高考物理一轮复习第十章第1讲磁场及其对电流的作用课件PPT

第十章　磁场第1讲　磁场及其对电流的作用目标要求1.了解磁场，掌握磁感应强度的概念，会用磁感线描述磁场.2.会判断通电直导线和通电线圈周围的磁场方向.3.会判断安培力的方向，会计算安培力的大小，了解安培力在生产生活中的应用.内容索引考点一　安培定则　磁场的叠加考点二　安培力的分析与计算考点三　安培力作用下的平衡和加速问题课时精练考点一安培定则　磁场的叠加1.磁场、磁感应强度(1)磁场的基本性质磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 的作用.(2)磁感应强度①物理意义：描述磁场的强弱和 .②定义式：B＝ (通电导线垂直于磁场).③方向：小磁针静止时N极所指的方向.④单位： ，符号为T.夯实必备知识基础梳理力方向特斯拉(3)匀强磁场磁场中各点的磁感应强度的大小 、方向 ，磁感线是疏密程度相同、方向相同的平行直线.(4)地磁场①地磁的N极在地理 附近，S极在地理 附近，磁感线分布如图所示.②在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度 ，且方向水平 .③地磁场在南半球有竖直向上的分量，在北半球有竖直向下的分量.相等相同南极北极相等向北2.磁感线的特点(1)磁感线上某点的 方向就是该点的磁场方向.(2)磁感线的疏密程度定性地表示磁场的 .(3)磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，在磁体外部，从 指向 ；在磁体内部，由 指向 .(4)同一磁场的磁感线不中断、不 、不相切.(5)磁感线是假想的曲线，客观上并不存在.切线强弱N极S极S极N极相交3.几种常见的磁场(1)条形磁体和蹄形磁体的磁场(如图所示)(2)电流的磁场1.磁场是客观存在的一种物质，磁感线也是真实存在的.(　　)2.磁场中的一小段通电导线在该处受力为零，此处磁感应强度B不一定为零.(　　)3.由定义式B＝ 可知，电流I越大，导线l越长，某点的磁感应强度B就越小.(　　)4.北京地面附近的地磁场方向是水平向北的.(　　)√×××磁场叠加问题的解题思路(1)确定磁场场源，如通电导线.(2)定位空间中需要求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向.如图所示为M、N在c点产生的磁场BM、BN.(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的B为合磁场.提升关键能力方法技巧例1　有人根据B＝ 提出以下说法，其中正确的是A.磁场中某点的磁感应强度B与通电导线在磁场中所受的磁场力F成正比B.磁场中某点的磁感应强度B与Il的乘积成反比C.磁场中某点的磁感应强度B不一定等于D.通电直导线在某点所受磁场力为零，则该点磁感应强度B为零√磁感应强度B＝ 是用比值定义法定义B的，但磁感应强度是磁场的固有性质，与通电导线所受磁场力F及Il的乘积等外界因素无关，A、B错误；例2　(2017·全国卷Ⅲ·18)如图，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零.如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为√考点二安培力的分析与计算1.安培力的大小F＝IlBsin θ(其中θ为B与I之间的夹角)(1)磁场和电流垂直时：F＝ .(2)磁场和电流平行时：F＝ .夯实必备知识基础梳理BIl02.安培力的方向左手定则判断：(1)如图，伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在同一个平面内.(2)让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向 的方向. (3) 所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.垂直电流拇指1.在磁场中同一位置，电流元的电流越大，所受安培力也一定越大.(　　)2.安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直.(　　)3.通电导线与磁场不垂直，有一定夹角时，左手定则就不适用了.(　　)√××1.安培力的方向安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面.2.安培力公式F＝BIl的应用条件(1)l与B垂直.(2)l是指有效长度.弯曲通电导线的有效长度l等于连接导线两端点的直线的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端，如图所示.提升关键能力方法技巧3.安培力作用下导体运动情况判定的五种方法例3　(2021·江苏卷·5)在光滑桌面上将长为πL的软导线两端固定，固定点的距离为2L，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为A.BIL B.2BILC.πBIL D.2πBIL考向1　通电导线有效长度问题√从上向下看导线的图形如图所示导线的有效长度为2L，则所受的安培力大小为F＝2BIL以导线整体为研究对象，F安＝2F，固定端对导线的力F＝ ，设导线中的张力为FT，则FT＝F＝ ，解得FT＝BIL故A正确，B、C、D错误.例4　一个可以沿过圆心的水平轴自由转动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示.当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将A.不动 B.顺时针转动C.