山東省2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場 第1節(jié) 磁場的描述 磁場對電流的作用課件 新人教版.ppt

第九章磁場,第1節(jié)磁場的描述 磁場對電流的作用,知識梳理,考點自診,一、磁場、磁感應(yīng)強度 1.磁場 (1)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)方向:小磁針的 N極所受磁場力的方向。 2.磁感應(yīng)強度 (1)物理意義:描述磁場的 強弱和 方向。 (2)大小:B= (通電導(dǎo)線垂直于磁場)。 (3)方向:小磁針靜止時 N極的指向。 (4)單位:特斯拉(T)。,知識梳理,考點自診,二、磁感線幾種常見的磁場 1.磁感線 在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的 切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強度的方向一致。 2.幾種常見的磁場 (1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖所示),知識梳理,考點自診,(2)電流的磁場,知識梳理,考點自診,知識梳理,考點自診,(3)勻強磁場 在磁場的某些區(qū)域內(nèi),磁感線為 同向等密的平行線,如圖所示。,知識梳理,考點自診,(4)地磁場 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。 在赤道上,距離地球表面高度相等的各點,磁感應(yīng)強度 相同,方向水平 向北。,知識梳理,考點自診,三、安培力的方向和大小 1.安培力的方向 (1)左手定則:伸開左手,使大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在一個平面內(nèi),把手放入磁場中讓磁感線垂直穿入手心,并使伸開的 四指指向電流的方向,那么, 大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。 (2)兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力:同向電流互相 吸引,反向電流互相 排斥。 2.安培力的大小 當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向成角時,F=BIlsin ,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(dāng)磁場與電流 垂直時,安培力最大,Fmax=BIl。 (2)當(dāng)磁場與電流 平行時,安培力等于零。,知識梳理,考點自診,1.判斷下列說法的正誤。 (1)磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向,跟放在該點的試探電流元所受磁場力的方向一致。() (2)磁感線是真實存在的。() (3)在同一幅圖中,磁感線越密,磁場越強。() (4)一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運動電荷,一切磁作用都是電流或運動電荷之間通過磁場而發(fā)生的相互作用。() (5)將通電導(dǎo)線放入磁場中,若不受安培力,說明該處磁感應(yīng)強度為零。() (6)由定義式 可知,電流I越大,導(dǎo)線L越長,某點的磁感應(yīng)強度就越小。(),答案,知識梳理,考點自診,2.(2018北京大興期末)電場強度是表征電場的力的性質(zhì)的物理量,在磁場中也存在類似的物理量,它是() A.磁通量B.磁感應(yīng)強度 C.洛倫茲力D.磁通量變化率,答案,解析,知識梳理,考點自診,3.實驗室里可以用圖甲所示的小羅盤估測條形磁鐵磁場的磁感應(yīng)強度,方法如圖乙所示,調(diào)整羅盤,使小磁針靜止時N極指向羅盤上的零刻度(即正北方向),將條形磁鐵放在羅盤附近,使羅盤所在處條形磁鐵的方向處于東西方向上,此時羅盤上的小磁針將轉(zhuǎn)過一定角度。若已知地磁場的水平分量Bx,為計算羅盤所在處條形磁鐵磁場的磁感應(yīng)強度B,則只需知道,磁感應(yīng)強度的表達式為B=。,答案,解析,知識梳理,考點自診,4.將長為l的導(dǎo)線彎成六分之一圓弧,固定于垂直紙面向外、大小為B的勻強磁場中,兩端點A、C連線豎直,如圖所示。若給導(dǎo)線通以由A到C、大小為I的恒定電流,則導(dǎo)線所受安培力的大小和方向是(),答案,解析,知識梳理,考點自診,5.(2019河北張家口月考)如圖所示,兩光滑平行傾斜導(dǎo)軌處于垂直導(dǎo)軌平面的磁場中(未畫出),導(dǎo)軌與水平方向的夾角為=37,間距為L=20 cm。電源電動勢E=10 V,內(nèi)阻不計,定值電阻R1=4 ,開關(guān)S閉合后金屬棒MN恰好靜止在傾斜導(dǎo)軌上,已知金屬棒MN的質(zhì)量為m=10 g,電阻為R=6 ,則關(guān)于磁感應(yīng)強度的說法正確的是(g取10 m/s2)() A.垂直導(dǎo)軌平面向上,大小為B=0.3 T B.垂直導(dǎo)軌平面向下,大小為B=0.3 T C.垂直導(dǎo)軌平面向上,大小為B=0.375 T D.垂直導(dǎo)軌平面向下,大小為B=0.375 T,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加 1.