高考物理大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專題十五 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用課件

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1、專題十五磁場(chǎng)及其對(duì)電流的 作用 考點(diǎn)基礎(chǔ)自清考點(diǎn)互動(dòng)探究?jī)?nèi)容索引 考點(diǎn)基礎(chǔ)自清 一、磁現(xiàn)象和磁場(chǎng)排斥 答案 1.磁極間的相互作用：同名磁極相互 ，異名磁極相互吸引.2.奧斯特實(shí)驗(yàn)(如圖1所示)：(1)通電直導(dǎo)線沿 方向放置在小磁針的上方.(2)意義：說(shuō)明通電導(dǎo)體周圍存在著磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)了電流的 ，首先揭示了電與磁之間是有聯(lián)系的.圖1南北磁效應(yīng) 答案 3.磁場(chǎng)(1)磁場(chǎng)：存在于磁體周圍或電流周圍的一種客觀存在的特殊物質(zhì).磁體與磁體之間、磁體和通電導(dǎo)體之間、通電導(dǎo)體和通電導(dǎo)體之間的相互作用都是通過(guò) 發(fā)生的.(2)基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的 或通電導(dǎo)體有力的作用.(3)地磁場(chǎng)：地球磁體的N極(北極)位于地理

2、南極附近，地球磁體的S極(南極)位于地理 附近.磁場(chǎng)磁體北極 答案 二、磁感應(yīng)強(qiáng)度安培定則1.磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)定義式：B (通電導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)).(2)方向：小磁針靜止時(shí) 的指向.(3)單位：特斯拉，簡(jiǎn)稱特(T)，1 T1 .(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量，由磁場(chǎng)本身決定，是用 法定義的. N極比值 答案 2.磁感線(1)引入：在磁場(chǎng)中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的 方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致.(2)特點(diǎn)：磁感線的特點(diǎn)與電場(chǎng)線的特點(diǎn)類似，主要區(qū)別在于磁感線是 的曲線.(3)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(chǎng)(如圖2所示).圖2切線閉合 3.常見電流的磁場(chǎng)通電直導(dǎo)線通電螺線管環(huán)形電流安培定

3、則 答案 三、安培力1.安培力的方向(1)左手定則：伸出左手，讓拇指與其余四指 ，并且都在同一個(gè)平面內(nèi).讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向 方向. 所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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：同向電流相互，異向電流相互排斥.2.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中安培力的大小(1)當(dāng)磁場(chǎng)與電流時(shí)，安培力最大，F(xiàn) m axBIL.(2)當(dāng)磁場(chǎng)與電流時(shí)，安培力等于零.垂直電流拇指吸引垂直平行 1.下列四圖為電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布圖，正確的分布圖是() 學(xué)考通關(guān)練A. B. C. D.解析由安培定則可以判斷出直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，正確，錯(cuò)誤，和為環(huán)形電流，注意讓彎曲的四指指向電流的方向，可

4、判斷出正確，錯(cuò)誤.故正確選項(xiàng)為C. 解析 解析 2.(2016臺(tái)州模擬)磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線如圖3所示，則()A.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，BaBbB.a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，BaBbC.同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大D.同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小圖3解析在磁場(chǎng)中，磁感線疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，故BaBb，B正確，A錯(cuò)誤；同一通電導(dǎo)線如果都垂直放入磁場(chǎng)中，則在a處受力一定比在b處受力小，但如果導(dǎo)線與磁場(chǎng)平行放置，受力均為零，C、D錯(cuò)誤. 3.為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場(chǎng)是由繞過(guò)地心的軸的環(huán)形電流I引起的.在下列四個(gè)圖中，正確

