高考物理總復習 第八章第一節(jié) 磁場的描述　磁場對電流的作用課件 新人教版選修31

第八章磁場第八章磁場第八章磁場第八章磁場第一節(jié)第一節(jié)磁場的描述磁場的描述磁場對電磁場對電流的作用流的作用基礎梳理自學導引基礎梳理自學導引一、磁場、磁感應強度一、磁場、磁感應強度1磁場磁場(1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有電流和運動電荷有_的作用的作用(2)方向：小磁針的方向：小磁針的N極所受磁場力的方極所受磁場力的方向向磁力磁力2磁感應強度磁感應強度(1)物理意義：描述磁場強弱和方向物理意義：描述磁場強弱和方向(2)定義式：定義式：B_ (通電導線垂直通電導線垂直于磁場于磁場)(3)方向：小磁針靜止時方向：小磁針靜止時_ 的指向的指向.(4)單位：單位： _，符號，符號T.N極極特斯拉特斯拉3安培分子電流假說安培分子電流假說安培認為，在原子、分安培認為，在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流存在著一種環(huán)形電流分子電分子電流分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為流分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的微小的_，它的兩側相當于磁極，它的兩側相當于磁極(如圖如圖811所示所示)圖圖811磁體磁體二、磁感線及幾種常見的磁場分布二、磁感線及幾種常見的磁場分布1磁感線磁感線在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的一點的_方向都跟這點的磁感應方向都跟這點的磁感應強度的方向一致強度的方向一致切線切線2幾種常見的磁場幾種常見的磁場(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖如圖812所示所示)圖圖812(2)幾種電流周圍的磁場分布幾種電流周圍的磁場分布直線電流直線電流的磁場的磁場通電螺線管通電螺線管的磁場的磁場環(huán)形電流環(huán)形電流的磁場的磁場特點特點無磁極、無磁極、非勻強且非勻強且距導線越距導線越遠處磁場遠處磁場越弱越弱與條形磁鐵與條形磁鐵的磁場相似，的磁場相似，管內(nèi)為勻強管內(nèi)為勻強磁場且磁場磁場且磁場最強，管外最強，管外為非勻強磁為非勻強磁場場環(huán)形電流環(huán)形電流的兩側是的兩側是N極和極和S極極且離圓環(huán)且離圓環(huán)中心越遠，中心越遠，磁場越弱磁場越弱直線電流直線電流的磁場的磁場通電螺線通電螺線管的磁場管的磁場環(huán)形電流環(huán)形電流的磁場的磁場安培定則安培定則立體圖立體圖直線電流直線電流的磁場的磁場通電螺線通電螺線管的磁場管的磁場環(huán)形電流環(huán)形電流的磁場的磁場橫截面圖橫截面圖縱截面圖縱截面圖特別提示：特別提示：同一個圖中可以根據(jù)磁感同一個圖中可以根據(jù)磁感線的疏密判定磁場的強弱；沒有畫出線的疏密判定磁場的強弱；沒有畫出磁感線的地方并不表示該處沒有磁場磁感線的地方并不表示該處沒有磁場存在存在三、安培力的大小和方向三、安培力的大小和方向1大小大小(1)FBILsin(其中其中為為B與與I之間的夾角之間的夾角)(2)磁場和電流垂直時磁場和電流垂直時F _.(3)磁場和電流平行時磁場和電流平行時F0.圖圖813BIL2方向方向(1)用左手定則判定：伸開左手，使拇用左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向進入，并使四指指向_的方向，的方向，這時這時_所指的方向就是通電導線所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向在磁場中所受安培力的方向電流電流拇指拇指(2)安培力的方向特點：安培力的方向特點：FB，F(xiàn)I，即即F垂直于垂直于B和和I決定的平面決定的平面(注意：注意：B和和I可以有任意夾角可以有任意夾角)四、磁電式電流表的工作原理四、磁電式電流表的工作原理1磁場特點磁場特點(1)方向：沿方向：沿_均勻輻射地分布均勻輻射地分布(2)大?。涸诰噍S線等距離處的磁感應大小：在距軸線等距離處的磁感應強度大小強度大小_圖圖814徑向徑向相等相等2安培力的特點安培力的特點(1)方向：安培力的方向與線圈平面方向：安培力的方向與線圈平面_(2)大?。