逆时针转动 D.在纸面内平动考向2　判断安培力作用下导体的运动情况√方法一(电流元法)　把线圈L1沿水平转动轴分成上、下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力方向均指向纸外，下半部分电流元所受安培力方向均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动.方法二(等效法)　把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动.方法三(结论法)　环形电流I1、I2不平行，则一定有相对转动，直到两环形电流同向平行为止.据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动.例5　(2022·上海师大附中高三学业考试)水平桌面上一条形磁体的上方，有一根通电直导线由S极的上端平行于桌面移到N极上端的过程中，磁体始终保持静止，导线始终保持与磁体垂直，电流方向如图所示.则在这个过程中，磁体受到的摩擦力的方向和桌面对磁体的弹力A.摩擦力始终为零，弹力大于磁体重力B.摩擦力始终不为零，弹力大于磁体重力C.摩擦力方向由向左变为向右，弹力大于磁体重力D.摩擦力方向由向右变为向左，弹力小于磁体重力√如图所示，导线在S极上方时所受安培力方向斜向左上方，由牛顿第三定律可知，磁体受到的磁场力斜向右下方，磁体有向右的运动趋势，则磁体受到的摩擦力水平向左；磁体对桌面的压力大于磁体的重力，因此桌面对磁体的弹力大于磁体重力；如图所示，当导线在N极上方时，导线所受安培力方向斜向右上方，由牛顿第三定律可知，磁体受到的磁场力斜向左下方，磁体有向左的运动趋势，则磁体受到的摩擦力水平向右；磁体对桌面的压力大于磁体的重力，因此桌面对磁体的弹力大于磁体重力；由以上分析可知，磁体受到的摩擦力先向左后向右，桌面对磁体的弹力始终大于磁体的重力，故A、B、D错误，C正确.考点三安培力作用下的平衡和加速问题解题思路：(1)选定研究对象.(2)受力分析时，变立体图为平面图，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，安培力的方向F安⊥B、F安⊥I.如图所示：夯实必备知识基础梳理例6　如图所示，水平导轨间距为L＝1.0 m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m＝1 kg，接入导轨间的电阻R0＝0.9 Ω，与导轨垂直且接触良好；电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.1 Ω，电阻R＝9 Ω；外加匀强磁场的磁感应强度B＝10 T，方向垂直于ab，与导轨平面的夹角α＝53°；ab与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮考向1　安培力作用下的平衡问题摩擦不计，轻绳与导轨平行且对ab的拉力为水平方向，重力加速度g取10 m/s2，ab处于静止状态.已知sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6.求：(1)ab受到的安培力大小；答案　10 N　由闭合电路欧姆定律可得，通过ab的电流ab受到的安培力F＝BIL＝10 N答案　6 N≤G≤10 N(2)重物重力G的取值范围.ab受力如图所示，最大静摩擦力Ffmax＝μ(mg－Fcos 53°)＝2 N由平衡条件得，当最大静摩擦力方向向右时FTmin＝Fsin 53°－Ffmax＝6 N当最大静摩擦力方向向左时FTmax＝Fsin 53°＋Ffmax＝10 N由于重物受力平衡，故FT＝G则重物重力的取值范围为6 N≤G≤10 N.例7　如图所示，宽为L＝0.5 m的光滑导轨与水平面成θ＝37°角，质量为m＝0.1 kg、长也为L＝0.5 m的金属杆ab水平放置在导轨上，电源电动势E＝3 V，内阻r＝0.5 Ω，金属杆电阻为R1＝1 Ω，导轨电阻不计.金属杆与导轨垂直且接触良好.空间存在着竖直向上的匀强磁场(图中未画出)，当电阻箱的电阻调为R2＝0.9 Ω时，金属杆恰好能静止.取重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：(1)磁感应强度B的大小；考向2　安培力作用下的加速问题答案　1.2 T　由安培力公式和平衡条件可得mgsin θ＝BILcos θ解得B＝1.2 T(2)保持其他条件不变，当电阻箱的电阻调为R2′＝0.5 Ω时，闭合开关S，同时由静止释放金属杆，求此时金属杆的加速度.答案　1.2 m/s2，方向沿斜面向上由牛顿第二定律和闭合电路欧姆定律有BI′Lcos θ－mgsin θ＝ma解得a＝1.2 m/s2方向沿斜面向上.课时精练1.(2022·广东广州市执信中学高三开学考试)关于磁场的说法正确的是A.通电导线在磁场中受到安培力越大，该位置的磁感应强度越大B.因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象 最明显C.垂直磁场放置的通电导线受力的方向就是磁感应强度的方向D.地球表面上任意位置的地磁场方向都与地面平行√12345678910111213通电导线在磁感应强度很大的地方，若平行磁场放置，安培力也可能为零，故A错误；根据安培定则可知，导线的磁场方向与导线电流的方向垂直，可知因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象最明显，故B正确；垂直磁场放置的通电导线受力的方向与磁感应强度方向相互垂直，故C错误；磁感线是闭合的曲线，不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行，故D错误.123456789101112132.