适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第10章磁场第1讲磁场的描述磁吃电流的作用课件

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一、磁场、磁感应强度1.磁场(1)基本性质:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有　磁场力　的作用。 (2)磁体周围、电流周围、运动电荷周围存在磁场。(3)地磁场:地球是一个大磁体;地球的南极大致是地磁的N极。 注意磁偏角问题
2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的强弱和方向。
(3)方向定义:小磁针的N极所受磁场力的方向,也就是小磁针　静止　时N极的指向。 (4)单位:特斯拉(T)。3.匀强磁场(1)定义:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。　 理想化模型(2)特点:磁感线疏密程度相同、方向相同。
4.磁感线及其特点(1)磁感线:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的　磁感应强度　的方向一致。 (2)特点①磁感线上某点的　切线　方向就是该点的磁场方向。 ②磁感线的　疏密　定性地表示磁场的强弱。 ③磁感线是　闭合　曲线,没有起点和终点。 ④磁感线是假想的曲线,客观上不存在。
易错辨析·判一判(1)磁场中某点磁感应强度的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致。(　×　)(2)在同一幅图中,磁感线越密,磁场越强。(　√　)(3)磁感线的切线方向就是小磁针N极的受力方向。(　√　)
教材情境·想一想根据人教版教材必修第三册P107科学漫步“安培分子电流假说”想一想,磁性材料被磁化和去磁的本质是什么?提示 磁性材料被磁化时,内部分子电流的取向变得大致相同,对外显示磁性;受到高温或猛烈撞击时,内部分子电流的取向又变得杂乱无章,它们的磁场互相抵消,对外不显磁性。
二、安培力1.安培力的大小(1)磁场和电流垂直时:F=　BIL　。 (2)磁场和电流平行时:F=0。2.安培力的方向 垂直于电流与磁场方向决定的平面左手定则判断:(1)伸出左手,让拇指与其余四指　垂直　,并且都在同一个平面内。 (2)让磁感线从掌心进入,并使四指指向　电流　方向。 (3)　拇指　所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 
易错辨析·判一判(4)将通电导线放入磁场中,若不受安培力,说明该处磁感应强度为零。(　×　)(5)安培力的方向一定跟电流方向垂直,也一定跟磁感应强度方向垂直。(　√　)
2.磁场的叠加(1)磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同,遵守平行四边形定则,可以用正交分解法进行合成与分解。(2)两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的。
3.磁场叠加问题的分析思路(1)确定磁场场源,如通电导线。(2)定位空间中需求解磁感应强度的点,利用安培定则判定各个场源在这一点产生的磁场的大小和方向,如图所示,M、N产生的磁场在c点的磁感应强度分别为BM、BN。(3)应用平行四边形定则进行合成,如图中c点的合磁感应强度为B。
对点演练1.(2021全国甲卷)两足够长直导线均折成直角,按图示方式放置在同一平面内,EO与O‘Q在一条直线上, PO'与OF在一条直线上,两导线相互绝缘,通有相等的电流I,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时,所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B,则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为(　　)A.B、0B.0、2BC.2B、2BD.B、B答案 B
解析 采用等效的思想方法,将EO与O'Q视为一条无限长直导线,将PO'与OF视为另一条无限长直导线,这两条无限长直导线通过电流I时,所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B,根据右手螺旋定则,M处两条无限长直导线的磁感应强度方向相反,合磁感应强度为0,N处两条无限长直导线的磁感应强度方向相同,合磁感应强度为2B,故选B。
2.(2023广东深圳月考)已知通电长直导线在周围空间某位置产生的磁感应强度大小与电流大小成正比,与该位置到长直导线的距离成反比。如图所示,现有通有电流大小相同的两根长直导线分别固定在正方体的两条边dh和hg上,彼此绝缘,电流方向分别由d流向h、由h流向g,则关于a、b、c、e、f五点的磁感应强度,下列说法正确的是(　　)A.f、a两点磁感应强度相同B.c、e两点磁感应强度大小之比为2∶1C.c点磁感应强度最大D.c点磁感应强度方向与ac平行答案 C
1.安培力公式F=BIlsin θ(其中θ为B与I之间的夹角),应用时要注意:(1)B与I垂直时,F=BIl。(2)B与I平行时,F=0。(3)l是有效长度。弯曲导线的有效长度l,等于连接两端点线段的长度(如图所示);相应的电流沿直线由始端流向末端。2.方向:根据左手定则判断。
对点演练3.(2022安徽淮北一模)如图所示,两根通电长直导线a、b平行且水平放置,a、b中的电流大小均为I,此时b受到的安培力大小为F。当在a、b的上方再放置一根与a、b平行的通电长直导线c后,b受到的安培力大小仍为F,图中a、b、c三者间距相等,此时a受到的安培力大小为(　　)
