高考總復習理課件27 磁場及其對電流的作用

1、內(nèi)容要求磁場、磁感應強度、磁感線、 磁通量通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向安培力、安培力的方向勻強磁場中的安培力洛倫茲力、洛倫茲力的方向洛倫茲力的公式帶電粒子在勻強磁場中的運動質譜儀和回旋加速器由上表對近幾年高考試題分析不難看出，帶電粒子在磁場運動以及復合場問題綜合性較強，覆蓋考點較多，在現(xiàn)今的理綜試題中是一個熱點，因此在今后的高考無論是物理單科還是綜合考試，與洛倫茲力、電場力、重力有關的力電綜合題型為考試內(nèi)容的出題的幾率都會很高，且以大型綜合題為主高考命題中，采用本章的基礎知識與科學技術成果相結合，物理模型與生產(chǎn)生活實際相結合，是近年來命題的新思路磁場這一章在電磁學乃至整個高中物理階段都占

2、據(jù)著相當重要的地位，它是學好下一章電磁感應的基礎，在復習本章時要注意以下問題1重視并加強對基本概念、基本規(guī)律的學習，在學習中要注意與電場進行類比學習、類比記憶同時更應該注意它們之間的區(qū)別2注意總結、歸納a全章學完之后，要在頭腦中建立起來基本知識框架，形成網(wǎng)絡，最好自己先獨立完成全章的基礎知識歸納b. 歸納題型、總結解題方法本章的題目很多，但如果透過現(xiàn)象看本質，好多題實質是一樣的，屬于一類題，如果我們總結出解決這類題的解題方法，再適當?shù)丶右詮娀柧?，一定會取得較好的效果，但開始一定要按總結出的方法一步一步地進行，熟練之后才可靈活應用，切不可操之過急，我們把這個過程叫作“先死而后活”，全章學完之后

3、頭腦里裝的不是一個一個的題而是若干個題型的解題方法課時27磁場及其對電流的作用考點一磁場、磁感線 基礎梳理1磁場(1)定義：是存在于磁體、電流和運動電荷周圍空間的一種特殊形態(tài)的物質 (2)方向：小磁針的n極所受磁場力的方向，即小磁針靜止時n極的指向就是那一點磁場的方向(3)基本特性：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有磁場力的作用2磁感線 (1)定義：為了形象描述磁場，在磁場中畫出一系列有方向的曲線，在這些曲線上，每一點的曲線方向亦即該點的切線方向，都跟該點的磁場方向相同，用其疏密表示磁場的強弱，這一系列曲線稱為磁感線(2)特點磁感線上某點的切線方向就是該點的磁場方向磁感線的疏密定性地表示磁

4、場的強弱，在磁感線較密的地方磁場相對較強；在磁感線較疏的地方磁場相對較弱磁感線是閉合曲線，沒有起點和終點在磁體外部，從n極指向s極；在磁體內(nèi)部，由s極指向n極同一磁場的磁感線不中斷、不相交、不相切磁感線客觀上是不存在的(3)分類條形磁鐵的磁感線：在磁鐵外部兩極最密，中間稀疏；在磁鐵內(nèi)部最密如圖1所示 圖圖1 圖圖2蹄形磁鐵的磁感線：在磁鐵外部兩極最密，中間稀蹄形磁鐵的磁感線：在磁鐵外部兩極最密，中間稀疏；在磁鐵內(nèi)部最密如圖疏；在磁鐵內(nèi)部最密如圖2所示所示地磁場的磁感線：地球的磁場與條形磁體的磁場相似，其主要特點有三個：a.地磁場的n極在地球南極附近、s極在地球圖圖3北極附近；b.在地理南極豎直

5、向上，在南半球斜向上；在地理北極豎直向下，在北半球斜向下；c.在赤道平面內(nèi)(即地磁場的中性面上)，距離地球表面相等的各點，磁場強弱相同，且方向水平如圖3所示直線電流的磁感線：遵循安培定則，用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，那么彎曲的四指所圖圖4指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向如圖指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向如圖4所示所示環(huán)形電流磁感線：遵循安培定則，讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向如圖5所示圖圖5通電螺線管磁感線：遵循安培定則，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是