(2022·江苏省常州市高三调研)如图所示，导体棒Ⅰ和Ⅱ互相垂直放于光滑的水平面内，导体棒Ⅰ固定，Ⅱ可以在水平面内自由运动.给导体棒Ⅰ、Ⅱ通以如图所示的恒定电流，仅在两导体棒之间的相互作用下，较短时间后导体棒Ⅱ出现在虚线位置.下列关于导体棒Ⅱ位置(俯视图)的描述可能正确的是123456789101112√13123456789101112导体棒Ⅰ中的电流产生磁场，根据安培定则可知，棒Ⅰ右侧的磁场垂直纸面向外，且离导体棒越近，磁场越强，根据左手定则可知，导体棒Ⅱ受到的安培力竖直向下，导体棒Ⅱ左端位置磁场强，故棒Ⅱ左端受到的安培力大，向下运动得快，故选C.133.如图所示，粗细均匀的正方形通电导体线框abcd置于匀强磁场中，cd边受到的安培力大小为F，则线框受到的安培力大小为A.4F B.3F C.2F D.0√123456789101112设cd边的电流为I′，则受到的安培力大小为F＝BI′L则通过ab边的电流为3I′，则总电流为4I′，则线框受到的安培力大小为F′＝B.4I′L＝4F，故选A.134.(2021·广东卷·5)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电123456789101112流I1，四根平行直导线均通入电流I2，I1≫I2，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是√13因I1≫I2，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线要受到中心直导线吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线要受到中心直导线排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如图C，故选C.123456789101112135.如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流相等.矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止.则a、b的电流方向可能是123456789101112①均向左；②均向右；③a的向左，b的向右；④a的向右，b的向左A.② 　　　　B.③④　　　　　　C.①② 　　　　D.①②③④√13123456789101112若a、b的电流方向均向左，根据安培定则和磁场的叠加可知，a直导线到a、b直导线正中间部分的磁场方向垂直纸面向外，而b直导线到a、b直导线正中间部分的磁场方向垂直纸面向里，再根据左手定则可知，矩形线框受到的安培力的合力不为零，与题中线框在磁场作用下静止不符，①错误；同理可知②错误；13123456789101112若a的电流方向向左、b的电流方向向右，根据安培定则和磁场的叠加可知，a、b直导线在a、b直导线之间所有空间产生的磁场方向均垂直纸面向外，根据左手定则可知，矩形线框受到的安培力的合力为零，与题中线框在磁场作用下静止相符；同理，若a的电流方向向右、b的电流方向向左，根据安培定则和磁场的叠加可知，a、b直导线在a、b直导线之间所有空间产生的磁场方向均垂直纸面向里，根据左手定则可知，矩形线框受到的安培力的合力也为零，与题中线框在磁场作用下静止相符，③、④正确，故选B.136.如图所示，三根长为L，电流大小均为I的直线电流在空间构成等边三角形，其中A、B电流的方向均垂直纸面向外，C电流的方向垂直纸面向里.A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小均为B0，导线C位于水平面上且处于静止状态，则导线C受到的静摩擦力为123456789101112√13如图所示123456789101112A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小都为B0，根据右手螺旋定则和力的平行四边形定则，由几何关系得B合＝ B0由左手定则可知，导线C所受的安培力方向水平向右，大小为F安＝ B0IL13123456789101112由于导线C位于水平面处于静止状态，所以导线C受到的摩擦力大小Ff＝F安＝ B0IL，方向水平向左.故选C.13A.弹体向左高速射出B.I变为原来的2倍时，弹体射出的速度也变为原 来的2倍C.弹体的质量变为原来的2倍时，射出的速度也变为原来的2倍D.L变为原来的4倍时，弹体射出的速度变为原来的4倍7.如图所示为电磁轨道炮的工作原理图.待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在两平行轨道之间无摩擦滑动.电流从一条轨道流入，通过弹体后从另一条轨道流回.轨道电流可在弹体处形成垂直于轨道平面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与电流I成正比.通电的弹体在安培力的作用下滑行L后离开轨道，则下列说法正确的是√12345678910111213123456789101112根据安培定则可知，弹体处的磁场方向垂直于轨道平面向里，再利用左手定则可知，弹体受到的安培力水平向右，所以弹体向右高速射出，选项A错误；138.如图所示，直角三角形abc，∠a＝60°，ad＝dc，b、c两点在同一水平线上，垂直纸面的直导线置于b、c两点，通有大小相等、方向向里的恒定电流，d点的磁感应强度大小为B0.若把置于c点的直导线的电流反向，大小保持不变，则变化后d点的磁感应强度123456789101112B.大小为B0，方向水平向右D.