《2020届高考物理总复习教科版课件：第9章 磁场 第1课时 磁场及磁场对电流的作用 (数理化网).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考物理总复习教科版课件：第9章 磁场 第1课时 磁场及磁场对电流的作用 (数理化网).ppt（64页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第九章 磁 场,第1课时 磁场及磁场对电流的作用,基础回顾,核心探究,演练提升,基础回顾 自主梳理融会贯通,知识梳理,一、磁场、磁感应强度 1.磁场 (1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 的作用. (2)方向:小磁针静止时 所指的方向,即是N极所受磁场力的方向. 2.磁感应强度 (1)物理意义:描述磁场的 和 . (2)定义式:B= (通电导线垂直于磁场). (3)方向:小磁针 时N极的指向.,磁场力,N极,强弱,方向,静止,二、磁感线 电流的磁场 1.磁感线 (1)引入:曲线上每一点的 方向为该点的磁场方向,曲线的疏密表示磁场的强弱,曲线疏的地方磁场 ,曲线密的地方磁场 .
2、 (2)特点:磁感线的特点与电场线的特点类似,主要区别在于磁感线是 . 的曲线. (3)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示).,切线,弱,强,闭合,2.安培定则 (1)通电直导线:右手握住导线,让 所指的方向与电流方向一致,则 所指的方向就是磁感线环绕的方向. (2)环形电流:如果右手 与环形电流的方向一致, 所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向. 如图,分别表示通电直导线、环形电流、通电线圈周围的磁场,表示 . 的方向,表示 的方向. 3.匀强磁场 强弱、方向 的磁场.,伸直的拇指,弯曲的四指,弯曲的四指,伸直的拇指,电流,磁感线,处处相同,三、安培力的大小和方向 1.大小 (1)F=
3、(其中为B与I之间的夹角) (2)磁感应强度B的方向与电流I的方向垂直时,F= . (3)磁感应强度B的方向与电流I的方向平行时,F=0.,ILBsin ,ILB,2.方向 (1)用左手定则判定:伸出左手,四指并拢,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向 ,则大拇指所指方向就是通电导线所受 . 如图,表示 的方向,表示 的方向,表示 的方向.,电流方向,安培力的方向,电流,磁场,安培力,(2)安培力的方向特点:FB,FI,即F垂直于B和I决定的平面.(注意:B和I可以有任意夹角),自主检测,1.思考判断 (1)磁场中某点磁感应强度的大小,跟放在该点的
4、试探电流元的强弱有关.( ) (2)安培力做功的实质是能量转化.( ) (3)在磁场中磁感线越密集的地方,磁感应强度越大.( ) (4)奥斯特发现了电流可以产生磁场.( ) (5)由定义式B= 可知,电流I越大,导线L越长,某点的磁感应强度就越小.( ) (6)磁感线是真实存在的.( ),答案:(1) (2) (3) (4) (5) (6),2.(多选)下列说法中正确的是( ) A.电荷在某处不受电场力的作用,则该处电场强度为零 B.一小段通电导线在某处不受磁场力作用,则该处磁感应强度一定为零 C.表征电场中某点电场的强弱,是用一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值 D.
5、表征磁场中某点磁场的强弱,是用一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值,AC,解析:电场对放入其中的电荷有力的作用,磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行,选项A正确,B错误;同理根据电场强度的定义式E= 可知C正确.而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明,即B= 中I和B的方向必须垂直,选项D错误.,3.为了解释地球的磁性,19世纪安培假设:地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在图中能正确表示安培假设中环形电流方向的是( ),B,解析:地磁场的N极在地球南极附近,地磁场的S极在地球北极附近,根据安培定则,可判定电流方向为顺
6、时针方向(站在地球的北极向下看),选项B正确,A,C,D错误.,4.如图所示,某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一正方形刚性线圈边长为L,匝数为n,线圈平面与磁场方向垂直,线圈一半在磁场内.某时刻,线圈中通过大小为I的电流,则此时线圈所受安培力的大小为( ),D,核心探究 分类探究各个击破,考点一 磁场的理解及安培定则,1.磁场的特点 (1)磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质,是客观存在的. (2)磁场的强弱由磁场本身决定,与放入其中的电流元的大小无关. (3)磁场既有强弱也有方向,磁场的强弱和方向可用磁感应强度来表示,也可用磁感线定性地表示.,2.电流的磁场,3.磁场
7、的叠加 磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同,利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解.,【典例1】 (2017全国卷,18)如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零.如果让P中的电流反向、其他条件不变,则a点处磁感应强度的大小为( ),C,多维训练,1.磁场的理解(多选)指南针是我国古代四大发明之一.关于指南针,下列说法正确的是( ) A.指南针可以仅具有一个磁极 B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场 C.指南针的指向会受到附近
8、铁块的干扰 D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转,BC,解析:任何磁体均具有两个磁极,故选项A错误;指南针之所以能指向南北,是因为指南针的两个磁极受到磁场力的作用,这说明地球具有磁场,即选项B正确;放在指南针附近的铁块被磁化后,反过来会影响指南针的指向,即选项C正确;通电直导线产生的磁场对其正下方的指南针有磁场力的作用,会使指南针发生偏转,故选项D错误.,2. 安培定则的应用,磁场的叠加(2018江西上高县模拟)(多选)有两根长直导线a,b互相平行放置,如图所示为垂直于导线的截面图.在图中所示的平面内,O点为两根导线连线的中点,M,N为两根导线附近的两点,它们在