6、螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是說，大拇指指向通電螺線管的北極圖圖6 疑難詳析1電場線是用于形象描述靜電場的分布的；磁感線是用于形象描述磁場的分布的2靜電場的電場線是不閉合的；磁場的磁感線是閉合的3靜電場電場線上某點切向(沿電場線向)既表示該點場強方向，又表示正電荷在該點所受電場力的方向；磁場磁感線上某點切向既表示該點磁場方向，又表示小磁針n極在該點所受磁場力的方向，但不表示該點放置通電導線或運動電荷所受磁場力的方向 深化拓展磁感線與電場線的聯(lián)系與區(qū)別1在應用安培(右手)定則，判定直線電流和通電螺線管(環(huán)形電流可視為單匝螺線管)的磁場方向時，應注意分清“因”和“果”：在判定直線電流的磁場方向時，

7、大拇指指向“原因電流方向”，四指指向“結果磁場繞向”，在判定通電螺線管磁場方向時，四指指向“原因電流繞向”，大拇指指向“結果螺線管內(nèi)部沿中心軸線的磁感線方向，即指向螺線管的n極” 2.通電螺線管內(nèi)部的磁場是勻強磁場，由s極指向n極考點二描述磁場的物理量 基礎梳理1磁感應強度(1)物理意義：表示磁場強弱的物理量(2)定義：在磁場中垂直磁場方向的通電導線，受到的安培力跟電流強度和導線長度的乘積的比值(3)表達式： (4)矢量性：方向為該點的磁場方向，即通過該點的磁感線的切線方向(5)單位：特斯拉t1 t1 n/(am)1 kg/(as2)2勻強磁場(1)定義：磁感應強度的大小處處相等、方向處處相同

8、的磁場稱為勻強磁場(2)特點： 勻強磁場中的磁感線是疏密程度相同、方向相同的平行直線(平行且等間距) .距離很近的兩個異名磁極之間的磁場和通電螺線管內(nèi)部的磁場(邊緣部分除外)，都可以認為是勻強磁場 疑難詳析 1.磁感應強度是由比值法定義的，磁場中某位置的磁感應強度的大小及方向是客觀存在的，由磁場本身的性質決定，與放入的直導線的電流i的大小、導線的長度l的大小無關，與通電導線受到的力也無關，即便不放入載流導體，它的磁感應強度也照樣存在因此不能說b與f成正比，或b與il成反比與此類似的物理量還有電場強度ef/q，不能說e與f成正比，與q成反比2.磁感應強度b是矢量，遵守矢量分解、合成的平行四邊形定

9、則注意磁感應強度的方向就是該處的磁場方向，并不是該處通電導線的受力方向 深化拓展磁感應強度b和電場強度e的比較磁感應強度b電場強度e方向磁感線的切線方向小磁針n極的受力方向小磁針靜止時n極的指向電場線的切線方向正電荷在電場中的受力方向負電荷在電場中受力的反方向物理意義 描述磁場的性質描述電場的性質場的疊加合磁感應強度b等于各磁場的b的矢量和合場強e等于各個電場的場強的矢量和單位1 t1 n(am)1 v/m1 n/c考點三安培力 基礎梳理安培力圖圖7(1)定義：磁場對電流的作用力叫安培力(2)大?。篺bilsin.其中b為通電導線所在處的勻強磁場磁感應強度；i為電流強度；l為導線的有效長度；為

10、b與i(或l)夾角；bsin為b垂直于i的分量(3)方向：總垂直于b、i所決定的平面，即一定垂直b和i，但b與i不一定垂直使用左手定則判斷定安培力方向時，左手心應迎b垂直于i的分量(bbsin)(4)公式的適用范圍：一般只適用于勻強磁場對于非勻強磁場，僅適用于電流元 疑難詳析1安培力的特點安培力f、磁感應強度b、電流i三者的方向關系：通電導線在磁場中所受的安培力f，總垂直于電流與磁感線所確定的平面2安培定則與左手定則的比較判斷情形的因果關系有所不同：安培定則是用于判定電流或電荷產(chǎn)生磁場的情形；左手定則是用于判定磁場對電流或電荷產(chǎn)生安培力或洛倫茲力的情形使用方法也有所不同：安培定則是右手彎曲；左