5、表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是() 解析 解析地磁場(chǎng)從地理的南極附近出來(lái)，進(jìn)入地理的北極附近，除兩極外，地表上空的磁場(chǎng)都具有向北的磁場(chǎng)分量.根據(jù)安培定則，環(huán)形電流外部磁場(chǎng)方向向北可知，B正確.A圖在地表上空產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向南，故A錯(cuò)誤.C、D兩圖在地表上空產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向沿東西方向，故C、D錯(cuò)誤. 4.(2015浙江1月學(xué)考28)小劉同學(xué)用鐵釘與漆包線繞成電磁鐵，當(dāng)接通電路后，放在其上方的小磁針N極立即轉(zhuǎn)向左側(cè)，如圖4所示.則此時(shí)() 解析 A.導(dǎo)線A端接電池正極B.鐵釘左端為電磁鐵的N極C.鐵釘內(nèi)磁場(chǎng)方向向右D.漆包線內(nèi)電流由A流向B解析小磁針靜止時(shí)N極指向?yàn)樵撎幋艌?chǎng)方向，根據(jù)通電螺線管磁場(chǎng)分

6、布知，鐵釘右端為電磁鐵的N極，鐵釘左端為電磁鐵的S極，再根據(jù)安培定則知C項(xiàng)正確.圖4 5.把長(zhǎng)L0.25 m的導(dǎo)體棒置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.0102 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，使導(dǎo)體棒和磁場(chǎng)方向垂直，如圖5所示.若導(dǎo)體棒的電流I2.0 A，方向向右，則導(dǎo)體棒受到的安培力大小與方向分別為()A.1.0103 N豎直向上B.5.0103 N豎直向上C.5.0103 N豎直向下D.1.010 3 N豎直向下圖5返回 考點(diǎn)互動(dòng)探究 1.安培定則的“因”和“果”原因(電流方向)結(jié)果(磁場(chǎng)方向)直線電流的磁場(chǎng)大拇指四指環(huán)形電流及通電螺線管的磁場(chǎng)四指大拇指2.磁場(chǎng)的疊加磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定則. 考

7、點(diǎn)一 安培定則和磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加 解析 例1三根平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線，分別垂直通過(guò)一個(gè)等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，三導(dǎo)線中電流方向相同，A、B兩導(dǎo)線中的電流大小相同，如圖6所示，已知導(dǎo)線A在斜邊中點(diǎn)O處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)線C在斜邊中點(diǎn)O處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，則O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向?yàn)?)A.大小為B，方向沿OA方向B.大小為2 B，方向豎直向下C.大小為2B，方向沿OB方向D.大小為2B，方向沿OA方向圖6 解析由安培定則知導(dǎo)線A、B在O處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反，相互抵消，所以O(shè)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度即為導(dǎo)線C所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即大小為2B，由安培定則可

8、判定其方向沿OA方向，A、B、C錯(cuò)，D對(duì). 規(guī)律總結(jié)磁場(chǎng)的矢量性及合成1.根據(jù)安培定則確定通電導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的方向.2.磁場(chǎng)中每一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感線的切線方向.3.磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，多個(gè)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加時(shí)，合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場(chǎng)源單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和. 解析 1.(2013浙江6月學(xué)考26)如圖7所示，E、F分別表示蓄電池兩極，P、Q分別表示螺線管兩端.當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小磁針N極偏向螺線管Q端.下列判斷正確的是()A.E為蓄電池正極B.螺線管P端為S極C.流過(guò)電阻R的電流方向向上D.管內(nèi)磁場(chǎng)方向由P指向Q解析根據(jù)小磁針靜止時(shí)N極所指的方向，可以判斷出通電螺線

9、管的P端為N極，Q端為S極，管內(nèi)磁場(chǎng)方向由Q指向P. 根據(jù)右手螺旋定則還可以判斷出流過(guò)電阻R的電流方向向上，E為蓄電池負(fù)極. 變式題組圖7 解析 2.如圖8，兩根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定電流；a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點(diǎn)，左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為 、l和3l.關(guān)于這三點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列判斷正確的是()A.a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的小B.b、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等C.a、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同D.b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零圖8 解析a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是兩導(dǎo)線電流產(chǎn)生的合磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于a點(diǎn)比c點(diǎn)距離兩導(dǎo)線近，所以a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度比c點(diǎn)的大，A錯(cuò)誤.根據(jù)