9、两导线连线的中垂线上,且与O点的距离相等.若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I,则下列说法中正确的是( ) A.M点和N点的磁感应强度大小相等,方向相反 B.导线a,b互相排斥 C.在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零 D.在线段MN上只有一点的磁感应强度为零,AD,解析:根据安培定则判断得知,两根通电导线产生的磁场方向均沿逆时针方向,由于对称,两根通电导线在M,N两点产生的磁感应强度大小相等,根据平行四边形进行合成得到,M点和N点的磁感应强度大小相等,M点磁场方向向下,N点磁场方向向上,方向相反,选项A正确;两导线通有同向电流,故相互吸引,选项B错误;只有当两根通电导线在同一点产
10、生的磁感应强度大小相等、方向相反时,合磁感应强度才为零,则知只有O点的磁感应强度为零,选项C错误,D正确.,考点二 安培力的分析与计算,1.在应用左手定则判定安培力方向时,磁感线方向不一定垂直于电流方向,但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面. 2.应用安培力的公式F=ILB时要注意 (1)B与I垂直. (2)L是有效长度. 公式F=ILB中L指的是“有效长度”.当B与I垂直时,F最大,F=ILB;当B与I平行时,F=0. 弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点线段的长度. 闭合线圈通电后,在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零.,【典例2】 如
11、图所示,用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架,ab,cd边均与ad边成60角,ab=bc=cd=L,长度为L的电阻丝电阻为r,框架与一电动势为E、内阻为r的电源相连接,垂直于框架平面有磁感应强度为B的匀强磁场,则框架受到的安培力的合力大小为( ),C,核心点拨 可分别求出ab,bc,cd段受到的安培力,然后由平行四边形定则求合力;也可将abcd段等效为长为2L的一段直导线,方向与ad平行,然后求安培力.,方法技巧 弯折类导线所受安培力的求法 (1)分段求安培力,再由力的合成求其合力. (2)等效法求有效长度,其数值等于处于磁场中的通电导线两端点间在垂直于磁场方向的距离,再用公式求安培力.,多维训
12、练,1.安培力的方向及大小(2014全国卷,15)关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是( ) A.安培力的方向可以不垂直于直导线 B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半,B,2. 左手定则的应用(2017全国卷,21)(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示.矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴.将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方.为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动
13、起来,该同学应将( ) A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉,AD,解析:为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉,这样当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动,选项A正确;若将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,则当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过半周后再次受到相反方向的安培力而使其停止转动,选项B错误;左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝
14、缘漆刮掉,电路不能接通,故不能转起来,选项C错误;若将左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉,这样当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过半周后电路不导通;转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动,选项D正确.,考点三 安培力作用下导体运动趋势的判断,判断安培力作用下导体运动情况的常用方法,【典例3】 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,如图所示.当两线圈中通以图示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将( ) A.不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.在纸面内平动,B,核心点拨 左手定则判断受力方向,解析:法一
15、(电流元法)把线圈L1沿水平转动轴分成上、下两部分,每一部分又可以看成无数段直线电流元,电流元处在L2产生的磁场中,根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上,由左手定则可得,上半部分电流元所受安培力均指向纸外,下半部分电流元所受安培力均指向纸内,因此从左向右看线圈L1将顺时针转动. 法二 (等效法)把线圈L1等效为小磁针,该小磁针刚好处于环形电流I2的中心,小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向,由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上,而L1等效成小磁针后,转动前,N极指向纸内,因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上,所以从左向右看,线圈L1将顺时针转动. 法三 (结论法)环
