高三物理一輪復(fù)習(xí)課件磁場磁場對電流作用解析

1、第1單元磁場磁場對電流的作用填一填 1磁場(1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用(2)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向2磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場強(qiáng)弱和方向(2)定義式：B(通電導(dǎo)線垂直于磁場)(3)方向：小磁針靜止時(shí)的指向(4)單位：，符號T.3磁通量(1)公式：.(2)適用條件：勻強(qiáng)磁場；S是垂直磁場并在磁場中的有效面積(3)單位：韋伯(韋)，符號：Wb,1 Wb1 Tm2.1磁感線在磁場中畫出一些曲線，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幾種常見的磁場(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖所示)(2)地磁場地磁場的N極在地理附近，地磁場的S

2、極在地理附近，磁感線分布如圖所示地磁場B的水平分量(Bx)總是從地理南極指向北極，而豎直分量(By)，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下，在赤道處的地磁場沿水平方向，指向北(3)幾種電流周圍的磁場分布【溫馨提示】同一個(gè)圖中可以根據(jù)磁感線的疏密判定磁場的強(qiáng)弱；沒有畫出磁感線的地方并不表示該處沒有磁場存在 1大小(1)FBILsin (為B與I之間的夾角)(2)磁場和電流垂直時(shí)：F.(3)磁場和電流平行時(shí)：F0.2方向(1)用左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向的方向，這時(shí)所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方

3、向(2)安培力的方向特點(diǎn)：FB，F(xiàn)I，即F垂直于B和I決定的平面(注意：B和I可以有任意夾角)練一練1關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B，下列說法中正確的是()B磁感應(yīng)強(qiáng)度B是標(biāo)量，沒有方向C磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量，方向與F的方向相反D在確定的磁場中，同一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是確定的，不同點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B可能不同，磁感線密集的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度B大些，磁感線稀疏的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度B小些【解析】磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁場本身的性質(zhì)，與放入磁場中的導(dǎo)體的電流或受力大小F無關(guān)，A錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量，其方向與F總是垂直的，電流方向與F也總是垂直的，B、C錯(cuò)誤；在確定的磁場中，同一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是確定的，由磁場本身決定，與其他外來的一切

4、因素?zé)o關(guān)，用磁感線的疏密程度表示磁場的強(qiáng)弱，D正確【答案】D2一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如下圖中箭頭所示當(dāng)沒有磁場時(shí)，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)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(qiáng)磁場時(shí)，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖示中正確的是()【解析】通電導(dǎo)線在磁場中受安培力時(shí)，可用左手定則判斷安培力的方向【答案】D3在赤道上，地磁場可以看作是沿南北方向并且與地面平行的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度是5105 T如果赤道上有一條沿東西方向的直導(dǎo)線，長40 m，載有20 A的電流，地磁場對這根導(dǎo)線的作用力大小是()A4108 NB2.5105 NC9104N D4102 N【解析】磁場方向

5、是南北方向，電流方向是東西方向，它們相互垂直，可以利用公式FBIL來計(jì)算此安培力的大小【答案】D 4如圖所示，AC是一個(gè)用長為L的導(dǎo)線彎成的、以O(shè)為圓心的四分之一圓弧，將其放置在與平面AOC垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以由C到A，大小為I的恒定電流時(shí)，該導(dǎo)線受到的安培力的大小和方向是()ABIL，平行于OC向左【答案】C考點(diǎn)一對磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解考點(diǎn)梳理1磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場性質(zhì)的物理量，是用比值法定義的2勻強(qiáng)磁場：磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相同，磁感線是一組平行且等間距的直線3磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場強(qiáng)度E的比較典例應(yīng)用(2012全國大綱卷)如圖，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點(diǎn)，

6、且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流a、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點(diǎn)，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點(diǎn)的距離均相等關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場，下列說法正確的是()AO點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零Ba、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反Cc、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同Da、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同【解題指導(dǎo)】 【課堂筆記】由安培定則可知，兩導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場均豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定不為零，選項(xiàng)A錯(cuò)；由安培定則，兩導(dǎo)線在a、b兩處產(chǎn)生的磁場方向均豎直向下，由于對稱性，電流M在a處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于電流N在b處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，同時(shí)電流M在b

