 通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流 然后根據(jù)同極相斥 異極相吸判斷相互作用情況 4 結(jié)論法 兩平行直線電流在相互作用過程中 無轉(zhuǎn)動趨勢 同向電流互相吸引 反向電流互相排斥 兩不平行的直線電流相互作用時 有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢 5 轉(zhuǎn)換研究對象法 定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題時 可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力 然后根據(jù)牛頓第三定律 確定磁體所受電流磁場的作用力 從而確定磁體所受合力及運動方向 例4 b 解析 方法一 等效分析法 把線圈l1等效為小磁針 該小磁針剛好處于環(huán)形電流l2的中心 通電后 小磁針的n極應(yīng)指向該環(huán)形電流l2的磁場方向 由安培定則知l2產(chǎn)生的磁場方向在其中心豎直向上 而l1等效成小磁針 其n極應(yīng)由紙里轉(zhuǎn)為向上 所以從左向右看順時針轉(zhuǎn)動 方法二 利用結(jié)論法 凡轉(zhuǎn)動 必靠近 環(huán)形電流l1 l2之間不平行 則必有相對轉(zhuǎn)動 直到兩環(huán)形電流同向平行為止 據(jù)此可得l1的轉(zhuǎn)動方向應(yīng)是 從左向右看順時針轉(zhuǎn)動 方法三 直線電流元法 把線圈l1沿轉(zhuǎn)動軸分成上下兩部分 每一部分又可以看成無數(shù)直線電流元 電流元處在l2產(chǎn)生的磁場中 據(jù)安培定則可知各電流元所在磁場方向向上 據(jù)左手定則可得 上部電流元所受安培力均指向紙外 下部電流元所受安培力均指向紙內(nèi) 因此從左向右看線圈l1順時針轉(zhuǎn)動 規(guī)律總結(jié) 判斷通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動問題時應(yīng)注意以下兩點 1 同一問題可以用多種判斷方法分析 可以根據(jù)不同的題目選擇恰當(dāng)?shù)呐袛喾椒?2 同一導(dǎo)體在安培力作用下 運動形式可能會發(fā)生變化 要根據(jù)受力情況進行判斷 類題演練5 a 解析 如圖甲所示 把直線電流等效為無數(shù)小段 中間的點為o點 選擇在o點左側(cè)s極右上方的一小段為研究對象 該處的磁場方向指向左下方 由左手定則判斷 該小段受到的安培力的方向垂直紙面向里 在o點左側(cè)的各段電流元都受到垂直紙面向里的安培力 把各段電流元受到的力合成 則o點左側(cè)導(dǎo)線受到垂直紙面向里的安培力 同理判斷出o點右側(cè)的電流受到垂直紙面向外的安培力 因此 由上向下看 導(dǎo)線沿順時針方向轉(zhuǎn)動 分析導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90 時的情形 如圖乙所示 導(dǎo)線中的電流向外 由左手定則可知 導(dǎo)線受到向下的安培力 由以上分析可知 導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動 選項a正確 類題演練6 b 解析 磁鐵