高三復(fù)習(xí)物理課件：11.1磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

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歡迎進(jìn)入物理課堂 2 第1講磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 磁場(chǎng) 第十一章 3 4 5 磁場(chǎng) 磁場(chǎng)的產(chǎn)生 磁體周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)電流周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)安培磁性起源假說 磁場(chǎng)的描述 定量描述 磁感應(yīng)強(qiáng)度形象描述 磁感線 幾種典型磁場(chǎng) 條形磁鐵的磁感線分布蹄形磁鐵的磁感線分布勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線分布均勻輻向磁場(chǎng)的磁感線分布直線電流的磁感線分布和安培定則環(huán)形電流的磁感線分布和安培定則通電螺線管的磁感線分布和安培定則 6 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 大小B L F 0B L F BIL方向 左手定則電流表工作原理 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 大小v B F 0v B F qvB方向 左手定則 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng) 軌道半徑運(yùn)動(dòng)周期 重要應(yīng)用 質(zhì)譜儀回旋加速器 磁場(chǎng) 7 一 磁場(chǎng)1 磁場(chǎng)的基本概念 磁場(chǎng)是存在于磁體 電流和運(yùn)動(dòng)電荷周圍空間的一種特殊形態(tài)的物質(zhì) 磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體 電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場(chǎng)力的作用 磁極與磁極 磁極與電流 電流與電流之間的相互作用是通過磁場(chǎng)發(fā)生的 8 2 磁場(chǎng)的方向 規(guī)定磁場(chǎng)中的任一點(diǎn) 小磁針N極受力的方向 即小磁針在磁場(chǎng)中靜止時(shí)N極所指的方向 3 磁感線 在磁場(chǎng)中畫出的一系列假想的曲線 該曲線的切線方向表示該位置的磁場(chǎng)方向 曲線的疏密能定性描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱 磁感線在空間不相切 不相交 磁感線是閉合曲線 9 二 電流的磁場(chǎng) 右手螺旋定則 安培定則 1 直線電流的磁場(chǎng) 右手握住直導(dǎo)線 伸直大拇指方向與電流方向一致 彎曲四指方向就是直線電流在周圍空間激發(fā)的磁場(chǎng)的方向 10 2 環(huán)形電流的磁場(chǎng) 右手彎曲的四指方向和環(huán)形電流方向一致 伸直大拇指所指方向?yàn)榄h(huán)形電流中心軸線上的磁場(chǎng)方向 3 通電螺線管的磁場(chǎng) 右手彎曲的四指方向跟電流方向一致 伸直大拇指所指的方向?yàn)橥娐菥€管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向 11 說明 應(yīng)用安培定則時(shí)首先應(yīng)特別注意伸的是右手 其次注意不同情況下四指環(huán)繞方向 大拇指指向的意義不同 下表為以上各種不同磁場(chǎng)的比較 12 13 三 磁感應(yīng)強(qiáng)度1 磁場(chǎng)的基本性質(zhì) 是對(duì)放入其中的電流有磁場(chǎng)力的作用 電流垂直于磁場(chǎng)時(shí)受磁場(chǎng)力最大 電流與磁場(chǎng)方向平行時(shí) 磁場(chǎng)力為零 14 2 磁感應(yīng)強(qiáng)度 1 定義 在磁場(chǎng)中某點(diǎn)垂直磁場(chǎng)方向放置一小段長(zhǎng)為L(zhǎng)的通有電流I的導(dǎo)線 該點(diǎn)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)力F與電流I和長(zhǎng)度L的乘積的比值被定義為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 即磁感應(yīng)強(qiáng)度B是由磁場(chǎng)自身性質(zhì)決定的 與磁場(chǎng)中是否存在電流及IL的乘積大小無關(guān) 在國(guó)際單位制中 磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是T 特 15 2 方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量 其方向是小磁針靜止時(shí)N極的指向 不是磁場(chǎng)中電流所受磁場(chǎng)力方向 3 勻強(qiáng)磁場(chǎng) 如果磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等 方向都相同 那么這個(gè)區(qū)域里的磁場(chǎng)叫勻強(qiáng)磁場(chǎng) 4 磁場(chǎng)的疊加 空間如果同時(shí)存在兩個(gè)以上的電流或磁體激發(fā)的磁場(chǎng) 某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是各電流或磁體在該點(diǎn)激發(fā)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和 