安培定則的應(yīng)用 在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”。 2.磁場的疊加 (1)磁感應(yīng)強度是矢量,計算時與力的計算方法相同,遵守平行四邊形定則,可以用正交分解法進行合成與分解。 (2)兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)生的磁場在該處的磁感應(yīng)強度疊加而成的。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,3.磁場疊加問題的一般解題思路 (1)確定磁場場源,如通電導(dǎo)線。 (2)定位空間中需求解磁場的點,利用安培定則判定各個場源在這一點上產(chǎn)生的磁場的大小和方向。如圖所示為M、N在c點產(chǎn)生的磁場。 (3)應(yīng)用平行四邊形定則進行合成,如圖中的合磁場。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,典例1(多選)(2018全國卷) 如圖,紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)線L1、L2,L1中的電流方向向左,L2中的電流方向向上;L1的正上方有a、b兩點,它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中,外磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0,方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小分別為 ,方向也垂直于紙面向外。則(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,思維點撥先利用右手定則判斷通電導(dǎo)線各自產(chǎn)生的磁場強度,然后再利用矢量疊加的方式求解各個導(dǎo)體棒產(chǎn)生的磁場強度。 通過本題的訓(xùn)練,要使磁感應(yīng)強度的矢量性等的物理觀念進一步清晰,能通過矢量疊加方法對磁感應(yīng)強度問題進行分析和推理,得到正確的結(jié)論,使科學(xué)思維素養(yǎng)得到提升。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,即學(xué)即練 1.(多選)(2017全國卷)如圖,三根相互平行的固定長直導(dǎo)線l1、l2和l3兩兩等距,均通有電流I,l1中電流方向與l2中的相同,與l3中的相反,下列說法正確的是 () A.l1所受磁場作用力的方向與l2、l3所在平面垂直 B.l3所受磁場作用力的方向與l1、l2所在平面垂直,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,2.(2017全國卷)如圖,在磁感應(yīng)強度大小為B0的勻強磁場中,兩長直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為l。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時,紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點處的磁感應(yīng)強度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變,則a點處磁感應(yīng)強度的大小為(),C,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,3.(2019河北張家口月考)1820年4月,丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。已知通電長直導(dǎo)線周圍某點的磁感應(yīng)強度B= ,即磁感應(yīng)強度B與導(dǎo)線中的電流I成正比、與該點到導(dǎo)線的距離r成反比。如圖所示,兩根平行長直導(dǎo)線相距為x0,分別通以大小不等、方向相同的電流,已知I1<I2。規(guī)定磁場方向垂直紙面向外為正,在0 x0區(qū)間內(nèi)磁感強度B隨x變化的圖線可能是圖中的(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,安培力的分析與計算 1.安培力公式F=BIl,應(yīng)用時要注意: (1)B與I垂直。 (2)B與I平行時,F=0。 (3)l是有效長度。 彎曲導(dǎo)線的有效長度l,等于連接兩端點線段的長度(如圖所示);相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。,2.方向:根據(jù)左手定則判斷。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,典例2(2018河北“名校聯(lián)盟”質(zhì)量監(jiān)測一)如圖所示,邊長為l,質(zhì)量為m的等邊三角形導(dǎo)線框用絕緣細線懸掛于天花板,導(dǎo)線框中通一逆時針方向的電流,圖中虛線過ab邊中點和ac邊中點,在虛線的下方有一垂直于導(dǎo)線框向里的勻強磁場,其磁感應(yīng)強度大小為B,此時導(dǎo)線框處于靜止?fàn)顟B(tài),細線中的拉力為F1;保持其他條件不變,現(xiàn)將虛線下方的磁場移至虛線上方,此時細線中拉力為F2。