16、形电流I1,I2之间不平行,则必有相对转动,直到两环形电流同向平行为止,据此可得,从左向右看,线圈L1将顺时针转动.,多维训练,1.电流元法和特殊位置法一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如图所示,如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流,则导线ab受到安培力作用后的运动情况为( ) A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管 C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管 D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管,D,解析:判断导线的转动方向可用电流元法:如图所示,把直线电流等效为aO,OO,Ob三段(OO段极短)电流,由于OO段电流方向与该处的磁场
17、方向相同,所以不受安培力作用;aO段电流所在处的磁场方向斜向上,由左手定则可知其所受安培力方向垂直纸面向外;Ob段电流所在处的磁场方向斜向下,同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里.再用特殊位置法分析:当导线转过90与纸面垂直时,判断导线所受安培力方向向下.综上可知导线将以OO段为轴逆时针转动(从上向下看)并靠近通电螺线管,选项D正确.,2. 转换研究对象法(多选)如图所示,台秤上放一光滑平板,其左边固定一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来,此时台秤读数为F1,现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒,当导体棒中通以方向如图所示的电流后,台秤读数为F2,则以下说法正确的是( ) A.弹簧长度
18、将变长 B.弹簧长度将变短 C.F1F2 D.F1F2,BC,解析:如图(甲)所示,导体棒处的磁场方向指向右上方,根据左手定则可知,导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方,根据牛顿第三定律,导体棒的磁场对磁铁作用力指向左上方,对条形磁铁受力分析,如图(乙)所示,台秤示数F1F2,在水平方向上,由于F有向左的分力,磁铁压缩弹簧,所以弹簧长度变短.,考点四 安培力作用下导体的平衡与加速,安培力作用下导体的平衡与加速问题的解题方法 (1)根据导体中的电流方向与磁场方向,利用左手定则先判断出安培力的方向,然后对导体进行受力分析,再结合力的平衡条件或牛顿第二定律进行求解; (2)事先不能判断出安
19、培力的方向时的平衡问题.需要对导体进行受力分析,然后结合力的平衡条件确定安培力的方向和大小,此类试题一般是包括安培力在内的三力动态平衡问题,解决的办法通常是“闭合矢量三角形法”或“相似三角形法”.,【典例4】 (2018江西重点中学协作体第二次联考)(多选)如图所示,在倾角=30的光滑轨道上,质量m=0.1 kg的AB杆放在轨道上,轨道间距l=0.2 m,电流I=0.5 A.当加上垂直于杆AB的某一方向的匀强磁场后,杆AB处于静止状态,则所加磁场的磁感应强度可能为( ) A.1 T B.5.5 T C.4 T D.7.5 T,BD,解析:对杆受力分析,由图解法求出杆受的安培力的最小值,根据F=
20、ILB求出B的最小值.金属导轨光滑,所以没有摩擦力,则金属棒只受重力、支持力和安培力,根据平衡条件支持力和安培力的合力应与重力等大反向,根据矢量三角形合成法则作出三种情况的合成图如图.由图可以看出当安培力F与支持力垂直时有最小值Fmin=mgsin ,即BminIl=mgsin ,解得Bmin=5 T,选项B,D正确.,多维训练,1.导体棒在安培力作用下的平衡(2015全国卷,24)如图,一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.1 T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连,电路
21、总电阻为2 .已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm.重力加速度大小取10 m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.,解析:依题意,开关闭合后,电流方向为从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向为竖直向下. 开关断开时,两弹簧各自相对于其原长的伸长量为l1=0.5 cm.由胡克定律和力的平衡条件得 2kl1=mg 式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g是重力加速度的大小. 开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为 F=ILB ,式中,I是回路电流,L是金属棒的长度.两弹簧
22、各自再伸长了l2=0.3 cm, 由胡克定律和力的平衡条件得 2k(l1+l2)=mg+F 由欧姆定律有E=IR 式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻. 联立式,并代入题给数据得 m=0.01 kg.,答案:见解析,2.安培力作用下导体的加速“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器,具有速度快、效率高等优点.如图是“电磁炮”的原理结构示意图.光滑水平加速导轨电阻不计,轨道宽为L=0.2 m.在导轨间有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=1102 T.“电磁炮”弹体总质量m=0.2 kg,其中弹体在轨道间的电阻R=0.4 ,可控电源的内阻r=0.6 ,电源的电压能自行调节,以保证“电磁炮”匀加
23、速发射.在某次试验发射时,电源为加速弹体提供的电流I=4103 A,不计空气阻力.求:,解析:(1)由安培力公式得F=ILB=8104 N;,答案:(1)8104 N (2)20 m,(1)弹体所受安培力的大小; (2)弹体从静止加速到4 km/s,轨道至少要多长;,答案:(3)1.76106 J,(3)弹体从静止加速到4 km/s过程中,该系统消耗的总能量.,演练提升 真题体验强化提升,高考模拟,1.地磁场(2016北京卷,17)中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也.”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图.结合上述材料