16 5 地磁場(chǎng)主要有三個(gè)特點(diǎn) 地磁場(chǎng)的N極在地球南極附近 S極在地球北極附近 磁感線分布如圖11 1 1所示 圖11 1 1 17 地磁場(chǎng)B的水平分量Bx總是從地球南極指向地球北極 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 在赤道平面上 距離地球表面高度相等的各點(diǎn) 磁感應(yīng)強(qiáng)度相等 且方向均勻水平向北 18 2011 新課標(biāo)卷 為了解釋地球的磁性 19世紀(jì)安培假設(shè) 地球的磁場(chǎng)是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的 在下列四個(gè)圖中 正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是 19 首先明確地磁場(chǎng)的北極在地理南極附近 再根據(jù)安培定則即可得出結(jié)論 20 關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度 下列說法正確的是 A 一小段通電導(dǎo)線放在B為零的位置 那么它受到的磁場(chǎng)力也一定為零B 通電導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力為零 該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度也一定為零C 放置在磁場(chǎng)中1m長(zhǎng)的通電導(dǎo)線 通過1A的電流 受到的磁場(chǎng)力為1N 則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度就是1TD 磁場(chǎng)中某處的B的方向跟通電導(dǎo)線在該處受到磁場(chǎng)力F的方向相同 A 21 根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義 A選項(xiàng)對(duì) 通電導(dǎo)線 電流I 與磁場(chǎng)平行時(shí) 磁場(chǎng)力為零 B選項(xiàng)錯(cuò) 通電導(dǎo)線 電流I 與磁場(chǎng)不一定垂直 C選項(xiàng)錯(cuò) B與F方向一定垂直 D選項(xiàng)錯(cuò) 22 四 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力1 安培力的大小 F BIL sin 1 IL和B可成任意夾角 但導(dǎo)體所受的磁場(chǎng)力F的方向永遠(yuǎn)與IL和B的方向垂直 2 當(dāng)IL與B平行時(shí) 即 0 或 180 這時(shí)F 0 不受磁場(chǎng)力 當(dāng)IL與B垂直時(shí) 90 這時(shí)F BIL 所受磁場(chǎng)力最大 23 2 安培力的方向 由左手定則判定 伸開左手 使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直 并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi) 把手放入磁場(chǎng)中 讓磁感線垂直穿入手心 并使伸開的四指指向電流的方向 那么 大拇指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 24 3 適應(yīng)范圍 該公式一般適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng) 或通電導(dǎo)線所在區(qū)域的B大小和方向相同 如果導(dǎo)線各部分所處的位置B的大小和方向不相同 應(yīng)將導(dǎo)體分成若干段 電流元 使每段導(dǎo)線所處范圍B的大小和方向近似相等 求出各段導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力 然后再求合力 25 如圖11 1 2所示 條形磁鐵平放于水平桌面上 在它的正中央上方固定一根直導(dǎo)線 導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直 現(xiàn)給導(dǎo)線中通以垂直于紙面向外的電流 則下列說法正確的是 A 磁鐵對(duì)桌面的壓力減小B 磁鐵對(duì)桌面的壓力增大C 磁鐵對(duì)桌面的壓力不變D 以上說法都不可能 圖11 1 2 A 26 通電導(dǎo)線置于條形磁鐵上方使通電導(dǎo)線置于磁場(chǎng)中如下圖 a 所示 由左手定則判斷通電導(dǎo)線受到向下的安培力作用 同時(shí)由牛頓第三定律可知 力的作用是相互的 磁鐵對(duì)通電導(dǎo)線有向下作用的同時(shí) 通電導(dǎo)線對(duì)磁鐵有反作用力 作用在磁鐵上 方向向上 如下圖 b 對(duì)磁鐵做受力分析 由于磁鐵始終靜止 無通電導(dǎo)線時(shí) N mg 有通電導(dǎo)線后N F mg N mg F 磁鐵對(duì)桌面壓力減小 27 五 電流表的工作原理1 磁電式電流表測(cè)電流的工作原理 如圖11 1 3所示 圖11 1 3 28 1 磁場(chǎng)的方向總沿著徑向均勻地分布 在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是相等的 不管線圈轉(zhuǎn)到什么位置 線圈平面總跟它所在位置的磁感線平行 2 I與指針偏角 成正比 I越大指針偏轉(zhuǎn)角度越大 因而電流表可以量出電流I的大小 且刻度是均勻的 3 當(dāng)線圈中的電流方向改變時(shí) 安培力的方向隨著改變 指針偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變 又可知道被測(cè)電流的方向 29 2 磁電式儀表的主要構(gòu)成磁電式電流表 