喊才嗔Φ拇笮∨c通過的電流大小：安培力的大小與通過的電流成成_垂直垂直正比正比3表盤刻度特點表盤刻度特點由于導線在安培力作用下帶動線圈轉由于導線在安培力作用下帶動線圈轉動，螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉動動，螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉動,電流越大電流越大,安培力越大安培力越大,形變就形變就_，所以指針偏角與通過線圈的電流所以指針偏角與通過線圈的電流I成成_，表盤刻度，表盤刻度_越大越大正比正比均均勻勻要點透析直擊高考要點透析直擊高考一、安培定則的應用和磁場的疊加一、安培定則的應用和磁場的疊加1安培定則的應用安培定則的應用在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應分清電流的磁場時應分清“因因”和和“果果”.原因原因(電流方向電流方向) 結果結果(磁場繞向磁場繞向)直線電直線電流的磁流的磁場場大拇指大拇指四指四指環(huán)形電環(huán)形電流的磁流的磁場場四指四指大拇指大拇指2.磁場的疊加磁場的疊加磁感應強度是矢量，計算時與力的計算磁感應強度是矢量，計算時與力的計算方法相同，利用平行四邊形定則或正交方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進行合成與分解分解法進行合成與分解特別提醒：特別提醒：兩個電流附近的磁場的磁感兩個電流附近的磁場的磁感應強度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)應強度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)生的磁場的磁感應強度疊加而成的生的磁場的磁感應強度疊加而成的.即時應用即時應用 1.(2011高考大綱全國卷高考大綱全國卷)如圖如圖815，兩根相互，兩根相互平行的長直導線分別通平行的長直導線分別通有方向相反的電流有方向相反的電流I1和和I2,且且I1I2；a、b、c、d為導線某一橫截面所在平面為導線某一橫截面所在平面內(nèi)內(nèi)圖圖815的四點，且的四點，且a、b、c與兩導線共面；與兩導線共面；b點在兩導線之間，點在兩導線之間，b、d的連線與導的連線與導線所在平面垂直磁感應強度可能為線所在平面垂直磁感應強度可能為零的點是零的點是()Aa點點Bb點點Cc點點 Dd點點解析：選解析：選C.由安培定則畫出由安培定則畫出a、b、c、d的磁感線的分布圖，由圖可知的磁感線的分布圖，由圖可知a、c兩點的磁場方向相反，當兩點的磁場方向相反，當B1B2時該時該點處的磁感應強度可能為零，又點處的磁感應強度可能為零，又I1I2，故該點距故該點距I1距離應比距離應比I2大，故大，故C正確，正確，A、B、D錯誤錯誤二、通電導體在安培力作用下運動的判二、通電導體在安培力作用下運動的判斷斷判定通電導體在安培力作用下的運動或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，然后利用左手定則置的磁場分布情況，然后利用左手定則判定導體的受力方向，進而確定導體的判定導體的受力方向，進而確定導體的運動方向或運動趨勢的方向現(xiàn)對幾種運動方向或運動趨勢的方向現(xiàn)對幾種常用的方法列表比較如下：常用的方法列表比較如下：電流電流元法元法把整段彎曲導線分為多段直線電把整段彎曲導線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段流元受力的方向，然后判斷整段導線所受合力的方向，從而確定導線所受合力的方向，從而確定導線運動方向導線運動方向特殊特殊位置位置法法通電導線轉動到某個便于分析的通電導線轉動到某個便于分析的特殊位置時，判斷其所受安培力特殊位置時，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向的方向，從而確定其運動方向等效等效法法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立然后根據(jù)同流，反過來等效也成立然后根據(jù)同極相斥、異極相吸判斷相互作用情況極相斥、異極相吸判斷相互作用情況轉換轉換研究研究對象對象法法定性分析磁體在電流磁場作用下如何定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題時，可先分析運動或運動趨勢的問題時，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向合力及運動方向特別提醒：特別提醒：(1)安培力的方向與磁感應安培力的方向與磁感應強度的方向垂直，而不是相同或相反強度的方向垂直，而不是相同或相反,這跟電場力與電場強度方向之間的關這跟電場力與電場強度方向之間的關系是不同的系是不同的.(2)某些導體在安培力作用下可能會出某些導體在安培力作用下可能會出現(xiàn)平動與轉動同時發(fā)生的情況現(xiàn)平動與轉動同時發(fā)生的情況.