解析 只有导线a、b时,b受到的安培力大小为F,故a受到b对a的安培力大小也为F;在a、b的上方再放置一根与a、b平行的通电长直导线c后,对a、b受力分析如图所示,三者间距相等,b受到的安培力大小仍为F,可知c对b的安培力大小也为F,根据空间位置关系,a、b电流大小相等,可知c对a的安培力大小也为F;b对a的安培力和c对a的安培力夹角为60° ,大小都为F,故此时a受到的安培力大小为 F,B正确。
4.(2019全国Ⅰ卷)如图所示,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为(　　)A.2FD.0答案 B
解析 导体棒MN受到的安培力为F=BIL。根据串、并联电路的特点可知,导体棒ML与LN的电阻之和是导体棒MN电阻的2倍,导体棒MN的电流是导体棒ML与LN电流的2倍,导体棒处在同一磁场中,导体棒ML与LN的有效长度与导体棒MN相同,导体棒ML与LN受到安培力的合力为0.5F。根据左手定则,导体棒ML与LN受到安培力的合力方向与导体棒MN受到的安培力方向相同,线框LMN受到安培力的合力为1.5F,故选B。
求解安培力作用下通电导体的平衡问题,关键是将三维图转化为二维平面图,即通过画俯视图、剖面图、侧视图等,将立体图转换为平面受力图。
典例1.(2022山东临沂模拟)如图所示,两平行导轨相距15 cm,金属棒MN的质量m=17 g,其电阻R1为4Ω,滑动变阻器R2与MN串联,匀强磁场的磁感应强度B竖直向上,大小为0.6 T,电源电动势E=10 V,内阻r=1Ω。当开关S闭合时,金属棒MN处于静止状态。g取10 m/s2, =1.7。(1)若平行导轨光滑,求金属棒所受到的安培力的大小和R2的阻值(结果保留一位有效数字);(2)若平行导轨不光滑,将滑动变阻器R2的阻值调至10Ω,金属棒MN仍然保持静止状态,求金属棒受到的摩擦力的大小和方向。答案 (1)0.1 N　4Ω　(2)0.034 N,沿斜面向上
对点演练5.(2022上海师大附中模拟)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,弹力小于磁体重力答案 C
解析 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。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。
6.(2022宁夏银川一中一模)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ab,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的大小。MN始终在纸面内且保持水平,重力加速度为g。
下列说法正确的是(　　)
1.判定导体运动情况的基本思路判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况,然后利用左手定则准确判定导体的受力情况,进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。
2.安培力下导体运动情况判断的常用方法
典例2.一个可以自由运动的线圈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.在纸面内平动答案 B
解析 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。
对点演练7.直导线右侧放一个矩形线框Q,二者分别通以电流I1、I2,电流方向如图甲所示,图乙为俯视图,直导线P与线框不在同一平面内,但P与线框竖直中心轴共面,O1O2为过线框中心O和直导线P的水平直线。不考虑线框上下两段导线对直导线的影响。下列说法正确的是(　　)A.若P固定,Q可以绕竖直中心轴转动,则图乙中Q会先逆时针转动B.若P固定,Q可以绕竖直中心轴转动,则图乙中Q会先顺时针转动C.若Q固定,P可以自由运动,则P将沿O1O2向O靠近D.若Q固定,P可以自由运动,则图甲中P将顺时针转动答案 B
解析 题图乙中,由安培定则可知电流I1产生的磁感线为以P为圆心的顺时针方向的同心圆,由左手定则可判断线框左侧导线受到的安培力指向导线P,线框右侧导线受到的安培力背离导线P,故若P固定,Q可以绕竖直中心轴转动,则题图乙中Q会先顺时针转动,A错误,B正确;若Q固定,线框左侧导线对P的安培力指向左侧导线,线框右侧导线对P的安培力背离右侧导线,根据力的合成法则知直导线P所受合力方向偏向下,不能沿O1O2运动,在图甲中,P将向纸面外运动,C、D错误。
8.(2023广东汕头模拟)如图所示,在倾角θ=37°的斜面上固定着间距L=0.5 m的平行金属导轨,导轨上端接入电动势E=10 V、内阻r=1.0Ω的电源。一根质量m=1.0 kg的金属棒ab垂直导轨放置,整个装置放在磁感应强度B=2.0 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中。其他电阻不计。闭合开关后,金属棒恰好静止于导轨上,已知sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,g取10 m/s2,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(1)求金属棒受到安培力的大小和方向;(2)求闭合开关后金属棒受到的摩擦力大小;(3)若将电源正负极对调,其他条件不变,求电路接通后金属棒刚开始运动的加速度大小。答案 (1)10 N,方向沿斜面(导轨)向上　(2)4.0 N　(3)12 m/s2