構(gòu)造示意圖如圖11 1 4所示 主要由五部分組成 1 蹄形磁鐵 2 圓柱形鐵芯 圖11 1 4 30 3 鋁框 套在鐵芯外 可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng) 4 線圈 繞在鋁框上 5 兩個(gè)螺旋彈簧及一個(gè)指針 裝在鋁框的轉(zhuǎn)軸上 被測(cè)電流經(jīng)過兩個(gè)彈簧接入線圈 指針用于指示電流值 3 磁電式電流表的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高 可以測(cè)出很弱的電流 缺點(diǎn)是繞制線圈的導(dǎo)線很細(xì) 允許通過的電流很弱 31 如圖11 1 10所示 質(zhì)量為m 50g 長(zhǎng)l 10cm的銅棒 用長(zhǎng)度亦為l的兩根輕軟導(dǎo)線水平懸吊在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度未通電時(shí) 輕線在豎直方向 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 g 10m s2 圖11 1 10 32 同學(xué)甲的解法如下 對(duì)銅棒進(jìn)行受力分析 通電時(shí)導(dǎo)線向外偏轉(zhuǎn) 說明安培力方向垂直電流和磁場(chǎng)方向向外 受力如圖 a 所示 側(cè)視圖 33 當(dāng)最大偏轉(zhuǎn)角 37 時(shí) 棒受力平衡 有 所以同學(xué)乙的解法如下 銅棒向外偏轉(zhuǎn)過程中 導(dǎo)線拉力不做功 如圖 b 所示 F做功為 WF Fs1 BIl lsin37 重力做功為 WG mgs2 mgl 1 cos37 34 由動(dòng)能定理得 BIl2sin37 mgl 1 cos37 0所以請(qǐng)你判斷 他們的解法哪個(gè)正確 錯(cuò)誤的請(qǐng)指出錯(cuò)在哪里 安培力及平衡狀態(tài)的受力分析 乙同學(xué)的解法正確 甲同學(xué)的錯(cuò)誤 錯(cuò)誤原因 認(rèn)為物體速度為零時(shí) 一定處于平衡狀態(tài) 或者認(rèn)為偏角最大的是平衡位置 35 在原子反應(yīng)堆中抽動(dòng)液體時(shí) 由于不允許傳動(dòng)的機(jī)械部分與這些液體相接觸 常使用一種電磁泵 如圖11 1 11表示這種電磁泵的結(jié)構(gòu) 將導(dǎo)管放在磁場(chǎng)中 當(dāng)電流穿過導(dǎo)電液體時(shí) 這種液體即被驅(qū)動(dòng) 圖11 1 11 36 1 試論述這種電磁泵的原理 2 判斷液體流動(dòng)方向 3 若導(dǎo)管內(nèi)截面積為a h 磁場(chǎng)的寬度為L(zhǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 液體穿過磁場(chǎng)區(qū)域的電流強(qiáng)度為I 求驅(qū)動(dòng)力造成的壓強(qiáng)差為多少 37 此題主要考查安培力知識(shí)點(diǎn) 1 當(dāng)電流流過液體時(shí) 液體即成為載流導(dǎo)體 在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力作用 2 由左手定則 液體在管中向右流動(dòng) 3 驅(qū)動(dòng)力造成的壓強(qiáng)差 p F安 S BIh ah BI a 38 如圖11 1 12所示 兩根平行金屬導(dǎo)軌M N 電阻不計(jì) 相距0 2m 上面沿導(dǎo)軌垂直方向放一個(gè)質(zhì)量為m 5 10 2kg的金屬棒ab ab的電阻為0 5 兩金屬導(dǎo)軌一端通過電阻R和電源相連 電阻R 2 電源電動(dòng)勢(shì)E 6V 電源內(nèi)阻r 0 5 如果在裝置所在的區(qū)域加一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng) 使ab對(duì)導(dǎo)軌的壓力恰好是零 并使ab處于靜止 導(dǎo)軌光滑 求 圖11 1 12 39 1 ab中的電流I有多大 2 ab桿所受的安培力F的大小 3 所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向 考查安培力 歐姆定律及受力分析知識(shí)點(diǎn) 1 根據(jù)歐姆定律 2 因ab靜止 故F mg 0 5N 方向豎直向上 40 3 因電流從a到b 由左手定則可知B方向水平向右 且因F BIL 得 B F IL 1 25T 答案 I 2A F 0 5N B 1 25T 方向水平向右 41 如圖11 1 13所示 一水平導(dǎo)軌處于與水平方向成45 角向左上方的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 一根通有恒定電流的金屬棒 由于受到安培力作用而在粗糙的導(dǎo)軌上向右做勻速運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)將磁場(chǎng)方向沿順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)至豎直向上 在此過程中 金屬棒始終保持勻速運(yùn)動(dòng) 已知棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù) 1 則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小變化情況是 圖11 1 13 D 42 A 不變B 一直增大C 一直減小D 先變小后變大y N F安sin mg x f F安cos F安 BIL f N 由 到 得即 45 因?yàn)?從45 減小到0 所以B先變小后變大 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全