高考人教物理高效學習方略復習課件第8章第1講磁場及其對電流的作用

1、第八章磁場,考綱導航 考綱展示 1.磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線 2磁通量 3通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向 4安培力、安培力的方向 5勻強磁場中的安培力 6洛倫茲力、洛倫茲力的方向,7洛倫茲力公式 8帶電粒子在勻強磁場中的運動 9質(zhì)譜儀和回旋加速器 說明：(1)安培力的計算只限于電流與磁感應(yīng)強度垂直的情形 (2)洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形,權(quán)威解讀 1.會用安培定則、左手定則分析解決通電導體或帶電粒子在磁場中的受力及平衡和運動類問題 2掌握帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動，確定其圓心、半徑、運動軌跡、運動時間等問題，特別注意“邊界問題”以及由周期性引起的多解問題 3掌握帶

2、電粒子在復合場中運動的問題 4能夠解決電流天平、速度選擇器、磁流體發(fā)電機、質(zhì)譜儀、回旋加速器等磁場在生活和科技方面的應(yīng)用問題.,一、磁場、磁感應(yīng)強度 1磁場 (1)基本性質(zhì)： 磁場對放入其中的磁體、 和 有磁場力的作用,電流,運動電荷,同名磁極相互，異名磁極相互 ，磁體之間、磁體與電流之間、電流(或運動電荷)與電流(或運動電荷)之間的相互作用都是通過 發(fā)生的 (2)方向：規(guī)定在磁場中的任一點，小磁針 所受磁場力的方向或小磁針靜止時， 的指向為該點的磁場方向,排斥,吸引,磁場,N極,N極,強弱和方向,N極,特斯拉,二、磁感線、通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向 1磁感線 (1)定義：在磁場中畫出

3、一系列曲線，使曲線上任意點的 都跟該點的磁場方向一致，這一系列曲線即為磁感線 (2)特點：磁感線的疏密表示磁場的 ，磁感線密的地方磁場強，磁感線疏的地方磁場 ,切線方向,強弱,弱,磁感線是 曲線，沒有起點和終點在磁體外部，從極指向極，在磁體內(nèi)部從 極指向極 同一磁場的磁感線不中斷，不 ，不相切,閉合,N,S,S,N,相交,2條形磁鐵和蹄形磁鐵磁場的磁感線分布，如圖所示,3電流的磁場,越弱,勻強,最強,越弱,三、安培力 1安培力的方向 (1)安培力：通電導線在磁場中受到的力 (2)左手定則：伸開左手，讓拇指與其余四指 ，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)讓磁感線垂直掌心進入，并使四指指向 方向，這時所指

4、的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向 (3)兩平行的通電直導線間的安培力：同向電流互相 ，異向電流互相,垂直,電流所指,大拇指,吸引,排斥,2安培力的大小 當磁感應(yīng)強度B的方向與導線方向成角時，F(xiàn) .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)當磁場與電流 時，安培力最大，F(xiàn)maxBIL. (2)當磁場與電流 時，安培力等于零,BILsin ,垂直,平行,1下列關(guān)于磁感應(yīng)強度大小的說法中正確的是() A通電導線受磁場力大的地方磁感應(yīng)強度一定大 B通電導線在磁感應(yīng)強度大的地方受力一定大 C放在勻強磁場中各處的通電導線，受力大小和方向處處相同 D磁感應(yīng)強度的大小和方向跟放在磁

5、場中的通電導線受力的大小和方向無關(guān),解析D因為磁場中某點的磁感應(yīng)強度的大小和方向由磁場本身決定，與通電導線的受力及方向都無關(guān)，故A錯誤，D正確因為通電導線在磁場中受力的大小不僅與磁感應(yīng)強度有關(guān)，而且與通電導線的取向有關(guān)，故B錯誤對C選項雖然勻強磁場中磁感應(yīng)強度處處相等，但當導線在各個位置的方向不同時，磁場力是不同的(導線與磁場垂直時受磁場力最大，與磁場平行時受磁場力為零)，而C中沒有說明導線在各個位置的取向是否相同，故C錯誤,2.磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示，則() Aa、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等，BaBb Ba、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等，BaBb C同一通電導線放在a處受力一定比放在

6、b處受力大 D同一通電導線放在a處受力一定比放在b處受力小,解析B在磁場中，磁感線的疏密表示磁場的強弱，故BaBb，選項B正確，選項A錯誤；同一通電導線如果都垂直放入磁場中，則在a處受力一定比b處受力小，但如果導線與磁場平行放置，受力均為零，故選項C、D均錯誤,3一根容易形變的彈性導線，兩端固定導線中通有電流，方向如圖中箭頭所示當沒有磁場時，導線呈直線狀態(tài)；當分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時，描述導線狀態(tài)的四個圖示中正確的是() 解析D電流與磁場平行放置時不受磁場力，選項A錯誤；電流與磁場垂直放置時，由左手定則知選項D正確,4在如圖所示電路中，電池均相同，當電鍵S分別