24、,下列说法不正确的是( ) A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近 C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用,C,解析:磁偏角的存在说明地理南、北极与地磁场南、北极不重合;地球相当于一个大磁铁,地球内部也存在磁场,且地磁南极在地理北极附近;由于地球磁感线并不是以地心为圆心的圆弧,地球表面大部分位置的地磁场方向与地面不平行;地球赤道处地磁场方向沿南北方向,射向赤道的带电宇宙射线粒子方向与地磁场方向基本垂直,带电宇宙射线粒子必受地磁场的洛伦兹力作用,故选C.,2.左手定则(2016海南卷,8
25、)(多选)如图(a)所示,扬声器中有一线圈处于磁场中,当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动,发出声音.俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面)磁场方向如图中箭头所示,在图(b)中( ) A.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 B.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外 C.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里 D.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外,BC,解析:将环形导线分割成无限个小段,每一小段看成直导线,则根据左手定则,当电流顺时针时,导线所受的安培力垂直纸面向外,故A错误,B正确;当电
26、流逆时针时,根据左手定则可以知道安培力垂直纸面向里,选项C正确,D错误.,3.磁场的叠加、安培力大小的计算(2017全国卷,19)(多选)如图,三根相互平行的固定长直导线L1,L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反,下列说法正确的是( ) A.L1所受磁场作用力的方向与L2,L3所在平面垂直 B.L3所受磁场作用力的方向与L1,L2所在平面垂直,BC,4.左手定则、力的平衡(2017湖南怀化三模)如图所示,电源E,导线,导电细软绳ab,cd,以及导体棒bc构成闭合回路,导电细软绳ab,cd的a端和d端固定不动,加上恰当的磁场后,当导体棒保持静止时,闭合回
27、路中abcd所在平面与过ad的竖直平面成30,已知ad和bc等长且都在水平面内,导体棒bc中的电流I=2 A,导体棒的长度L=0.5 m,导体棒的质量m=0.5 kg,g取10 m/s2,以下说法正确的是( ) A.磁感应强度的最小值为2.5 T,方向沿ba所在直线,由b指向a B.磁感应强度的最小值为2.5 T,方向沿ab所在直线,由a指向b,A,拓展增分,磁感应强度的测定 直接测定磁感应强度是很困难的,但可以通过测量安培力,或借助天平、电子测力计等仪器利用平衡方法测定.,1.通过测量安培力测定 【示例1】 图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过测量通电导线在磁场中所受
28、的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小,并判定其方向,所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E为直流电源;R为电阻箱; 为电流表;S为开关,此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线.,(1)在图中画线连接成实验电路图.,解析:(1)本实验的原理是:通过测量D所受的安培力的大小和方向、电流的大小和方向、D的底边长度,根据F=BIL,测出B的大小和方向;因此把电流表、电阻箱、开关、电源和D串联即可,如图所示.,答案:(1)图见解析,(2)完成下列主要实验步骤中的填空: 按图连线. 保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态;然后用天平称出细
29、沙质量m1. 闭合开关S,调节R的值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D ;然后读出 ,并用天平称出 . 用米尺测量 .,解析:(2)根据步骤可知D的重力G=m1g,步骤为让电流流过D,使D在重力、安培力和细线的拉力下重新平衡,要测出安培力,需要测出拉力,即用天平称出重新加入细沙的总质量;要测出B,需要测出电流的大小和D的底边的长度.,答案:(2)重新处于平衡状态 电流表的示数I 此时细沙的质量m2 D的底边长度l,(3)用测得的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B= . (4)判定磁感应强度方向的方法是:若 ,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面
30、向里.,(4)由电路图知电流的方向水平向右,B方向若垂直纸面向外,则安培力方向为竖直向下,有 F+m1g=m2g,即m2m1.,答案:(3) (4)m2m1,2.用电子测力计测定 【示例2】 (2013重庆卷,7)小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验,其装置如图所示.在该实验中,磁铁固定在水平放置的电子测力计上,此时电子测力计的读数为G1,磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场,其余区域磁场不计.直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路,总阻值为R.若让铜条水平且垂直于磁场,以恒定的速率v在磁场中竖直向下运动,这时电子测力计的读数为G2,铜条在磁场中的长度为L.,(1)判断铜条所受安培力的方向,G1和G2哪个大?,解析:(1)铜条匀速向下运动,由楞次定律可知,其所受安培力竖直向上.根据牛顿第三定律,铜条对磁铁的作用力竖直向下,故G2G1.,答案:(1)见解析,(2)求铜条匀速运动时所受安培力的大小和磁感应强度的大小.,答案:(2)见解析,