即時應用即時應用2(2012徐州模擬徐州模擬)如圖如圖816所示所示,把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心，且垂直于線圈平面，當線圈中通心，且垂直于線圈平面，當線圈中通入如圖方向的電流后，線圈的運動情入如圖方向的電流后，線圈的運動情況是況是()圖圖816A線圈向左運動線圈向左運動B線圈向右運動線圈向右運動C從上往下看順時針轉動從上往下看順時針轉動D從上往下看逆時針轉動從上往下看逆時針轉動解析：選解析：選A.法一：電流元法首先將法一：電流元法首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看圓形線圈分成很多小段，每一段可看做一直線電流，取其中上、下兩小段做一直線電流，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖分析，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，故線圈向左安培力的合力水平向左，故線圈向左運動只有選項運動只有選項A正確正確法二：等效法將環(huán)形電流等效成一條法二：等效法將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵，如圖乙所示，據(jù)異名磁極相吸形磁鐵，如圖乙所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運動引知，線圈將向左運動,選選A.也可將左側也可將左側條形磁鐵等效成一環(huán)形電流條形磁鐵等效成一環(huán)形電流,根據(jù)結論根據(jù)結論“同向電流相吸引同向電流相吸引,異向電流相排斥異向電流相排斥”也也可判斷出線圈向左運動，選可判斷出線圈向左運動，選A.三、與安培力有關的力學綜合問題三、與安培力有關的力學綜合問題1安培力的大小安培力的大小計算安培力常用公式計算安培力常用公式FBIL，要求兩，要求兩兩垂直，應用時要滿足：兩垂直，應用時要滿足：(1)B與與L垂直；垂直；(2)L是有效長度，即垂是有效長度，即垂直磁感應強度方向的長直磁感應強度方向的長度；如彎曲導線的有效度；如彎曲導線的有效長度長度L等于兩端點所連等于兩端點所連直線的長度直線的長度(如圖如圖817所示所示)，相應，相應的電流方向沿的電流方向沿L由始端流向末端因為由始端流向末端因為圖圖817任意形狀的閉合線圈，其有效長度為任意形狀的閉合線圈，其有效長度為零，所以閉合線圈通電后在勻強磁場零，所以閉合線圈通電后在勻強磁場中，受到的安培力的矢量和為零中，受到的安培力的矢量和為零2通電導線在磁場中的平衡和加速問通電導線在磁場中的平衡和加速問題的分析思路題的分析思路(1)選定研究對象；選定研究對象；(2)變?nèi)S為二維，如側視圖、剖面圖變?nèi)S為二維，如側視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖,其中安培力的方向要注意其中安培力的方向要注意F安安B、F安安I.(3)列平衡方程或牛頓第二定律的方程列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進行求解式進行求解3安培力做功的特點和實質(zhì)安培力做功的特點和實質(zhì)(1)安培力做功與路徑有關安培力做功與路徑有關,不像重力、不像重力、電場力做功與路徑無關電場力做功與路徑無關(2)安培力做功的實質(zhì)：起傳遞能量的安培力做功的實質(zhì)：起傳遞能量的作用作用安培力做正功：是將電源的能量傳遞安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導線后轉化為導線的動能或轉化給通電導線后轉化為導線的動能或轉化為其他形式的能為其他形式的能安培力做負功：是將其他形式的能安培力做負功：是將其他形式的能轉化為電能后儲存起來或轉化為其他轉化為電能后儲存起來或轉化為其他形式的能形式的能特別提醒：特別提醒：涉及安培力的運動問題，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用動能定理或能量守恒定律有時會比較方便較方便.即時應用即時應用3.(2010高考上海卷高考上海卷)如圖如圖818，長為，長為2l的直導的直導線折成邊長相等，夾角線折成邊長相等，夾角為為60的的V形，并置于與其所在平面形，并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中，磁感應強度為相垂直的勻強磁場中，磁感應強度為B，當在該導線中通以電流強度為，當在該導線中通以電流強度為I的的圖圖818電流時，該電流時，該V形通電導線受到的安培形通電導線受到的安培力大小為力大小為()A0 B0.5BIlCBIl D2BIl解析：選解析：選C.