磁場的描述-磁場對(duì)電流的作用...ppt

1、【考綱下載】 1磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線 () 2磁通量 () 3通電直導(dǎo)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(qiáng)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(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) () 9質(zhì)譜儀和回旋加速器 (),【考情上線】 1縱觀近幾年高考，涉及本章知識(shí)點(diǎn)的題目年年都有，考查次數(shù) 最多的是與洛倫茲力有關(guān)的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場或復(fù)合場中的 運(yùn)動(dòng)，其次是與安培力有關(guān)的通電導(dǎo)體在磁場中的加速或平衡 問題 2本章知識(shí)常與電場、恒定電流以及電磁感應(yīng)、交變電流等章節(jié) 知識(shí)廣泛聯(lián)系綜合考查，是高考的熱點(diǎn) 3本章知識(shí)與生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科

2、技聯(lián)系密切，如質(zhì)譜儀、回旋 加速器、粒子速度選擇器、等離子體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等高 科技儀器的理解及應(yīng)用相聯(lián)系，在復(fù)習(xí)中應(yīng)做到有的放矢,一、磁場及其描述 1定義：磁場是磁體、電流周圍存在的一種特殊物質(zhì) 2方向：磁場中任一點(diǎn)小磁針N極所受 的方向 為該點(diǎn)的磁場方向 3磁場的基本性質(zhì)：磁場對(duì)放入其中的磁體、電流和運(yùn) 動(dòng)電荷都有磁場力的作用,磁場力,磁場強(qiáng)弱,靜止,特斯拉,5磁感線：在磁場中人為地畫出一系列曲線，使曲線 上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的 的方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線磁感線的疏密程度表示磁場的 ,磁感應(yīng)強(qiáng)度,強(qiáng)弱,二、幾種常見的磁場 1條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖811),圖811

3、,2地磁場 地球的磁場與條形磁鐵的磁場相似，其主要特點(diǎn)有三個(gè)： (1)地磁場的 在地理南極附近， 在地理北極附近 (2)地磁場B的水平分量(Bx)總是從地理 指向 ；而豎 直分量(By)則南、北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下 (3)在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點(diǎn)，磁場強(qiáng)弱 相同，且方向水平向北,N極,S極,南極,北極,3幾種電流周圍的磁場分布,越弱,越弱,4勻強(qiáng)磁場 (1)定義： 處處相同的磁場 (2)磁感線特點(diǎn)：勻強(qiáng)磁場的磁感線為間隔相同的平行直線， 如圖812所示,強(qiáng)弱、方向,圖812,(3)常見例子： 距離很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場(邊緣部分除外) 相隔

4、一定距離的兩個(gè)平行放置的通電線圈中間區(qū)域的磁場 5磁通量 (1)公式： . (2)單位：韋伯(韋)，符號(hào)：Wb,1 Wb1 Tm2. (3)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,BS,圖813,三、安培力的大小和方向 1安培力的大小 如圖813所示： (1)F . (2)磁場和電流垂直時(shí)：F . (3)磁場和電流平行時(shí)：F0.,BILsin,BIL,2安培力的方向 (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)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受 的方向 (2)安培力的方向特點(diǎn)：FB，F(xiàn)I

5、，即F垂直于 決定 的平面,電流,安培力,B、I,安培力的方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I所決定的平面，但磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流不一定垂直,四、磁電式電流表 1基本組成部分：磁鐵和放在磁鐵兩極之間的 2工作原理 如圖814所示，磁場的方向總 沿著 均勻輻射地分布，在 距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大 小總是 的，保證B的大小不發(fā)生 變化，且安培力的方向與線圈垂直 圖814,線圈,半徑方向,相等,當(dāng)電流通過線圈時(shí)，導(dǎo)線受到安培力的作用，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，電流越大，安培力就 ，螺旋彈簧的形變也就 I與指針偏角成正比，表盤刻度均勻所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小,越大,越大,

6、3優(yōu)、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是精確度高，能測出很弱的電流； 缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很弱,1下列關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的說法中正確的是 () A通電導(dǎo)線受磁場力大的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大 B通導(dǎo)導(dǎo)線在磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方受力一定大 C放在勻強(qiáng)磁場中各處的通電導(dǎo)線，受力大小和方向處 處相同 D磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向跟放在磁場中的通電導(dǎo)線受 力的大小和方向無關(guān),解析：因?yàn)榇艌鲋心滁c(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向由磁場本身決定，與通電導(dǎo)線的受力及方向都無關(guān)，故A錯(cuò)誤，D正確因?yàn)橥妼?dǎo)線在磁場中受力的大小不僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，而且與通電導(dǎo)線的取向有關(guān)，故B錯(cuò)誤對(duì)C選項(xiàng)雖然勻強(qiáng)磁場中磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相等，但當(dāng)導(dǎo)線在各個(gè)