7、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(),A相互吸引，fafb B相互排斥，fafb C相互吸引，fafb D相互排斥，fafb 解析D由圖可知無論電鍵置于a或b，導體中的電流方向均由MM和NN，由安培定則可知MM在NN處產(chǎn)生的磁場方向垂直板向上，由左手定則知NN受到的力向外，即這兩段導線相互排斥；電鍵分別置于a、b兩處時，在b處的電流較大，所以有fafb，故D正確,5.如圖所示，PQ和MN為水平、平行放置的金屬導軌，相距1 m，導體棒ab跨放在導軌上，棒的質(zhì)量為m0.2 kg，棒的中點用細繩經(jīng)滑輪與物體相連，物體的質(zhì)量M0.3 kg，棒與導軌間

8、的動摩擦因數(shù)為0.5，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B2 T，方向豎直向下，為了使物體勻速上升，應(yīng)在棒中通入多大的電流？方向如何？(g10 m/s2),解析導體棒ab受力如圖所示，由平衡條件： FNmg BILFfMg0 又FfFN 聯(lián)立得I2 A， 由左手定則知電流方向由ab. 【答案】2 Aab,要點一對磁感應(yīng)強度的理解,3磁感應(yīng)強度與電場強度,(1)電場強度的方向與電荷的受力方向相同或相反，而磁感應(yīng)強度方向與電流元受安培力方向垂直，滿足左手定則 (2)電荷在電場中一定會受到電場力的作用，而在磁場中如果電流方向與磁場方向平行，則不受安培力的作用,【例1】(2011上海單科)如圖，質(zhì)量為m、長為L的直

9、導線用兩絕緣細線懸掛于O、O，并處于勻強磁場中，當導線中通以沿x正方向的電流I，且導線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為.則磁感應(yīng)強度方向和大小可能為(),關(guān)于磁感應(yīng)強度，下列說法正確的是() A一小段通電導線放在B為零的位置，那么它受到的磁場力也一定為零 B通電導線所受的磁場力為零，該處的磁感應(yīng)強度也一定為零 C放置在磁場中1 m長的通電導線，通過1 A的電流，受到的磁場力為1 N，則該處的磁感應(yīng)強度就是1 T D磁場中某處的B的方向跟電流在該處受到的磁場力F的方向相同,解析A根據(jù)磁感應(yīng)強度的定義，A選項對B選項中通電導線(電流I)與磁場方向平行時，磁場力為零，但磁感應(yīng)強度不為零，B選項錯C選

10、項中只有通電導線(電流I)與磁場方向垂直時，該處磁感應(yīng)強度大小才為1 T，C選項錯D選項中B與F方向一定垂直，D選項錯.,要點二通電導體在安培力作用下運動方向的判斷 1.基本思路 判定通電導體在安培力作用下的運動或運動趨勢，首先必須弄清楚導體所在位置的磁場分布情況，然后利用左手定則準確判定導體的受力情況，進而確定導體的運動方向或運動趨勢的方向,2常用方法,(1)在應(yīng)用左手定則判定安培力方向時，磁感線方向不一定垂直于電流方向，但安培力方向一定與磁場方向和電流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面 (2)有時導體在安培力作用下會出現(xiàn)平動和轉(zhuǎn)動，這時可以應(yīng)用特殊位置法,【例2】如

11、圖所示，把一重力不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(zhuǎn)動，當導線通入圖示方向電流I時，導線的運動情況是(從上往下看)() A順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 B順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 C逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 D逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升,解析A首先明確常見磁場的磁感線分布情況，然后取“電流元”，用左手定則判定其受力方向，特別注意電流旋轉(zhuǎn)后，有了垂直于紙面的分量而導致向下受力 (1)電流元法： 如圖所示，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平行，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

12、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方向垂直于紙面向里綜上可知導線將以O(shè)O段為軸順時針轉(zhuǎn)動(俯視),(2)特殊位置法： 把導線轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動的同時向下運動 綜上所述，選項A正確,一條形磁鐵放在水平桌面上，上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導體棒，圖中只畫出此棒的截面圖，并標出導體棒中的電流方向，那么在通電的一瞬間會產(chǎn)生怎樣的情況呢？,解析如圖所示，對導體棒通電后由左手定則可判斷導體棒受到斜向左下的安培力，由牛頓第三定律可得，磁鐵受到導體棒的作用力應(yīng)斜向右上方，所以在通電的一瞬間，磁鐵對