7、處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于電流N在a處產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，所以a、b兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等方向相同，選項(xiàng)B錯(cuò)；根據(jù)安培定則，兩導(dǎo)線在c、d兩處產(chǎn)生的磁場垂直c、d兩點(diǎn)與導(dǎo)線的連線方向向下，且產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，由平行四邊形定則可知，c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，選項(xiàng)C正確；a、c兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均豎直向下，選項(xiàng)D錯(cuò)【答案】C【總結(jié)提升】(1)在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”在判定直線電流的磁場方向時(shí)，大拇指指“原因”電流方向，四指指“結(jié)果”磁場繞向；在判定環(huán)形電流的磁場方向時(shí)，四指指“原因”電流繞向，大拇指指“結(jié)果”環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁

8、感線方向(2)場強(qiáng)的疊加問題是矢量合成的問題，由平行四邊形定則求解如圖所示，在a、b、c三處垂直于紙面放置三根長直通電導(dǎo)線，電流大小相等，a、b、c是等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，a處電流在三角形幾何中心O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，求O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度 【解析】由于O點(diǎn)到a、b、c三點(diǎn)的距離相等，三根導(dǎo)線中的電流大小相等，所以b、c處的電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，都等于B.由安培定則可知，各電流在O點(diǎn)的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于各點(diǎn)和O的連線，如圖所示，由幾何關(guān)系得Ba與Bb的夾角為120，根據(jù)平行四邊形定則，a、b在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和為B，方向水平向右，因此O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大

9、小為2B，方向平行于ab連線向右【答案】2B，方向平行于ab連線向右考點(diǎn)二安培力的分析與計(jì)算考點(diǎn)梳理當(dāng)磁場方向和電流方向垂直時(shí)，安培力大小應(yīng)用公式FBIL計(jì)算，但要注意：L是有效長度，其數(shù)值等于處于磁場中的通電導(dǎo)線兩端點(diǎn)間的距離如圖甲所示，直角形折線abc中通入電流I，abbcL，折線所在平面與勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直，abc受安培力等效于ac(通有ac的電流I)所受的安培力，即FBIL，方向?yàn)樵诩埫鎯?nèi)垂直于ac斜向上同理推知：半圓形通電導(dǎo)線受安培力如圖乙所示，F(xiàn)BI2R；如圖丙所示閉合的通電導(dǎo)線框所受安培力F0.典例應(yīng)用(2014浙江理綜，20)如圖1所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L

10、，其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.垂直于導(dǎo)軌水平對稱放置一根均勻金屬棒從t0時(shí)刻起，棒上有如圖2所示的持續(xù)交變電流I，周期為T，最大值為Im，圖1中I所示方向?yàn)殡娏髡较騽t金屬棒()A一直向右移動(dòng)B速度隨時(shí)間周期性變化C受到的安培力隨時(shí)間周期性變化D受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功2安培力在一個(gè)周期做功情況如何？提示：1.FBImL勻加速運(yùn)動(dòng)勻減速運(yùn)動(dòng)2先做正功后做負(fù)功，一個(gè)周期內(nèi)做功代數(shù)和為0.【課堂筆記】根據(jù)題意得出v-t圖象如圖所示，金屬棒一直向右運(yùn)動(dòng)，A正確速度隨時(shí)間做周期性變化，B正確據(jù)F安BIL及左手定則可判定，F(xiàn)安大小不變，方向做周期性變化，則C項(xiàng)正確F安在前半周期做正功

11、，后半周期做負(fù)功，則D項(xiàng)錯(cuò)【答案】ABC【總結(jié)提升】1正確掌握安培力的分析方法(1)若磁場和電流垂直：FBIL.(2)若磁場和電流平行：F0.(3)安培力的方向垂直于磁感線和通電導(dǎo)線所確定的平面2注意區(qū)別安培力和靜電力的方向與場的方向的關(guān)系靜電力的方向與電場方向平行，安培力的方向與磁場方向垂直 如圖所示，質(zhì)量為m、長為L的導(dǎo)體棒電阻為R，初始時(shí)靜止于光滑的水平軌道上，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻不計(jì)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其方向與軌道平面成角斜向上方，開關(guān)閉合后導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)，則() 【答案】B考點(diǎn)三安培力作用下的平衡問題考點(diǎn)梳理求解安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問題的基本思路典例應(yīng)用【畫圖尋法】(1)將三

12、維圖轉(zhuǎn)化為側(cè)面圖(從A向B觀察)受力分析如圖甲所示甲 乙(2)若使磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，則要滿足圖乙所示的條件【規(guī)范解答】(1)若磁場方向豎直向上，則按從A到B的觀察方向?qū)⑷S圖轉(zhuǎn)化為二維圖如圖甲所示由平衡條件得：在水平方向上：FFNsin 0(2分) 如圖所示，電源電壓E2 V，內(nèi)阻不計(jì)，豎直導(dǎo)軌電阻不計(jì)，金屬棒的質(zhì)量m0.1 kg，R0.5 ，它與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)，有效長度為0.2 m，靠在導(dǎo)軌外面，為使金屬棒不動(dòng)，施一與紙面夾角37且垂直于金屬棒向里的磁場(g10 m/s2，sin 37，cos 370.8)求：(1)此磁場是斜向上還是斜向下？(2)B的范圍是多少？【解析】(1)安培力的方向