11、手定則是左手伸直 深化拓展1電荷在電場中所受的電場力方向與電場線的方向在同一直線上，而通電導線在磁場中所受的安培力與磁感線垂直磁場與電場有很多相似之處，但安培力比庫侖力復雜得多，點電荷在電場中受力方向與電場方向不是相同就是相反；而電流元在磁場中受安培力的方向與磁場方向和電流方向決定的平面垂直2彎曲通電導線的有效長度l等于兩端點所連直線的長度，相應的電流方向由始端指向末端，因為任意形狀的閉合線圈，其有效長度l0，所以通電后在勻強磁場中，受到的安培力的矢量和一定為零3公式fbil的適用條件：(1)b與l垂直，(2)勻強磁場或通電導線所在區(qū)域的磁感應強度的大小和方向相同，(3)安培力表達式中，若載流

12、導體是彎曲導線，且與磁感應強度方向垂直，則l是指導線由始端指向末端的直線長度4磁場對磁鐵一定有力的作用，而對電流不一定有力的作用當電流方向和磁感線方向平行時，通電導體不受安培力作用題型一安培定則的應用和磁場的疊加例1如圖8所示，在a、b、c三處垂直于紙面放置三根長直通電導線a、b、c是等邊三角形的三個頂點，電流大小相等，a處電流在三角形中心o點的磁感應強度大小為b，求o處磁感應強度分析首先求出a、b、c三根導線電流在o處各自形成的磁場的大小和方向，然后利用平行四邊形定則進行合成解析由于oaoboc，所以在各電流等大的前提下，各處的電流在o點的磁感應強度大小也為b，根據(jù)安培定則，各電流在o處的磁

13、感應強度應垂直于各點和o的連線，如圖9所示，由圖中幾何關系知ba與bb互成夾角為120，所以根據(jù)平行四邊形定則，a、b在o處的合磁感應強度為b，方向水平向右，所以o處的總磁感應強度大小為2b，方向平行ab連線向右答案2b，方向平行ab連線向右題后反思：(1)磁感應強度是矢量，計算時與力的計算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進行合成與分解(2)在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應分清“因”和“果”在判定直線電流的磁場方向時，大拇指指“原因”電流方向，四指指“結果”磁感線環(huán)繞方向；在判定環(huán)形電流的磁場方向時，四指指“原因”電流繞向，大拇指指“結果”環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感線方向三根平

14、行的直導線，分別垂直地通過一個等腰直角三角形的三個頂點，如圖10所示，現(xiàn)使每條通電導線在斜邊中點o所產(chǎn)生的磁感應強度的大小均為b，則該處的磁感應強度的大小和方向如何？解析：根據(jù)安培定則，i1與i3在o點處產(chǎn)生的磁感應強度相同，i2在o點處產(chǎn)生的磁感應強度的方向與b1(b3)相垂直，又知b1、b2、b3的大小相等均為b，根據(jù)矢量的運算可知o處的實際磁感應強度大小bo 方向在三角形平面內(nèi)與斜邊夾角arctan2，如圖11所示題型二安培力作用下導體的運動情況分析例2如圖12甲所示，導線ab固定，導線cd與ab垂直且與ab相隔一段距離，cd可以自由移動，試分析cd的運動情況圖圖12分析cd如何運動取決

15、于ab導體產(chǎn)生的磁場對cd的安培力方向，所以弄清ab形成的磁場的分布情況是解題的關鍵解析首先分析固定導線ab的磁感線的分布情況，如圖12乙所示(用安培定則)，然后再用左手定則分析cd導線在磁場中的受力方向，可以發(fā)現(xiàn)cd導線將順時針方向轉動仔細留意一下就會發(fā)現(xiàn)，當cd一轉動，兩者的電流就有同向的成分，而同向電流相互吸引，可見cd導線在轉動的同時還要向ab導線平移答案cd導線順時針轉動的同時向ab導線平移題后反思：判斷通電導線或線圈在安培力作用下的運動方向問題，可根據(jù)問題的需要靈活選用直線電流元分析法、特殊位置分析法等方法圖13如圖如圖13所示，把一重力不計的通電直導線水平放在蹄形所示，把一重力不

16、計的通電直導線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導線可以自由轉動，當導線通入圖示方磁鐵兩極的正上方，導線可以自由轉動，當導線通入圖示方向電流向電流i時，導線的運動情況是時，導線的運動情況是(從上往下看從上往下看) ()a順時針方向轉動，同時下降b順時針方向轉動，同時上升c逆時針方向轉動，同時下降d逆時針方向轉動，同時上升解析：首先用電流元法：把直線電流等效為ao、oo、ob三段(oo段極短)電流元，由于oo段電流方向與該處磁場方向相反，所以不受安培力作用；ao段電流元所在處的磁場方向傾斜向上，根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外；ob段電流元所在處的磁場方向傾斜向下，同理可知其所受安培力