10、安培定則知，a、c兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，C錯(cuò)誤.b點(diǎn)位于兩導(dǎo)線中間，兩導(dǎo)線在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反，合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，c處磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，D正確，B錯(cuò)誤. 3.如圖9所示，一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在以導(dǎo)線截面的中心為圓心，半徑為r的圓周上有a、b、c、d四個(gè)點(diǎn)，已知a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則下列敘述正確的是()A.直導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外B.b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 T，方向斜向右上方， 與B的夾角為45C.c點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度也為零D.d點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度跟b點(diǎn)的相同圖9 1.方向根據(jù)左手定則判斷.2.大小安培力常用公式FBIL，要求兩兩垂

11、直，應(yīng)用時(shí)要滿足：(1)B與L垂直.(2)L是有效長(zhǎng)度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長(zhǎng)度.如彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度. 考點(diǎn)二 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力 3.安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判斷方法(1)電流元法即把整段電流等效為多段直線電流元，運(yùn)用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向.(2)特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷所受安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向.(3)等效法環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵.條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管.通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來(lái)分析. (4)利用結(jié)論法兩電流

12、相互平行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，異向電流相互排斥；兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì).(5)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法因?yàn)殡娏髦g，電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律.定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用的受力和運(yùn)動(dòng)時(shí)，可先分析電流在磁體的磁場(chǎng)中受到的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受電流的作用力. 例2(2016浙江10月學(xué)考10)如圖10所示，把一根通電的硬直導(dǎo)線ab用輕繩懸掛在通電螺線管正上方，直導(dǎo)線中的電流方向由a向b.閉合開關(guān)S瞬間，導(dǎo)線a端所受安培力的方向是() 解析 A.向上B.向下C.垂直紙面向外D.垂直紙面向里圖10解析根據(jù)右手定則可知，開關(guān)閉合后，螺線管產(chǎn)

13、生的磁極N極在右側(cè).根據(jù)左手定則可知，a端受力應(yīng)垂直紙面向里，選項(xiàng)D正確. 方法感悟安培力公式中的L為通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，彎折后通電導(dǎo)線中電流的有效長(zhǎng)度等于導(dǎo)線兩端點(diǎn)連線的長(zhǎng)度；若導(dǎo)線所在的平面與磁感線平行，則有效長(zhǎng)度為導(dǎo)線兩端連線在垂直于磁感線平面上的投影長(zhǎng)度；還可以用力的合成求解，即分別求出兩段的安培力再求出它們的合力. 解析 4.(20164月浙江選考9)法拉第電動(dòng)機(jī)原理如圖11所示.條形磁鐵豎直固定在圓形水銀槽中心，N極向上.一根金屬桿斜插在水銀中，桿的上端與固定在水銀槽圓心正上方的鉸鏈相連.電源負(fù)極與金屬桿上端相連，與電源正極連接的導(dǎo)線插入水銀中.從上往下看，金屬桿()A.向左擺動(dòng)

14、B.向右擺動(dòng)C.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 變式題組圖11解析根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)電金屬桿所受安培力將會(huì)使其逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，D對(duì). 解析 5.如圖12所示，條形磁鐵放在水平粗糙桌面上，它的正中間上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線中通有方向垂直紙面向里(即與條形磁鐵垂直)的電流，與原來(lái)沒有電流通過(guò)時(shí)相比較，磁鐵受到的支持力FN和摩擦力Ff將()A.FN減小，F(xiàn)f0 B.FN減小，F(xiàn)f 0C.FN增大，F(xiàn)f0 D.FN增大，F(xiàn)f 0圖12 解析磁鐵的磁感線在它的外部是從N極到S極，因?yàn)殚L(zhǎng)直導(dǎo)線在磁鐵的中央上方，所以此處的磁感線是水平向左的，電流的方向垂直于紙面向里，根據(jù)左手定則，導(dǎo)線受磁鐵的安培力方向豎直向上