7、位置的方向不同時(shí)，磁場力是不同的(導(dǎo)線與磁場垂直時(shí)受磁場力最大，與磁場平行時(shí)受磁場力為零)，而C中沒有說明導(dǎo)線在各個(gè)位置的取向是否相同，故C錯(cuò)誤,答案：D,2(2011沈陽模擬)如圖815所示為一種利用電磁原 理制作的充氣泵的結(jié)構(gòu)示意圖其工作原理類似打點(diǎn)計(jì)時(shí)器當(dāng)電流從電磁鐵的接線柱a流入，吸引小磁鐵向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下選項(xiàng)中正確的是 (),圖815,A電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端也為N極 B電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端也為S極 C電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端為S極 D電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端為N極,解析：當(dāng)電流從a端流入電磁鐵時(shí)，據(jù)右手螺旋定則，判斷出電磁鐵的上端為S極，此時(shí)能

8、吸引小磁鐵向下運(yùn)動(dòng)，故說明小磁鐵的下端為N極故正確答案為D.,答案：D,3一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定導(dǎo)線中通有電 流，方向如圖816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 (),圖816,解析：電流與磁場平行放置時(shí)不受磁場力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電流與磁場垂直放置時(shí)，由左手定則知選項(xiàng)D正確,答案：D,4如圖817，用兩根相同的細(xì)繩 水平懸掛一段均勻載流直導(dǎo)線MN， 電流I方向從M到N，繩子的拉力均 為F.為使F0，可能達(dá)到要求的方 法是 () 圖817 A加水平向右的磁場 B加水平向左的磁場 C加垂直

9、紙面向里的磁場 D加垂直紙面向外的磁場,解析：若F0，則F安mg0，故安培力方向必豎直向上，由左手定則知磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?，故C正確,答案：C,5如圖818所示，PQ和MN為 水平、平行放置的金屬導(dǎo)軌， 相距1 m，導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌 上，棒的質(zhì)量為m0.2 kg，棒的 中點(diǎn)用細(xì)繩經(jīng)滑輪與物體相連， 圖818 物體的質(zhì)量M0.3 kg，棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)體棒ab受力如右圖所示，由平衡條件： FNmg BILFfMg0 又FfFN 聯(lián)立得I2 A，

10、由左手定則知電流方向由ab.,答案：2 Aab,對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解,4磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場強(qiáng)度E的比較,關(guān)鍵一點(diǎn) (1)電場強(qiáng)度的方向和電荷受力方向相同或相反，而磁感應(yīng) 強(qiáng)度的方向和電流元受力方向垂直 (2)電荷在電場中一定受靜電力作用，而電流在磁場中不一 定受安培力,如圖819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 圖 819 邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，a處電流在三角形中心O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，求O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度,思路點(diǎn)撥首先求出a、b、c三根導(dǎo)線電流在O處各自形成的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向，然后利用平行四邊形定則進(jìn)行合成,解析由于O

11、aObOc，所以在各 電流等大的前提下，各處的電流在O點(diǎn) 的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也都為B，根據(jù)安培 定則，各電流在O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)垂 直于各點(diǎn)和O的連線，如圖所示，由圖中幾何關(guān)系知Ba與Bb夾角為120，所以根據(jù)平行四邊形定則，a、b在O處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向水平向右，所以O(shè)處的總磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，方向平行ab連線向右,答案2B，方向平行ab連線向右,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)沿中心軸線的磁感線方向.,學(xué)

12、 之 用 1在北京地區(qū)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：一個(gè)可以在水平面內(nèi)自由 轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針，在地磁場作用下保持靜止，一根直導(dǎo)線位于小磁針的北方，豎直放置，且通有豎直向上的電流，已知地磁場的水平分量為B1，長直導(dǎo)線的電流形成的磁場在小磁針處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，則小磁針的N極將 (),答案：D,對(duì)磁通量的理解,師 之 說 1BS的含義 BS只適用于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積S垂直的情況當(dāng)S與垂直于B的平面間的夾角為時(shí)，則有BScos.可理解為B(Scos)，即等于B與S在垂直于B方向上分量的乘積；也可理解為(Bcos)S，即等于B在垂直于S方向上的分量與S的乘積如圖8110甲所示,圖8110,2面積S的含義 S不一定是某個(gè)

13、線圈的真正面積，而是線圈在磁場范圍內(nèi)的面積如圖8110乙所示，S應(yīng)為線圈面積的一半 3多匝線圈的磁通量 多匝線圈內(nèi)磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān)，因?yàn)椴徽摼€圈匝數(shù)多少，穿過線圈的磁感線條數(shù)相同，而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大小,4合磁通量求法 若某個(gè)平面內(nèi)有不同方向和強(qiáng)弱的磁場共同存在，當(dāng)計(jì)算穿過這個(gè)面的磁通量時(shí)，先規(guī)定某個(gè)方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負(fù)，平面內(nèi)各個(gè)方向的磁通量的代數(shù)和等于這個(gè)平面內(nèi)的合磁通量,關(guān)鍵一點(diǎn) (1)磁通量是標(biāo)量，其正、負(fù)值僅表示磁感線是正向還是反 向穿過線圈平面 (2)同一線圈平面，如果正向穿過平面的磁感線條數(shù)與反向 穿過平面的條數(shù)一樣多，則0.,如圖8111所示，