13、桌面的壓力會減小，同時磁鐵受到向左的摩擦力 【答案】見解析,要點三與安培力有關(guān)的力學綜合問題 1.安培力公式的說明 (1)可把安培力公式寫為FBsin IL(為B與I方向夾角)，即相當于只有與L垂直的磁感應(yīng)強度的分量對電流產(chǎn)生安培力,(2)對于彎曲導線L等于其在垂直磁場平面內(nèi)的投影兩端點所連線的長度，如圖所示相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端,2分析通電導線在磁場中平衡和加速運動問題的思路 (1)確定研究對象，對研究對象進行受力分析 (2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安B、F安I. (3)列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進行求解,3安培

14、力做功的特點和實質(zhì) (1)安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場力做功與路徑無關(guān) (2)安培力做功的實質(zhì)：起傳遞能量的作用 安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導線后轉(zhuǎn)化為導線的動能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能 安培力做負功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲存起來或轉(zhuǎn)化為其他形式的能,涉及安培力的運動問題，用動能定理或能量守恒定律有時會比較方便,【例3】如圖所示，兩平行金屬導軌間的距離L0.40 m，金屬導軌所在的平面與水平面夾角37，在導軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強度B0.50 T、方向垂直于導軌所在平面的勻強磁場金屬導軌的一端接有電動勢E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量m0.040

15、 kg的導體棒ab放在金屬導軌上，導體棒恰好靜止導體棒與金屬導軌垂直且接觸良好，導體棒與金屬導軌接觸的兩點間的電阻R02.5 ，金屬導軌電阻不計，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：,(1)通過導體棒的電流； (2)導體棒受到的安培力大??； (3)導體棒受到的摩擦力,【思路點撥】解答本題時應(yīng)注意以下三個方面： (1)導體棒中的電流可由閉合電路歐姆定律求解 (2)判斷安培力的方向，畫好導體棒受力圖 (3)摩擦力應(yīng)由物體的平衡條件列式計算,【答案】(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N，方向沿斜面向下 【規(guī)律方法】解決有關(guān)通電導體在磁場中的平衡問題

16、要先進行受力分析，再根據(jù)物體的平衡條件F合0或Fx合0，F(xiàn)y合0列出平衡方程特別重要的是安培力方向的判斷，方法是根據(jù)磁場和電流的方向利用左手定則進行判斷由于安培力與電流I和磁感應(yīng)強度B的方向之間涉及到三維空間，在應(yīng)用時應(yīng)善于把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖,如圖所示，在傾角為37的光滑斜面上有一根長為0.4 m，質(zhì)量為6102 kg的通電直導線，電流強度I1 A，方向垂直于紙面向外，導線用平行于斜面的輕繩拴住不動，整個裝置放在磁感應(yīng)強度每秒增加0.4 T，方向豎直向上的磁場中設(shè)t0時，B0，則需要多長時間，斜面對導線的支持力為零？(g取10 m/s2),易錯點 對導體所處的狀態(tài)不清導致錯誤,未通電時，輕線

17、在豎直方向，通入恒定電流后，棒向外偏轉(zhuǎn)的最大角度37，求此棒中恒定電流的大小,【正確解答】金屬棒向外偏轉(zhuǎn)過程中，導線拉力不做功，如圖所示 安培力F做功為 WFFx1BIl2sin 37 重力做功為 WGmgx2mgl(1cos 37) 由動能定理得,1(2011全國新課標理綜)為了解釋地球的磁性，19世紀安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的在下列四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是(),解析B地磁場是從地理的南極附近出來，進入地理的北極附近，除兩極外地表上空的磁場都具有向北的磁場分量，由安培定則，環(huán)形電流外部磁場方向向北可知，B正確A圖地表上空磁場方向向南，故A錯誤C

18、、D在地表上空產(chǎn)生的磁場方向是東西方向，故C、D錯誤,2.(2011全國新課標理綜)如圖，兩根相互平行的長直導線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d為導線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點，且a、b、c與兩導線共面；b點在兩導線之間，b、d的連線與導線所在平面垂直磁感應(yīng)強度可能為零的點是() Aa點 Bb點 Cc點 Dd點,解析C由安培定則畫出a、b、c、d的磁感線的分布圖，由圖可知a、c兩點的磁場方向相反，當B1B2時該點處的磁感應(yīng)強度可能為零，又I1I2，故該點距I1距離應(yīng)比I2大，故C正確，A、B、D錯誤,3.將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細線吊起來，在其附近放一條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖所示，當圓環(huán)中通以順時針方向的電流時，從上往下看() A圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵 B圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵 C圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵 D圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)