該導線受安培力的有效長該導線受安培力的有效長度為度為l，所以該導線受到的安培力的大，所以該導線受到的安培力的大小為小為FBIl，C正確正確題型探究講練互動題型探究講練互動 如圖如圖819所示所示,一根通電直導線垂直放一根通電直導線垂直放在磁感應強度為在磁感應強度為1 T的勻的勻強磁場中，在以導線截面的中心為圓強磁場中，在以導線截面的中心為圓磁場的疊加問題磁場的疊加問題例例1圖圖819【思路點撥思路點撥】由由a點的實際磁感應點的實際磁感應強度為強度為0，根據(jù)安培定則判斷出電流，根據(jù)安培定則判斷出電流方向，每一點的磁感應強度為電流的方向，每一點的磁感應強度為電流的磁場和勻強磁場的疊加，遵從矢量合磁場和勻強磁場的疊加，遵從矢量合成法則成法則【解析解析】a點的實際磁感應強度為點的實際磁感應強度為0，是直線電流在是直線電流在a處的磁感應強度與勻強處的磁感應強度與勻強磁場在該處的磁感應強度的矢量和為磁場在該處的磁感應強度的矢量和為0,所以直線電流在所以直線電流在a處的磁感應強度處的磁感應強度B1 T，方向向左，由安培定則可得直導線，方向向左，由安培定則可得直導線中的電流方向垂直紙面向里，由于圓周中的電流方向垂直紙面向里，由于圓周上各點到直導線的距離相同，所以直上各點到直導線的距離相同，所以直【答案答案】AB【名師歸納名師歸納】磁場疊加遵守平行四磁場疊加遵守平行四邊形定則邊形定則 (2012長沙市一中長沙市一中月考月考)通有電流的導線通有電流的導線L1、L2處在同一平面處在同一平面(紙面紙面)內(nèi)，內(nèi)，L1是固定的是固定的,L2可繞垂直可繞垂直紙面的固定轉軸紙面的固定轉軸O轉動轉動(O為為L2的中心的中心),安培力作用下物體運動安培力作用下物體運動方向的判斷方向的判斷例例2圖圖8110各自的電流方向如圖各自的電流方向如圖8110所所示下列哪種情況將會發(fā)生示下列哪種情況將會發(fā)生()A因因L2不受磁場力的作用，故不受磁場力的作用，故L2不動不動B因因L2上、下兩部分所受的磁場力平上、下兩部分所受的磁場力平衡，故衡，故L2不動不動CL2繞軸繞軸O按順時針方向轉動按順時針方向轉動DL2繞軸繞軸O按逆時針方向轉動按逆時針方向轉動【解析解析】由右手螺旋定則可知導線由右手螺旋定則可知導線L1上方的磁場的方向為垂直紙面向外，且上方的磁場的方向為垂直紙面向外，且離導線離導線L1的距離越遠的地方的距離越遠的地方,磁場越弱磁場越弱,導線導線L2上的每一小部分受到的安培力方上的每一小部分受到的安培力方向水平向右，由于向水平向右，由于O點的下方磁場較強點的下方磁場較強,則安培力較大，因此則安培力較大，因此L2繞固定轉軸繞固定轉軸O按按逆時針方向轉動，逆時針方向轉動，D正確正確【答案答案】D (滿分樣板滿分樣板10分分)(2012泉州模擬泉州模擬)如圖如圖8111所示，兩平所示，兩平行金屬導軌間的距離行金屬導軌間的距離L0.40 m，金屬，金屬導軌所在的平面與水平面夾角導軌所在的平面與水平面夾角安培力作用下物體的平衡安培力作用下物體的平衡例例3圖圖811137,在導軌所在區(qū)域內(nèi)，分布著磁感在導軌所在區(qū)域內(nèi)，分布著磁感應強度應強度B0.50 T，方向垂直于導軌所，方向垂直于導軌所在平面的在平面的勻強磁場金屬導軌的一端勻強磁場金屬導軌的一端接有電動勢接有電動勢E4.5 V、內(nèi)阻、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量m0.040 kg的導體棒的導體棒ab放在金屬導軌上，導體放在金屬導軌上，導體棒恰好靜止導體棒與金屬導軌垂直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且接觸良好，導體棒與金屬導軌接觸的兩點間的電阻的兩點間的電阻R02.5 ，金屬導，金屬導軌電阻不計，軌電阻不計，g取取10 m/s2.已知已知 sin370.60，cos370.80，求：，求：(1)導體棒受到的安培力大??；導體棒受到的安培力大??；(2)導體棒受到的摩擦力導體棒受到的摩擦力(2)將重力正交分解，設導體棒所受重將重力正交分解，設導體棒所受重力沿斜面的分力為力沿斜面的分力為F1，則，則F1mgsin370.24 N(2分分)所以所以F1F安安，導體棒受力如圖，導體棒受力如圖8112，根據(jù)平衡條件有，根據(jù)平衡條件有mgsin37FfF安安(2分分)解得解得Ff0.06 N，方向沿斜面向下，方向沿斜面向下(2分分)【名師點評名師點評】有關安培力的平衡問有關安培力的平衡問題往往涉及到三維立體空間問題，處題往往涉及到三維立體空間問題，處理相關安培力問題時，畫出導體棒的理相關安培力問題時，畫出導體棒的橫截面受力圖，變?nèi)S為二維便可變橫截面受力圖，變?nèi)S為二維便可變難為易，迅速解題難為易，迅速解題 變式訓練變式訓練若導軌是光滑的，則導體若導軌是光滑的，則導體棒恰好靜止在導軌上時，磁感應強度棒恰好靜止在導軌上時，磁感應強度B的最小值是多少？方向如何？的最小值是多少？方向如何？答案：答案：0.4 T方向垂直于斜面向上方向垂直于斜面向上知能演練強化闖關知能演練強化闖關本部分內(nèi)容講解結束本部分內(nèi)容講解結束按按ESC鍵退出全屏播放鍵退出全屏播放