14、邊 長為100 cm的正方形閉合線圈置于 勻強(qiáng)磁場中，線圈ab、cd兩邊中點(diǎn) 連線OO的左右兩側(cè)分別存在方向 圖8111 相同、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小各為B10.6 T，B20.40 T的勻強(qiáng)磁場，若從上往下看，線圈逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過37時(shí)，穿過線圈的磁通量改變了多少？線圈從初始位置轉(zhuǎn)過180時(shí)，穿過線圈平面的磁通量改變了多少？,思路點(diǎn)撥根據(jù)磁通量的定義，分別求出轉(zhuǎn)動(dòng)前后通過線圈abcd的磁通量，再求出磁通量的改變量,答案0.1 Wb1.0 Wb,求解磁通量時(shí)，當(dāng)B與S不垂直時(shí)，可用兩個(gè)方法求合磁通量：一是分解B，用垂直于S的分量B求；二是投影S，將S投影到與B垂直的方向上，并求出S投影，然后利用BS投影

15、求.,學(xué) 之 用 2如圖8112所示，有兩個(gè)同心放 置且共面的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿 過圓心且與兩環(huán)面垂直，比較通過 兩環(huán)的磁通量a、b，則 () 圖 8112 Aab Bab Cab D不能確定,解析：由于磁感線是閉合曲線，在磁體內(nèi)部是由S極指向N極，在磁體外部是由N極指向S極，且在磁體外部的磁感線分布在磁體的周圍較大的空間又由于穿過圓環(huán)a、b的磁通量均為內(nèi)外，因此線圈面積越大，磁感線抵消得越多，合磁通量越小，故b環(huán)的磁通量較小A項(xiàng)正確,答案：A,安培力作用下通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的判定,師之說 1基本思路 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(shì)，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場磁感線分布情況，

16、然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向,2常用方法,關(guān)鍵一點(diǎn) (1)在應(yīng)用左手定則時(shí)，磁感線不一定垂直穿過手心，但四 指一定指向電流方向，大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面 (2)某些導(dǎo)體在安培力作用下可能會(huì)出現(xiàn)平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)發(fā) 生的情況，這時(shí)就可以應(yīng)用特殊位置法,如圖8113所示，把 一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄 形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由 轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)， 導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)() 圖 8113 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)

17、上升,思路點(diǎn)撥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(dǎo)致向下受力,解析(1)電流元法 如圖所示，把直線電流等效 為AO、OO、OB三段(O O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(dǎo)線將以O(shè)O段為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視),(2)特殊位置法 把導(dǎo)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(dǎo)

18、線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng) 綜上所述，選項(xiàng)A正確,答案A,判斷通電導(dǎo)線(或線圈)在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，可以有多種方法，具體選用哪一種，可以視情況而定在本題中，除了已用到的兩種方法外，還可以應(yīng)用“轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法”，即假設(shè)導(dǎo)線固定不動(dòng)，判斷出蹄形磁鐵的N、S極受力方向，從而確定蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再根據(jù)實(shí)際情況，將結(jié)論反過來即可.,學(xué) 之 用 3將一個(gè)質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì) 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(gè) 平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖 圖 8114 8114所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時(shí)針方向的電流時(shí)，從上往下看 () A圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵 B圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離

19、磁鐵 C圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵 D圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵,解析：該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個(gè)垂直于紙面的小磁針，N極在內(nèi)，S極在外，根據(jù)同極相互排斥，異極相互吸引，可得C項(xiàng)正確,答案：C,安培力的大小和做功情況分析,師 之 說 1安培力公式的說明 (1)可把安培力公式寫為FBsinIL(為B與I方向夾角)，即 相當(dāng)于只有與L垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分量對(duì)電流產(chǎn)生安 培力 (2)L是有效長度，即為在垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的投影長 度,2通電導(dǎo)線在安培力作用下的平衡和加速運(yùn)動(dòng) (1)確定研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析 (2)畫出受力平面圖 (3)依據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程 3安培力做功的實(shí)質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)化

20、 (1)安培力做正功：是將電源的電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或轉(zhuǎn) 化為其他形式的能 (2)安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后或儲(chǔ)存 或轉(zhuǎn)化為其他形式的能,關(guān)鍵一點(diǎn) (1)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行受力分析時(shí)，注意將三維立體圖轉(zhuǎn)變?yōu)槎S 平面圖畫受力圖 (2)通電導(dǎo)線在磁場中的平衡及加速運(yùn)動(dòng)問題的處理方法與 純力學(xué)問題一樣，無非是有安培力參與作用,思路點(diǎn)撥先根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電流I，進(jìn)而求出安培力當(dāng)F安mgsin時(shí)，F(xiàn)f靜沿導(dǎo)軌向下，當(dāng)F安mgsin時(shí)，F(xiàn)f靜沿導(dǎo)軌向上，最后由力的平衡條件列式求解,解析金屬棒受到四個(gè)力作用： 重力mg，垂直框面向上的支持力 FN，沿框面向上的安培力F安，沿 框面的靜摩擦力Ff靜金屬棒靜止在 框架上時(shí)，F(xiàn)f靜的方向可能沿框面向上，也可能向下，需分兩種情況考慮