大小为2B0，方向竖直向下√13123456789101112如图所示由几何关系知θ＝60°，设每根导线在d点产生的磁感应强度大小为B，根据平行四边形定则有B0＝2Bcos θ＝2B× ＝B，若把置于c点的直导线的电流反向，根据几何知识可得α＝30°，d点合磁感应强度大小为B′＝2Bcos α＝ B0，方向竖直向下，C正确.139.在城市建设施工中，经常需要确定地下金属管线的位置.如图所示，已知一根金属长直管线平行于水平地面，为探测其具体位置，首先给金属管线通上恒定电流，再用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行以下操作：①用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁感应强度最强的某点，记为a；②在a点附近的地面上，找到与a点磁感应强度相同的若干点，将这些点连成直线EF；③在地面上过a点垂直于EF的直线上，找到磁场方向与地面夹角为45°的b、c两点，测得b、c两点距离为L.由此可确定12345678910111213123456789101112√13123456789101112用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁感应强度最强的某点，记为a，说明a点离金属管线最近；找到与a点磁感应强度相同的若干点，将这些点连成直线EF，故说明这些点均离金属管线最近，因此通电的金属管线平行于EF；画出左侧视图，如图所示b、c间距为L，且磁场方向与地面夹角为45°，故金属管线在EF正下方，深度为 L，故选A.1310.如图所示，有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b，a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上，b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，它们之间的距离为x.当两细棒中均通以电流为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止，则下列关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法正确的是(重力加速度为g)A.方向竖直向下123456789101112C.要使a仍能保持静止，而减小b在a处的磁感应强度，可使b上移D.若使b下移，a仍可能保持静止B.大小为√13由安培定则可知b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度方向应竖直向上，A错误；a的受力如图甲所示.123456789101112b无论上移还是下移，b的电流在a处产生磁场的磁感应强度均减小，所以导体棒间的安培力也要减小.若b上移，a的受力如图乙所示.上移过程中FN逐渐减小，F安先减小后增大，两个力的合力大小等于mg，可见b适当上移，a仍能保持静止，C正确；13若使b下移，根据平衡条件，a受到的安培力方向顺时针转动，只有安培力变大才能使a保持平衡，故a将不能保持静止，D错误.1234567891011121311.某同学自制一电流表，其原理如图所示.质量为m的均匀细金属杆MN与一竖直悬挂的绝缘轻弹簧相连，弹簧的劲度系数为k，在矩形区域abcd内有匀强磁场，ab＝L1，bc＝L2，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外.MN的右端连接一绝缘轻指针，可指示出标尺上的刻度.MN的长度大于123456789101112ab，当MN中没有电流通过且处于静止时，MN与矩形区域的ab边重合，且指针指在标尺的零刻度；当MN中有电流时，指针示数可表示电流强度.MN始终在纸面内且保持水平，重力加速度为g.下列说法中正确的是13A.当电流表的示数为零时，弹簧的长度为B.标尺上的电流刻度是均匀的C.为使电流表正常工作，流过金属杆的电流 方向为N→MD.电流表的量程为123456789101112√13123456789101112电流表示数为零时，金属杆不受安培力，金属杆在重力与弹簧弹力作用下处于平衡状态，由平衡条件得mg＝kx0，解得x0＝ ，x0 为弹簧伸长量，不是弹簧的长度，A错误；13123456789101112要使电流表正常工作，金属杆应向下移动，所受的安培力应向下，由左手定则知金属杆中的电流方向应从M至N，C错误；1312.如图，两形状完全相同的平行金属环A、B竖直固定在绝缘水平面上，且两圆环的圆心O1、O2的连线为一条水平线，其中M、N、P为该连线上的三点，相邻两点间的距离满足MO1＝O1N＝NO2 ＝O2P.当两金属环中通有从左向右看逆时针方向的大小相等的电流时，经测量可得M点的磁感应强度大小为B1、N点的磁感应强度大小为B2，如果将右侧的金属环B取走，P点的磁感应强度大小应为123456789101112√13123456789101112对于题图中单个环形电流，根据安培定则，其在中轴线上的磁场方向均是向左，故M点的磁场方向也是向左的，设A环形电流在M点的磁感应强度大小为BAM，B环形电流在M点的磁感应强度大小为BBM，测量可得M点的磁感应强度大小为B1，则有B1＝BAM＋BBM，而N点的磁感应强度大小为B2，则有BAM＝ B2，将右侧的金属环B取走，P点的磁感应强度大小应为BAP＝B1－ B2，故选B.1313.已知通有恒定电流I的无限长直导线产生的磁场，磁感应强度与该点到导线的距离成反比，如图，有三根无限长、通有大小一样电流的直导线a、b、c等间距放置，其中b中电流与a、c相反，此时与a、b距离都相等的P点(未画出)磁感应强度为B，现取走导线a，则P点的磁感应强度为A.B B.1.5B C.0.4B D.0.5B123456789101112√1312345678910111213本课结束更多精彩内容请登录：www.xinjiaoyu.com