15、，由牛頓第三定律可知，導(dǎo)線給磁鐵的反作用力方向豎直向下，因此磁鐵對(duì)水平桌面的壓力增大；由于導(dǎo)線對(duì)磁鐵的作用力方向豎直向下，所以磁鐵在水平方向不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，也就不會(huì)產(chǎn)生摩擦力，故選C. 6.一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，如圖13所示.當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí)，從左向右看，線圈L1將()A.不動(dòng) B.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D.在紙面內(nèi)平動(dòng) 解析圖13 解析解法一(電流元法)把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無(wú)數(shù)段直線電流元，電流元處在L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場(chǎng)方向向

16、上，由左手定則可得，上半部分電流元所受安培力均指向紙外，下半部分電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).解法二(等效法)把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心，小磁針的N極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流I2的磁場(chǎng)方向，由安培定則知I 2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心處豎直向上，而L1等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動(dòng)前，N極指向紙內(nèi)，因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).解析 解法三(結(jié)論法)環(huán)形電流I1、I2之間不平行，則必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止.據(jù)此可得，從左向右看，線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng). 求解安培力作用下通電導(dǎo)體的平衡問題的

17、基本思路 考點(diǎn)三 通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的平衡 例3如圖14，一長(zhǎng)為10 cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣相連.金屬棒通過(guò)開關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12 V的電池相連，電路總電阻為2 .已知開關(guān)斷開時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量均為0.5 cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開關(guān)斷開時(shí)相比均改變了0.3 cm，重力加速度大小取10 m /s2.判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量. 解析答案圖14 導(dǎo)體棒受到的安培力大小為FBIL0.06 N由左手定則可判斷知金屬棒受到的安培力方向

18、豎直向下.由平衡條件知：開關(guān)閉合前：2kxmg開關(guān)閉合后：2k(xx)mgF代入數(shù)值，解得m0.01 kg.答案方向豎直向下0.01 kg 技巧點(diǎn)撥安培力作用下導(dǎo)體的分析技巧1.安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題與力學(xué)中的平衡問題分析方法相同，只不過(guò)多了安培力，解題的關(guān)鍵是畫出受力分析示意圖.2.處理該類問題時(shí)，要變?nèi)S立體為二維平面圖，可變難為易. 解析 7.如圖15所示，兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置，導(dǎo)軌所在平面與水平面間的夾角為.整個(gè)裝置處于沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，當(dāng)金屬桿ab中通有從a到b的恒定電流I時(shí)，金屬桿ab剛好靜止.則()A.磁場(chǎng)方向豎直向上B.磁場(chǎng)方向豎直向下C.

19、金屬桿ab受平行導(dǎo)軌向上的安培力D.金屬桿ab受水平向左的安培力 變式題組圖15 解析金屬桿ab靜止，則受力平衡，由于磁場(chǎng)方向沿豎直方向，則安培力必沿水平方向，導(dǎo)軌對(duì)金屬桿必有支持力，只有安培力的方向水平向右，金屬桿ab才可能靜止.根據(jù)左手定則可知磁場(chǎng)方向豎直向上. 解析 8.利用如圖16所示裝置可測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B，矩形線圈寬為L(zhǎng)，共N匝，磁場(chǎng)垂直于紙面，當(dāng)線圈中通以方向如圖所示的電流I時(shí)，天平處于平衡.當(dāng)電流改為反方向且大小不變時(shí)，右邊需加質(zhì)量為m的砝碼后，天平才能重新平衡，由此可知()圖16 解析當(dāng)電流改為反方向且大小不變時(shí)，右盤中需加砝碼才能平衡，說(shuō)明此時(shí)安培力方向向上.由左手定則判斷可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向里. 解析答案 9.(2015浙江1月學(xué)考36)如圖17所示，一根質(zhì)量為m、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的金屬細(xì)桿MN置于絕緣水平桌面上，并處在與其垂直的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.當(dāng)給金屬細(xì)桿通以大小為I的電流時(shí)，桿所受的支持力恰好為零并處于靜止?fàn)顟B(tài).重力加速度為g，求：(1)金屬細(xì)桿受到安培力的方向；(2)金屬細(xì)桿中電流的方向；(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小.圖17 返回 答案(1)豎直向上(2)由M指向N返回