17、方向垂直紙面向里綜上可知導線將順時針轉動(俯視)然后應用特殊位置法：把導線轉過90的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導線在順時針轉動的同時向下運動答案：a題型三安培力作用下導體棒的平衡問題例3如圖14所示，銅棒質量為m0.1 kg，靜放在相距l(xiāng)8 cm的水平導軌上，兩者之間的動摩擦因數(shù)0.5，現(xiàn)在銅棒中通以i5 a的電流，要使銅棒滑動，可在兩導軌間加一個勻強磁場，求所加勻強磁場的磁感應強度b的最小值的大小(設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)解析要使銅棒能在導軌上滑動起來，所給的動力必須大于或等于棒受到的摩擦力，通常易出的錯誤是認為：題目中要求磁感應強度的最小值，只要使安培力等于棒

18、受到的摩擦力就可以了于是fbffmg，得所需加的磁感應強度的最小值bmin .出現(xiàn)這種錯解的原因是固有的思維定勢的影響，認為磁場方向一定是向上的，但題目中沒有明確給出設安培力的方向與水平面成角，如圖15所示，則根據(jù)題意可得，在水平方向上fcosff在豎直方向上fnfsinmg又因為fffn由以上各式可得對應的磁感應強度的方向與安培力的方向垂直斜向上 .題后反思：(1)通電導體在磁場中受重力、彈力、摩擦力、安培力等的作用下平衡問題的解決，關鍵是受力分析(2)由于安培力f的方向、電流i的方向、磁感應強度b的方向三者之間涉及到三維空間，所以在分析和計算安培力的大小時，要善于把立體圖形改畫成平面圖形，

19、以便受力分析在傾角30的斜面上，固定一金屬框，寬l0.25 m，接入電動勢e12 v、內(nèi)阻不計的電池在框架上放有一根水平的、質量m0.2 kg的金屬棒，它與框架的動摩擦因數(shù)為 ，整個裝置放在磁感應強度b0.8 t的垂直框面向上的勻強磁場中(如圖16所示)當調(diào)節(jié)滑動變阻器r的阻值在什么范圍內(nèi)時，可使金屬棒靜止在框架上？(設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，框架與棒的電阻不計，g10 m/s2)圖16解析：金屬棒靜止在框架上時，摩擦力f的方向可能沿框面向上，也可能沿框面向下，需分兩種情況考慮圖圖17當變阻器r取值較大時，i較小，安培力f較小，在金屬棒重力分力mgsin作用下，棒有沿框架下滑趨勢，框架對棒

20、的摩擦力沿框面向上(如圖17所示)金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件圖18當變阻器r取值較小時，i較大，安培力f較大，會使金屬棒產(chǎn)生沿框面上滑趨勢因此，框架對棒的摩擦力沿框面向下(如圖18所示)金屬棒剛好不上滑時滿足平衡條件1(2009重慶高考)如圖19所示電路中，電池均相同，當電鍵s分別置于a、b兩處時，導線mm與nn之間的安培力的大小分別為fa、 fb，可判斷這兩段導線 ()圖19a相互吸引，fafbb相互排斥，fafbc相互吸引，fafb d相互排斥，fafb解析：本題考查電路結構分析，安培力的方向和大小的決定因素，意在考查考生識圖能力和對基本概念的掌握情況不管電流方向如何，mm和nn兩段導

21、線中的電流方向總是相反的，則兩段導線始終產(chǎn)生排斥力又安培力的大小和電流成正比，單刀雙擲開關接b時的電壓高，則電流大，兩段導線間產(chǎn)生的安培力也大答案：d2(2008寧夏高考)在等邊三角形的三個頂點a、b、c處，各有一條長直導線垂直穿過紙面，導線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖20.過c點的導線所受安培力的方向 ()圖20a與ab邊平行，豎直向上b與ab邊平行，豎直向下c與ab邊垂直，指向左邊d與ab邊垂直，指向右邊解析：由右手可判斷導線a、b產(chǎn)生的磁場在導線c處的磁感應強度方向的合方向是豎直向下，再由左手可判得導線c受的安培力方向為向左并與ab邊垂直，所以c正確，a、b、d錯誤答案：c3取兩個完全相同的長導線，用其中一根繞成如圖21(a)所示的螺線管，當該螺線管中通以電流強度為i的電流時，測