導(dǎo)線框中的電流大小為(),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,思維點撥當(dāng)磁場在虛線下方時,通電導(dǎo)線的等效長度為多少?電流方向向左向右?當(dāng)磁場在虛線上方時,通電導(dǎo)線的等效長度為多少?電流方向變?yōu)橄蜃笙蛴?最后根據(jù)平衡條件列式求解。 通過本題的訓(xùn)練,加深對安培力公式理解,使科學(xué)思維、科學(xué)探究素養(yǎng)得到提升。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,即學(xué)即練 4.(多選)(2017全國卷)某同學(xué)自制的簡易電動機示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成,漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出,并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個金屬支架之間,線圈平面位于豎直面內(nèi),永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動起來,該同學(xué)應(yīng)將(),命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,A.左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉 B.左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉 C.左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 D.左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,5.(2018河南濮陽三模)據(jù)報道,實驗室已研制出一種電磁軌道炮,其實驗裝置俯視如下圖。炮彈(圖中陰影部分)置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間,并與軌道壁接觸良好。開始時炮彈在導(dǎo)軌的一端,通以電流后炮彈會被磁場力加速,最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出。設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離d=0.10 m,導(dǎo)軌長L=5.0 m,炮彈質(zhì)量m=10 g,導(dǎo)軌上電流I的方向如圖中箭頭所示?？梢哉J為,炮彈在軌道內(nèi)運動時,它所在處磁場的磁感應(yīng)強度始終為B=50.0 T。若炮彈出口速度為v=2.0103 m/s,下列選項正確的是(),命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,A.磁場的方向為垂直于紙面向里,通過導(dǎo)軌的電流為1 600 A B.磁場的方向為垂直于紙面向外,通過導(dǎo)軌的電流為1 600 A C.磁場的方向為垂直于紙面向里,通過導(dǎo)軌的電流為800 A D.磁場的方向為垂直于紙面向外,通過導(dǎo)軌的電流為800 A,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,6.(多選)(2016海南單科,8)如圖(a)所示,揚聲器中有一線圈處于磁場中,當(dāng)音頻電流信號通過線圈時,線圈帶動紙盆振動,發(fā)出聲音。俯視圖(b)表示處于輻射狀磁場中的線圈(線圈平面即紙面)磁場方向如圖中箭頭所示,在圖(b)中(),命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,A.當(dāng)電流沿順時針方向時,線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里 B.當(dāng)電流沿順時針方向時,線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外 C.當(dāng)電流沿逆時針方向時,線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里 D.當(dāng)電流沿逆時針方向時,線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,安培力作用下導(dǎo)體的平衡及運動 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關(guān)系,如圖所示。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,典例3(2018山東菏澤期末)如圖所示,在傾角為=37的斜面上,固定一寬為L=1.0 m的平行金屬導(dǎo)軌?