13、應(yīng)與磁場方向垂直，若磁場斜向上，金屬棒與導(dǎo)軌間沒有壓力，不會(huì)靜止，故磁場必斜向下(2)從左向右看平面圖如圖所示，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度較大金屬棒有向上運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)，摩擦力方向向下，滿足豎直方向合力為零，取臨界條件進(jìn)行研究：【答案】(1)斜向下(2)1.4 TB4.5 T 安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的判斷方法1判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢的思路(1)首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況(2)然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況(3)進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢的方向2常用判斷方法如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方

14、向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是()A線圈向左運(yùn)動(dòng)B線圈向右運(yùn)動(dòng)C從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 【解析】解法一：電流元法首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看作一直線電流元，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)只有選項(xiàng)A正確 甲首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看作一直線電流元，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)只有選項(xiàng)A正確解法二：等效法將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖乙所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動(dòng)，A正確；也可

15、將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”也可判斷出線圈向左運(yùn)動(dòng)，A正確【答案】A 乙【總結(jié)提升】(1)通電導(dǎo)體在磁場中的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是在磁場對電流的安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)(2)明確磁場的分布和正確運(yùn)用左手定則進(jìn)行判斷是解題的關(guān)鍵如圖所示，在光滑水平面上一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來，此時(shí)磁鐵對水平面的壓力為FN1，現(xiàn)在磁鐵左上方位置固定一導(dǎo)體棒，當(dāng)導(dǎo)體棒中通以垂直紙面向里的電流后，磁鐵對水平面的壓力為FN2，則以下說法正確的是() A彈簧長度將變長B彈簧長度將變短CFN1FN2 DFN1FN2，答案為B、C.【答案】BC如圖所示，把一通電導(dǎo)線放在蹄形磁鐵磁極的

16、正上方，導(dǎo)線可以自由移動(dòng)當(dāng)導(dǎo)線通過電流I時(shí)，如果只考慮安培力的作用，則從上往下看，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是()A順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升【解析】第一步：電流元受力分析法把直線電流等效為OA、OB兩段電流元，蹄形磁鐵磁感線分布以及兩段電流元受安培力方向相反，OA段所受安培力垂直紙面向外，OB段所受安培力垂直紙面向里，如圖a所示可見從上往下看時(shí)，導(dǎo)線將沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)第二步：特殊位置分析法取導(dǎo)線逆時(shí)針轉(zhuǎn)過90的特殊位置來分析，如圖(b)所示根據(jù)左手定則判斷安培力方向向下，故導(dǎo)線在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)【答案】C模擬題組1(20

17、15梅州月考)如圖所示，兩個(gè)完全相同的通電圓環(huán)A、B的圓心O重合、圓面相互垂直放置，通電電流相同，電流方向如圖所示，設(shè)每個(gè)圓環(huán)在其圓心O處獨(dú)立產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，則O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()A0 B2B0 C.B0 D無法確定【解析】據(jù)安培定則可知，圖中A環(huán)在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于紙面向里，B環(huán)在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向豎直向下?lián)叫兴倪呅味▌t可知，圓心O處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0.【答案】C2(2015廣州高三模擬)如圖所示，光滑的平行導(dǎo)軌與電源連接后，與水平方向成角傾斜放置，導(dǎo)軌上另放一個(gè)質(zhì)量為m的金屬導(dǎo)體棒當(dāng)S閉合后，在棒所在區(qū)域內(nèi)加一個(gè)合適的勻強(qiáng)磁場，可以使導(dǎo)體棒靜止平衡，圖中分別加了不同方向的磁場，其中一定不能平衡的是()【解析】四種情況的受力分別如圖所示：A、C都有可能平衡，D中如果重力與安培力剛好大小相等，則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間沒有壓力，可以平衡，B中合力不可能為零【答案】B高考題組3(2013上海卷，13)如圖，一足夠長的直導(dǎo)線ab靠近通電螺線管，與螺線管平行用磁傳感器測量ab上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的大致圖象是()【解析】螺線管的兩極附近，磁場最強(qiáng)，兩極的外側(cè)及螺線管中間區(qū)域磁場較弱，C項(xiàng)正確【答案】C4(2014全國新課