，F(xiàn)在導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置一質(zhì)量m=0.4 kg、電阻R0=2.0 、長為1.0 m的金屬棒ab,它與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為=0.5。整個裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為B=2 T的勻強磁場中。導(dǎo)軌所接電源的電動勢為E=12 V,內(nèi)阻r=1.0 ,若最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,滑動變阻器的阻值符合要求,其他電阻不計,g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8?，F(xiàn)要保持金屬棒在導(dǎo)軌上靜止不動,求: (1)金屬棒所受安培力的取值范圍; (2)滑動變阻器接入電路中的阻值范圍。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,解析: (1)當(dāng)金屬棒剛好達到向上運動的臨界狀態(tài)時,金屬棒受到的摩擦力為最大靜摩擦力,方向平行斜面向下,設(shè)金屬棒受到的安培力大小為F1,其受力分析如圖甲所示。則有 FN=F1sin +mgcos ,F1cos =mgsin +fmax,fmax=FN 以上三式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)可得F1=8 N,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,思維點撥由于導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài),故處于平衡狀態(tài),通過受力分析及閉合電路的歐姆定律,即可求得范圍。 1.求解安培力作用下導(dǎo)體棒問題的基本思路 2.求解關(guān)鍵 (1)電磁問題力學(xué)化。 (2)立體圖形平面化。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,即學(xué)即練 7.(多選)(2018河南鄭州三模)電流天平可以用來測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小。測量前天平已調(diào)至平衡,測量時,在左邊托盤中放入質(zhì)量為m的砝碼,右邊托盤中不放砝碼,將一個質(zhì)量為m0、匝數(shù)為n、下邊長為l的矩形線圈掛在右邊托盤的底部,再將此矩形線圈的下部分放在待測磁場中。如圖甲所示,線圈的兩頭連在如圖乙所示的電路中,不計連接導(dǎo)線對線圈的作用力,電源電動勢為E,內(nèi)阻為r。開關(guān)S閉合后,調(diào)節(jié)可變電阻至R1時,天平正好平衡。已知m0m,取重力加速度為g,則(),命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,A.矩形線圈中電流的方向為逆時針方向 D.若僅將磁場反向,在左盤添加質(zhì)量為2m0-m的砝碼可使天平重新平衡,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,8.(2018天津紅橋期末)如圖所示,金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細線水平懸掛,處于豎直向上的勻強磁場中,棒中通以由M向N的電流,平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為。如果僅改變下列某一個條件,角的相應(yīng)變化情況是() A.棒中的電流變大,角變大 B.兩懸線等長變短,角變小 C.金屬棒質(zhì)量變大,角變大 D.磁感應(yīng)強度變大,角變小,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,9.(多選)(2018山西太原模擬)一金屬條放置在相距為d的兩金屬軌道上,如圖所示?，F(xiàn)讓金屬條以v0的初速度從AA進入水平軌道,再由CC進入半徑為r的豎直圓軌道,金屬條到達豎直圓軌道最高點的速度大小為v,完成圓周運動后,再回到水平軌道上,整個軌道除圓軌道光滑外,其余均粗糙,運動過程中金屬條始終與軌道垂直且接觸良好。已知由外電路控制流過金屬條的電流大小始終為I,方向如圖中所示,整個軌道處于水平向右的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為B,A、C間的距離為L,金屬條恰好能完成豎直面內(nèi)的圓周運動。重力加速度為g,則由題中信息可以求出(),命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,A.金屬條的質(zhì)量 B.金屬條在磁場中運動時所受的安培力的大小和方向 C.金屬條運動到DD時的瞬時速度 D.金屬條與水平粗糙軌道間的動摩擦因數(shù),答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,安培力作用下導(dǎo)體運動情況的五種判斷方法 五種判斷方法,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,典例4一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方,如圖所示,如果直導(dǎo)線可以自由地運動且通以由a到b的電流,則關(guān)于導(dǎo)線ab受磁場力后的運動情況,下列說法正確的是() A.從上向下看順時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管 B.從上向下看順時針轉(zhuǎn)動并遠離螺線管 C.從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動并遠離螺線管 D.從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管,D,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,解析:方法一:電流元法 由安培定則可判定通電螺線管產(chǎn)生的磁場方向,導(dǎo)線等效為Oa、Ob兩電流元,由左手定則可判定兩電流元所受安培力的方向如圖所示,所以從上向下看導(dǎo)線逆時針轉(zhuǎn)動,當(dāng)轉(zhuǎn)過90時再用左手定則可判定導(dǎo)線所受磁場力向下,即導(dǎo)線在逆時針轉(zhuǎn)動的同時還要靠近螺線管,選項D正確。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,方法二:結(jié)論法 結(jié)論1:兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢,電流方向相同時相互吸引,電流方向相反時相互排斥。 結(jié)論2:兩電流不平行時,將發(fā)生轉(zhuǎn)動,有轉(zhuǎn)到兩電流相互平行且方向相同的趨勢。 通電螺線管上部離導(dǎo)線近,所以只考慮這部分電流與導(dǎo)線的作用,此時螺線管相當(dāng)于垂直紙面向里的直導(dǎo)線,由結(jié)論2可知導(dǎo)線ab受磁場力后(從上向下看)逆時針轉(zhuǎn)動并靠近螺線管,選項D正確。,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,思維點撥直導(dǎo)線所在位置的磁場方向:左半部分磁場方向斜向上;右半部分磁場方向斜向下。,判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的 運動或運動趨勢的常規(guī)思路,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,即學(xué)即練 10.(2018遼寧沈陽期末)如圖所示,在固定位置的條形磁鐵S極附近懸掛一個金屬線圈,線圈與水平磁鐵位于同一豎直平面內(nèi),當(dāng)在線圈中通入沿圖示方向流動的電流時,將會看到() A.線圈向左平移 B.線圈向右平移 C.從上往下看,線圈順時針轉(zhuǎn)動,同時靠近磁鐵 D.從上往下看,線圈逆時針轉(zhuǎn)動,同時靠近磁鐵,答案,解析,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,11.(多選)(2019山東省新泰一中二質(zhì)檢)如圖所示,臺秤上放一光滑平板,其左邊固定一擋板,一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來,此時臺秤有一定的讀數(shù)?，F(xiàn)在磁鐵上方中心 偏右位置固定一通電導(dǎo)線,當(dāng)通以一定的電流后, 臺秤的示數(shù)增加,同時彈簧縮短(彈簧始終處 于彈性限度內(nèi)),則下列說法正確的是() A.磁鐵右端為N極,左端為S極,導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向內(nèi) B.磁鐵右端為N極,左端為S極,導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外 C.磁鐵右端為S極,左端為N極,導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向內(nèi) D.磁鐵右端為S極,左端為N極,導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外,AD,命題點一,命題點二,命題點三,命題點四,解析:磁鐵的磁感線在它的外部是從N極到S極,因為長直導(dǎo)線在磁鐵的中心偏右位置,所以此處的磁感線是斜向左上的,電流的方向垂直于紙面向里,根據(jù)左手定則,導(dǎo)線受磁鐵給的安培力方向是斜向右上,長直導(dǎo)線是固定不動的,根據(jù)物體間力的作用是相互的,導(dǎo)線給磁鐵的反作用力方向就是斜向左下的,將這個力在水平和豎直分解,因此光滑平板對磁鐵支持力增大,由于在水平向左產(chǎn)生分力,所以彈簧產(chǎn)生壓力,彈簧長度將變短,故A正確,B錯誤。 磁鐵的磁感線在它的外部是從N極到S極,因為長直導(dǎo)線在磁鐵的中心偏右位置,所以此處的磁感線是斜向右下的,電流的方向垂直于紙面向外,根據(jù)左手定則,導(dǎo)線受磁鐵給的安培力方向是斜向右上,長直導(dǎo)線是固定不動的,根據(jù)物體間力的作用是相互的,導(dǎo)線給磁鐵的反作用力方向就是斜向左下的,將這個力在水平和豎直分解,因此光滑平板對磁鐵支持力增大,由于在水平向右產(chǎn)生分力,所以彈簧產(chǎn)生壓力,彈簧長度將變短,故C錯誤,D正確,故選AD。,